鋼管渦流檢測(cè)時(shí)信號(hào)扇形顯示與幅值顯示對(duì)缺陷判別的影響

張才良，申小忠

（1.福斯特惠勒能源管理 （上海）有限公司，上海 200122；2.常州常寶精特鋼管有限公司，常州 213018）

1 問(wèn)題的提出

筆者從事鍋爐用無(wú)縫鋼管的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)造工作，尤其是經(jīng)常見證鋼管的無(wú)損檢測(cè)，接觸了大量不同材料不同規(guī)格的鋼管渦流檢測(cè)。目前各鋼管制造企業(yè)所使用的渦流檢測(cè)儀器除具有幅度顯示和分析的功能外，還具有信號(hào)相位的顯示和分析功能。在實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)這兩種顯示方式對(duì)缺陷的檢出效果不盡相同。

2 渦流檢測(cè)原理及其顯示方式

渦流檢測(cè)是導(dǎo)體渦流效應(yīng)的一項(xiàng)重要應(yīng)用，其基本原理為：當(dāng)載有交變電流的檢測(cè)線圈靠近導(dǎo)體試件時(shí)，由于激勵(lì)線圈磁場(chǎng)的作用，試件中會(huì)產(chǎn)生渦流，而渦流的大小、相位及流動(dòng)方式受到試件導(dǎo)體性能的影響，同時(shí)產(chǎn)生的渦流也會(huì)形成一個(gè)磁場(chǎng)，此磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)又會(huì)使檢測(cè)線圈的阻抗發(fā)生變化，因此，通過(guò)測(cè)定檢測(cè)線圈阻抗的變化，就可以判斷出被測(cè)試件的性能和有無(wú)缺陷等［1］。阻抗變化的獲取和測(cè)定是渦流檢測(cè)的核心部分，阻抗變化的主要參數(shù)之一是相位，因?yàn)橄辔坏淖兓軌虮容^直觀地反映阻抗的變化。在實(shí)際應(yīng)用中，渦流檢測(cè)按照對(duì)檢測(cè)結(jié)果顯示方式的不同分為阻抗幅值型和阻抗平面型。阻抗幅值型是在顯示終端僅有檢測(cè)結(jié)果幅度的相關(guān)信息，由振蕩器產(chǎn)生交變信號(hào)供給電橋和檢測(cè)線圈，信號(hào)經(jīng)放大、相敏檢波、濾波和幅度鑒別器，測(cè)信號(hào)中的干擾信號(hào)被去除，缺陷信號(hào)被獲取并在顯示和記錄單元以信號(hào)的幅值量被顯示和記錄。阻抗平面型在信號(hào)的激勵(lì)產(chǎn)生、提取及放大等信號(hào)處理方面與阻抗幅值型的工作原理及過(guò)程基本相同，不同的是信號(hào)經(jīng)相敏檢波和濾波后變成一個(gè)包含有線圈阻抗變化的相位和幅值信息的直流信號(hào)。該信號(hào)被分解成X和Y兩個(gè)相互垂直的分量，在X－Y顯示屏上進(jìn)行顯示。一般儀器設(shè)置為扇形，信號(hào)的兩個(gè)分量能同時(shí)旋轉(zhuǎn)，因此可以選擇任意的參考相位對(duì)信號(hào)進(jìn)行相位和幅值分析［1］。

3 不同顯示方式的檢測(cè)結(jié)果比較

3.1 不同類型的顯示系統(tǒng)

某鋼管制造廠有不同類型的渦流檢測(cè)顯示系統(tǒng)，圖1所示是比較有代表的兩種處理系統(tǒng)顯示的信號(hào)。從圖1中可以看出檢測(cè)信號(hào)扇形顯示和幅值顯示的明顯區(qū)別。上海易爾公司ET－910型也是該顯示類型的儀器。在同一界面上能顯示幅值和相位的信息，但必須選擇具體的顯示方式 。上海威遠(yuǎn)公司的UNIK 268000X型智能渦流探傷儀不能同時(shí)在同一界面上出現(xiàn)兩種顯示，需要相互切換。

ET910技術(shù)特點(diǎn)是應(yīng)用微機(jī)和最新電子動(dòng)態(tài)平衡技術(shù)，采用高性能的專用軟件和特有的矢量信號(hào)分辨系統(tǒng)。技術(shù)參數(shù)主要有：檢測(cè)頻率0.1～990kHz；最小步長(zhǎng)10Hz；阻抗匹配0～255，步長(zhǎng)1，阻抗三色顯示窗；線性增益0～69dB，步長(zhǎng)0.5dB；相位0～359°；具有幅值報(bào)警、扇形區(qū)域報(bào)警技術(shù)；矢量分辨報(bào)警模式有螺線形、扇形、橢圓形、矩形4種；絕對(duì)值報(bào)警電平區(qū)域0～127；掃描時(shí)間0～5 000ms；交流電220V±10%，50Hz±10%。鋼研08B型儀器的技術(shù)參數(shù)與其基本相同。

