涂層厚度對渦流檢測的影響

(天津誠信達(dá)金屬檢測技術(shù)有限公司，天津 300384)

渦流檢測方法能夠檢測導(dǎo)體表面及近表面缺陷，適用于表面平整母材及容器結(jié)構(gòu)件的裂紋檢測。渦流檢測方法以其非接觸式測量、不需要耦合劑、不受油污介質(zhì)的影響、靈敏度高、操作簡單、檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)，越來越廣泛地被應(yīng)用于石油、天然氣管道、鐵路軌道質(zhì)量監(jiān)測、發(fā)動(dòng)機(jī)包覆層和金屬材料表層油漆等涂覆層厚度的測量中[1-5]。工業(yè)中壓力容器、管道和結(jié)構(gòu)件等由于長期暴露在腐蝕介質(zhì)中，其表面缺陷很容易迅速擴(kuò)展，甚至造成嚴(yán)重的事故，故為了防止管道在空氣中氧化腐蝕，通常在其表面涂覆一層保護(hù)膜。若涂層太薄，則無法達(dá)到防腐效果；若涂層太厚，不僅浪費(fèi)材料，還會(huì)造成涂層內(nèi)部的應(yīng)力過大，降低涂覆層的結(jié)合強(qiáng)度[6-8]。同時(shí)這層保護(hù)膜限制了磁粉、滲透對表面缺陷的檢測，而去除這層保護(hù)膜不僅工作量大、效率低，基體也會(huì)有較大的損傷。筆者主要對帶有不同厚度涂層(主要是油漆類非導(dǎo)電性涂層)的模擬試件及真實(shí)焊接件進(jìn)行渦流檢測，研究涂層厚度對渦流檢測信號(hào)的影響。

1 試驗(yàn)方案

1.1 模擬涂層厚度對檢測結(jié)果影響的試驗(yàn)方案

(1) 設(shè)計(jì)加工不同深度的人工裂紋缺陷試件一組，材料為不銹鋼。裂紋與試件表面垂直，相鄰裂紋之間的距離為20 mm，裂紋最小深度為0.2 mm，最大深度為4 mm，各試件裂紋參數(shù)如表1所示。

(2) 加工已知厚度的非金屬涂層模擬墊片。放置式渦流檢測靈敏度與探頭距被檢測工件表面的遠(yuǎn)近程度有直接關(guān)系(提離距離)，磁性或非磁性材料表面保護(hù)層為非導(dǎo)電介質(zhì)，這相當(dāng)于增加了探頭和工件表面之間的距離，因此采用已知厚度的非導(dǎo)電彈性墊片來模擬保護(hù)涂層，非導(dǎo)電彈性墊片厚度分別為80，400，800，1 200，1 600 μm。

(3) 在試件未覆蓋模擬涂層前進(jìn)行渦流檢測，并記錄相應(yīng)缺陷的情況。

(4) 在試件上覆蓋不同厚度的模擬墊片，分別對這些模擬墊片進(jìn)行渦流檢測，記錄可檢測出的缺陷及相應(yīng)的深度。

(5) 將覆蓋模擬墊片前后的渦流檢測結(jié)果進(jìn)行對比。

(6) 總結(jié)分析檢測數(shù)據(jù)。

表1 人工試件裂紋參數(shù) mm

1.2 不同涂層厚度對檢測結(jié)果的影響試驗(yàn)方案

(1) 取厚度為16 mm的不銹鋼板，手工電弧焊加工縱焊縫，焊接過程中加工裂紋、氣孔、咬邊等表面常見缺陷，焊接表面余高經(jīng)過打磨與母材圓滑過渡。

(2) 采用滲透檢測方法對焊接試板進(jìn)行缺陷的定性和定量檢測，以便于與渦流檢測結(jié)果進(jìn)行對比。

(3) 噴涂真實(shí)的防腐涂層，對不同涂層的厚度進(jìn)行測量，結(jié)果如表2所示。第一層為環(huán)氧樹脂底漆，底漆厚度約為50 μm，第二層中間層由共聚物或三聚物組成，厚度通常為250～400 μm，第三層為聚烯烴表面涂層，厚度范圍一般為1 500～3 000 μm。

表2 真實(shí)涂層厚度 μm

(4) 對每一點(diǎn)進(jìn)行渦流檢測，記錄相應(yīng)缺陷的幅值和相位。

(5) 總結(jié)分析測量數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 提離距離與放置式探頭渦流檢測信號(hào)的關(guān)系

采用EEC-39RFT型四頻遠(yuǎn)場渦流檢測儀，選擇S1=P1F1(第一通道第一頻率)，頻率為500 kHz，高通濾波頻率為1.5 Hz，低通濾波頻率為300 Hz。以0 mm提離時(shí)的渦流檢測信號(hào)幅值和相位為參考點(diǎn)，通過改變不同厚度的模擬墊片，獲得不同提離距離下的渦流檢測信號(hào)(見圖1)。

