带包覆层压力管道焊缝定位技术探究范文

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带包覆层压力管道焊缝定位技术探究

摘要：本文利用脉冲涡流检测技术对带包覆层压力管道焊缝进行了定位研究。自行搭建了一套脉冲涡流检测系统，包含控制单元、信号发射单元、功率放大单元、检测探头等组成部分。利用该装置实现了壁厚10mm（J235钢管，在50mm厚岩棉绝热层和0．75mm厚铝皮保护层下焊缝的定位检测。研究结果对脉冲涡流检测技术在承压设备壁厚腐蚀减薄、埋地管道检测等领域的应用具有指导意义。

关键词：压力管道;脉冲涡流检测;包覆层;焊缝定位

1脉冲涡流检测技术

脉冲祸流（PulsedEddyCurrent，PEC）也称为暂态涡流，是一种承压设备无损检测技术［1］。它的基本原理是：通过给发射线圈施加阶跃型电流信号，在空间产生稳定的一次磁场，然后瞬间关断电流信号，在被检测金属管道表面形成涡流。由于金属管道本体和周围介质的欧姆损耗［2］，涡流会随着时间延长缓慢衰减形成二次磁场，二次磁场信息被接收线圈接收且以电压变化的形式表示出来［3］。二次磁场的变化携带着管道的状态信息，与管道材料、壁厚、检测提离高度有密切关系，因而分析二次磁场信息可以得出管道的状态变化。脉冲涡流检测技术最早是在20世纪50年代由美国阿贡国家实验室提出，将常规涡流中的单频谐波激励改进为脉冲激励，包含了更多的激励频率成分，其响应可视为多个谐波成分响应的叠加［4］。1987年美国阿科公司以瞬变电磁法为原型开发了PEC检测系统TEMP，真正具备检测带包覆层承压设备的能力［5］。随后，荷兰RTD公司对TEMP进行改进，研发出INCOTEST系统，并逐步应用于工程实际［61。国内对于PEC检测技术研究的起步较晚，比较有代表性的是中国特种设备检测研究院与华中科技大学合作，对PEC检测技术在承压设备检测应用中的检测机理、信号反演、现场检测中各因素的影响机理等方面进行了大量研究，制定了首个国家、行业和国际标准，并开发了PEC检测仪器，开展了相关的应用技术研究［74］。本文在现有PEC检测技术的研究基础上，尝试将该技术应用于带包覆层压力管道焊缝定位，设计并开发了一套用于带包覆层金属压力管道焊缝定位的装置，以该装置为基础提出了一种焊缝快速定位方法，能够迅速、准确的定位压力管道的焊缝位置，解决了传统压力管道检测中需要拆除包覆层或者多次进行X射线拍摄以查找焊缝位置的问题，降低了检测成本，提高了工作效率。

2试验装置搭建

其主要组成部分包括：控制单元、信号发射单元、功率放大单元、检测探头、管道试件和数字示波器。控制单元基于现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray，FPGA）技术构建，FPGA控制单元和信号发射单元之间通过IDE40针标准接口实现电气连接。采用直接数字合成技术（DirectDigitalSynthesuzer，DDS）的原理实现方波脉冲信号发射，通过直接数字频率的合成来生成想要的频率值和频率可调节的发射信号。在FPGA控制单元的ROM存储器中存储一个周期方波信号的幅度值数据，利用FPGA控制单元的锁相环PLL修改时钟频率，生成检测所需频率值的发射信号。地址计数器在系统采样时钟的作用下,不断进行自加1操作生成对应于方波ROM存储器的存储地址。FPGA控制单元通过控制信号发射单元实现发射信号的D／A转换，完成数字到模拟的变化，再通过低通滤波器完成对高频噪声的抑制。最终用于检测的方波信号频率为10Hz，峰值电压为5V。功率放大单元的作用是把信号发射单元输出的方波脉冲放大到所需的功率，驱动检测探头发射线圈。经功率放大器放大后的发射电压为20V，电流为3A。将接收线圈感应到的电压信号通过数字示波器显示，根据得到的试验曲线变化对焊缝进行位置识别。检测探头为圆柱形，骨架为聚四氟乙烯材料，发射线圈直径为20mm，采用线径为1mm的漆包线绕制。接收线圏的直径为40mm，线径为0．25mm。

3检测结果分析

由信号发射单元发出的10Hz方波脉冲激励信号，该信号经过功率放大器放大后施加到检测探头的发射线圈。由接收线圏感应到的电压信号。所用检测对象为Q235钢管，壁厚为10mm，绝热层材料为岩棉，厚度为50mm，保护层材料为铝，厚度为〇．75mm。图5所示为在本体和焊缝位置处分别釆集到的接收线圈电压信号，对于本体和焊缝的不同检测位置，分别进行了5次采样。在金属管道焊缝部位，存在焊缝余高，与管道本体相比存在壁厚变化，利用PEC技术检测出该壁厚变化从而实现带包覆层状态下金属管道的焊缝定位。对应于焊缝位置，由于厚度增大，接收信号出现了向幅度更低方向的偏移。通过观察接收线圈感应到的电压信号，可以非常容易的定性区分出焊缝和母材位置。

4结论

本文基于脉冲涡流检测技术实现了带包覆层金属管道焊缝位置的定性检测，并搭建了相应的检测系统。对于金属管道的焊缝位置，由于焊缝表面余高带来的管道壁厚变化将引起感应线圈电压波形的变化，通过比较本体和焊缝位置处接收线圈电压波形的变化，可以达到识别焊缝位置的目的。脉冲涡流检测技术在国内的研究尚处于起步阶段，该技术具有非接触、不停机检测等优点，将在承压设备壁厚腐蚀减薄、埋地管道检测等领域获得广泛应用。