圖1 扇形與幅值顯示的區(qū)別

UNIK 268000X型智能渦流探傷儀主要參數(shù)有：檢測(cè)頻率1～990kHz；最小步長(zhǎng)1kHz；探頭匹配1～4檔，步長(zhǎng)1；速度匹配1～4檔，步長(zhǎng)1；線性增益0～69dB，步長(zhǎng)0.5dB；相位0～359°；具有幅值報(bào)警、扇形區(qū)域報(bào)警技術(shù)，報(bào)警區(qū)域連續(xù)可調(diào)；絕對(duì)值報(bào)警電平區(qū)域0～16，步長(zhǎng)1；掃描0～128；步長(zhǎng)1；交流電220V±10%，50Hz。

在實(shí)踐中，筆者觀察到扇形顯示和幅值顯示方式提供的試件缺陷信號(hào)及檢測(cè)人員從中獲得的信息不盡相同。

3.2 不同顯示方式的比較

3.2.1 扇形顯示

信號(hào)扇形顯示能獲得被檢件缺陷的相位，而根據(jù)相位的角度、位置、形狀、大小，可以大致判斷出缺陷的形狀，性質(zhì)，深度和大小。圖2（a）為某缺陷的信號(hào)扇形顯示，可見：

缺陷的相位角小（相對(duì)于對(duì)比試樣人工通孔而言，參考圖1（a），可以確定它是外表面缺陷且深度較淺。缺陷相位幅度較大且形狀比較規(guī)則，可以判斷該缺陷的寬深比大而且形狀比較規(guī)則，基本能得出該缺陷為折疊或重皮。從相位圖分析應(yīng)有兩個(gè)缺陷，但參考右下側(cè)的時(shí)基掃描線，卻只發(fā)現(xiàn)一處掃描顯示，有可能是兩個(gè)缺陷距離較近，時(shí)基掃描線近似重疊。因而推斷此處有兩個(gè)并列的缺陷（沿圓周方向）。

現(xiàn)場(chǎng)觀察缺陷的實(shí)際情況，圖2（b），驗(yàn)證了從圖2（a）所得的信息對(duì)缺陷的判斷是基本符合實(shí)際情況的。

圖2 某缺陷信號(hào)扇形顯示與實(shí)際缺陷對(duì)比圖

圖3是某缺陷信號(hào)扇形顯示與實(shí)際缺陷對(duì)比。檢測(cè)時(shí)（樣管校驗(yàn)相位角95°）得到的信號(hào)很大，超過(guò)了顯示屏范圍，無(wú)法準(zhǔn)確判斷缺陷的形狀及相位角，但可以得知是一個(gè)嚴(yán)重缺陷。為了準(zhǔn)確判斷，降低增益13dB，獲得圖3（a）所示相位，根據(jù)其相位角較大（近60°）且形狀規(guī)則，判斷該缺陷深度大而形狀規(guī)則，有貫穿的可能。圖3（b）是觀察到的實(shí)際缺陷，切管驗(yàn)證該缺陷確已貫穿。

圖3 某缺陷信號(hào)扇形顯示與實(shí)際缺陷對(duì)比

3.2.2 幅值顯示

幅值顯示僅能觀察到示波器時(shí)基掃描線上的波形幅度的變化和信息。如某缺陷檢測(cè)時(shí)的幅值顯示如圖4（a）。根據(jù)其幅度大小，大致能判斷缺陷的尺寸，不能得到缺陷的性質(zhì)、深度、形狀等信息。從該波形分析得出該缺陷的尺寸較小。

圖4（b）是同一缺陷的扇形顯示，根據(jù)它的相位角度及形狀，可以判斷該缺陷是一個(gè)寬深比較大，形狀較規(guī)則的凹狀缺陷。圖4（c）是實(shí)際觀察到的缺陷（凹坑）。