圖1 不同提離距離下的渦流檢測信號(hào)

由圖1可以看出，渦流檢測信號(hào)的幅值和相位角與提離距離呈非線性關(guān)系。當(dāng)提離距離范圍在0～2 mm時(shí)，隨著提離距離的增大，渦流檢測信號(hào)的幅值快速減小，相位角線性增大；當(dāng)提離距離范圍在2～2.5 mm時(shí)，渦流檢測信號(hào)變化趨于緩慢，幅值減小，相位角增大；當(dāng)提離距離大于2.5 mm時(shí)，渦流檢測信號(hào)變化趨于零，實(shí)際檢測過程中無法再通過渦流信號(hào)確定缺陷是否存在。

2.2 模擬不同厚度的涂層與裂紋深度檢測信號(hào)關(guān)系

模擬不同厚度的涂層覆蓋在人工裂紋試件的表面，通過放置式探頭進(jìn)行渦流檢測，記錄相應(yīng)的缺陷檢出情況(見表3)，“√”表示裂紋能檢出，“╳”表示裂紋未檢出，“●”表示裂紋檢測不明顯。

由表3可知，影響渦流檢測能力的因素有缺陷尺寸和涂層厚度。當(dāng)裂紋尺寸較小時(shí)，隨著涂層厚度的增加，渦流檢測裂紋的能力有所下降;當(dāng)裂紋尺寸較大時(shí)，在合理的涂層厚度范圍內(nèi)不會(huì)影響渦流檢測能力。長度同為10 mm的表層裂紋，寬度越小越不容易檢測，當(dāng)寬度為0.13 mm時(shí)，涂層厚度小于1 600 μm時(shí)，能檢測的最淺裂紋深度為4 mm；寬度同為0.2 mm的表層裂紋，長度越大越容易檢測，當(dāng)長度為5 mm，涂層厚度小于800 μm時(shí)，能檢測的最淺深度為1 mm；當(dāng)涂層厚度小于400 μm時(shí)，渦流檢測缺陷的能力不會(huì)受到影響。

表3 模擬不同厚度的涂層覆蓋在人工裂紋試件表面的缺陷檢出情況

2.3 實(shí)際不同涂層厚度對焊縫檢測的結(jié)果

3PE防腐表層由三層結(jié)構(gòu)的聚乙烯防腐涂層涂覆，具有良好的抗腐蝕性以及力學(xué)性能。對不同涂覆次數(shù)存在表面開口型缺陷的焊縫進(jìn)行渦流檢測，結(jié)果如表4所示。

表4 涂層厚度與不同缺陷類型的檢測情況

由表4可知，涂層厚度較薄時(shí)(低于某一值)，其對缺陷檢測能力的影響較小，隨著涂層厚度的增加，渦流檢測信號(hào)的幅值略有降低，相位角上下浮動(dòng)很小，但當(dāng)涂層厚度大于2 500 μm后，有部分缺陷將無法檢出，如氣孔；而裂紋、咬邊等表面缺陷雖然存在渦流檢測信號(hào)，但是信號(hào)的幅值太小，并未達(dá)到判廢標(biāo)準(zhǔn)，也將視為漏檢。當(dāng)涂層厚度超過3 000 μm后，渦流檢測能力將完全喪失。這與提離距離大于2.5 mm時(shí)，渦流檢測信號(hào)的幅值變化趨于0，渦流的檢測能力也將喪失相一致。實(shí)際焊接過程中形成的裂紋深寬比、氣孔的直徑及個(gè)數(shù)、咬邊的長度等都要大于人工模擬缺陷，因此當(dāng)表面防腐涂層厚度小于2 500 μm時(shí)，焊縫表面開口型缺陷都能夠檢出，但是隨著涂層厚度的增加，缺陷的幅值略有降低。

3 結(jié)語

放置式探頭的渦流檢測能夠穿透焊縫表面一定厚度的非導(dǎo)電性涂層，能夠較好地檢出表面型缺陷(裂紋、氣孔、咬邊等)，能夠?qū)υ谝鄣膸в斜Ｗo(hù)涂層的壓力管道、容器等進(jìn)行檢測，而涂覆層的厚度(探頭與被檢測工件的距離)對渦流檢測結(jié)果有影響。當(dāng)涂層厚度不大于2 500 μm時(shí)，焊縫及母材表面缺陷能夠通過放置式探頭的渦流檢測方法檢出，并且隨著涂層厚度的增加，渦流檢測信號(hào)的幅值降低;當(dāng)涂層厚度大于2 500 μm時(shí)，無法用放置式探頭渦流檢測方法進(jìn)行有效檢測。另外，在檢測過程中要保證探頭平穩(wěn)地在焊縫和母材上做至少兩次相互垂直的掃查作業(yè)，以防止出現(xiàn)漏檢。

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