3.2.3 結(jié)合兩種顯示方式分析缺陷

對(duì)深度較淺的缺陷如果檢測(cè)選擇幅值顯示，有時(shí)并不能發(fā)現(xiàn)缺陷信號(hào)，但扇形顯示能發(fā)現(xiàn)缺陷的相位信息，可以防止缺陷漏檢。圖5（a）所示的是某缺陷檢測(cè)時(shí)的信號(hào)幅值顯示模式，在示波器下方時(shí)基掃描線上沒有觀察到任何波形幅度的變化，表明未檢測(cè)到缺陷。但在示波器左上方時(shí)基掃描線坐標(biāo)上發(fā)現(xiàn)有缺陷相位顯示，但未達(dá)到以幅值顯示模式設(shè)置的報(bào)警水平，從相位角度和形狀分析，該缺陷有一定深度，形狀較規(guī)則。筆者觀察得到如圖5（b）的實(shí)際缺陷（折疊）。

信號(hào)扇形顯示不能象幅值顯示一樣有效給出缺陷在鋼管長(zhǎng)度方向上的數(shù)量和大致位置，如圖1（c）樣管上的5個(gè)通孔相位基本疊合在一起，而圖1（d）幅值顯示能獲得通孔信號(hào)在長(zhǎng)度方向的數(shù)量和位置，有利于檢測(cè)人員對(duì)缺陷的定位，提高檢測(cè)效率。但分析圖2的相位圖，認(rèn)為應(yīng)有兩個(gè)缺陷，但參考右下側(cè)的時(shí)基掃描線時(shí)，卻只發(fā)現(xiàn)一處掃描信號(hào)顯示，這有可能是兩個(gè)缺陷距離較近，時(shí)基掃描線近似重疊導(dǎo)致。因此推斷此處有兩個(gè)并列的缺陷（沿圓周方向）。

3.3 分析結(jié)果

（1）UNIK 268000X型智能渦流探傷儀的兩種顯示不能在同一界面上。如果選擇幅值顯示方式，就沒有相位坐標(biāo)顯示作參考。假設(shè)缺陷在示波器時(shí)基掃描線的幅度沒有變化或未達(dá)到設(shè)置的報(bào)警水平，按驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)會(huì)被認(rèn)為合格，導(dǎo)致較小的危險(xiǎn)性缺陷（如裂紋）容易漏檢。如果選擇扇形顯示，缺陷相位幅度即使未達(dá)到所設(shè)置的報(bào)警水平，但至少能給檢測(cè)人員一些有關(guān)缺陷性質(zhì)、深度等有用的參考信息，結(jié)合實(shí)際缺陷檢查，判斷是否合格。因此像UNIK 268000X型智能渦流探傷儀應(yīng)優(yōu)先選擇扇形顯示。

圖4 某缺陷信號(hào)兩種顯示與實(shí)際缺陷對(duì)比

圖5 某缺陷信號(hào)幅值顯示與實(shí)際缺陷對(duì)比

（2）如果檢測(cè)信號(hào)顯示選擇如：圖1（b）易爾ET－910或圖5（a）鋼研08B的幅值顯示法，也應(yīng)參考其相位信息，如上述分析的圖5（a），在示波器下方時(shí)基掃描線上沒有任何波形幅度的變化，表明未檢測(cè)到缺陷，應(yīng)判定產(chǎn)品合格。但在示波器左上方的報(bào)警水平坐標(biāo)里發(fā)現(xiàn)有缺陷相位顯示，表明產(chǎn)品有缺陷，雖然未達(dá)到報(bào)警水平，此時(shí)須觀察實(shí)際缺陷情況。如圖5（b）所示，可知該缺陷不能接受。因此如果單純地以時(shí)基掃描線上波形幅度的變化為依據(jù)來(lái)判定渦流檢測(cè)結(jié)果，可以看出渦流檢測(cè)幅值顯示有可能會(huì)造成缺陷的漏檢。因?yàn)榉碉@示的結(jié)果并不一定是最大阻抗值或阻抗變化的最大值，而通常是在最有利于抑制干擾信號(hào)的相位條件下的阻抗分量［1］。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼管制造廠所使用的渦流檢測(cè)儀器一般都具有扇形和幅值兩種顯示方式，檢測(cè)時(shí)必須選擇具體的方式。筆者所了解的情況是檢測(cè)人員習(xí)慣選擇幅值顯示。通過(guò)上述的比較分析，渦流檢測(cè)信號(hào)扇形（相位）顯示比幅值（波形）顯示能夠獲得更多的缺陷相關(guān)信息，因此在實(shí)際的渦流檢測(cè)中，建議選擇以扇形顯示為主，以幅值顯示為鋪，這樣有利于檢測(cè)人員的觀察和評(píng)判，提高缺陷的檢出能力和產(chǎn)品質(zhì)量。

［1］ 徐可北，周俊華.渦流檢測(cè) ［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.