一种铁磁性材料壁厚缺陷扫查装置的制作方法

1.本实用新型属于针对基础化工和石油炼化行业铁磁性管道和设备的无损检测领域，具体是一种铁磁性材料壁厚缺陷扫查装置。


背景技术：

2.基础化工和石油炼化装置运行过程中，通常采用铁磁性材料作为管线和设备的材料。出于保温、防潮等需求，这些管线和设备往往覆盖绝热层和保护层。这些管线和设备在役(在线)工作时，承受着气体或液体的高压，处于比较恶劣的工作环境中运行，长期处于高温、高压和腐蚀的环境中，容易发生腐蚀形成缺陷，并将引起严重的后果。因此，对重点高腐蚀风险的管线和设备壁厚减薄状态进行监控非常必要，现有的管线和设备壁厚测量方法一般采用传统的超声波测厚仪进行定点测量。
3.由于超声波测厚仪一方面只能进行定点测厚，无法实现连续扫查，容易出现漏检或不能检测到缺陷最严重的区域；另一方面，采用超声波测厚需要对包覆层(包括保温层和保护层)进行拆除、也需要对金属表面进行处理、检测过程中需要采用耦合剂、检测完成后需要恢复包覆层，这样一是检测时间长、成本高，二是由于拆除和恢复包覆层及金属表面处理容易对管线和设备造成二次损伤。因此，需要一种无需拆除包覆层、无需对管线表面进行处理，可以实现连续扫查的检测方法。作为涡流检测技术的分支，脉冲涡流检测技术采用方波或阶跃方式激励，包含丰富的频率成分，属于非接触式的无损检测方法，可以在不拆除包覆层的情况下对管线和壁厚缺陷进行连续扫查。
4.现有已公开的脉冲涡流检测技术一般采用差分峰值、差分峰值时间、过零点、提离交叉点、拐点、拐点时间和晚期信号衰减率等作为壁厚检测的特征值，其中：差分峰值、差分峰值时间、过零点和提离交叉点更多用于非铁磁性材料的壁厚检测，拐点、拐点时间和晚期信号衰减率可用于铁磁性材料的壁厚检测。
5.脉冲涡流在铁磁性材料的传递过程中其感应电压会随时间变化而衰减，其衰减规律前期符合幂函数关系，后期符合指数函数关系，因此，存在一个由幂函数关系转变到指数函数关系的拐点；壁厚越厚，该拐点的感应电压值越大、拐点出现的时间也越晚，且拐点处感应电压值或拐点时间与壁厚存在一定的函数关系，所以，可以以拐点处感应电压值或拐点时间作为脉冲涡流壁厚检测的特征值；但在现场应用中，该拐点会受到提离高度和环境干扰的影响，其检测效果往往存在较大波动。晚期信号衰减率或晚期信号斜率也是脉冲涡流检测铁磁性材料的特征值，其受提离高度和环境干扰的影响较小，但其计算方法相对复杂，确定信号衰减率或信号斜率的区间较为困难。


技术实现要素：

6.本实用新型为了解决上述的技术问题，而提供一种铁磁性材料壁厚缺陷扫查装置。
7.本实用新型是按照以下技术方案实现的：
8.一种铁磁性材料壁厚缺陷扫查装置，包括中低频电磁涡流主机、传感器总成、数据处理终端及电缆，所述中低频电磁涡流主机用于将电磁信号发射给传感器总成，并接收反馈信号；传感器总成用于采集待测铁磁性管线或设备检测部位的检测信号，并将检测信号通过中低频电磁涡流主机发送给数据处理终端；数据处理终端，用于对检测信号进行处理并提取检测信号中与铁磁性管道或设备壁厚的特征值以及显示铁磁性管道或设备壁厚值的实时成像结果。
9.所述数据处理终端为包含数据处理模块和显示模块的普通电脑或平板电脑系统，数据处理终端通过蓝牙或电缆与中低频电磁涡流主机连接。
10.所述中低频电磁涡流主机中设有电磁信号发射模块、信号采集模块及信号预处理模块。
11.所述传感器总成与中低频电磁涡流主机通过电缆连接，数据处理终端与主机通过蓝牙或电缆连接。
12.所述传感器总成由发射线圈、接收线圈和计步器组成，所述计步器为增量式计步器或打点式计步器；传感器总成置于待测管道外表面或包覆层外表面并连续移动；所述计步器用于对检测位置进行定位。
13.本实用新型具有的优点和有益效果是：
14.本装置在无需拆除包括保温层和保护层在内的包覆层且无需进行表面处理的情况下，实现对铁磁性管线和设备壁厚的连续扫查，可适用不同管径的检测要求，可在500℃温度下实现铁磁性管线或设备内外部腐蚀缺陷的快速扫查。该套系统结合传感器总成中的打点计步装置，可大致确定缺陷的所在位置，实现快速、直接、准确的定位铁磁性材料管线和设备中的腐蚀缺陷位置。
附图说明
15.图1是本铁磁性材料壁厚缺陷扫查装置系统结构示意图；
16.图2是双对数坐标系下各壁厚检测曲线的表现形式示意图；
17.图3是不同壁厚检测数据双对数斜率形成的曲线示意图；
18.图4是标准壁厚拟合曲线及公式；
19.图5是壁厚测量结果图像的示例。
具体实施方式
20.下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细的说明。
21.如图1-5所示，一种铁磁性材料壁厚缺陷扫查装置，包括中低频电磁涡流主机、传感器总成、数据处理终端及电缆，所述中低频电磁涡流主机用于将电磁信号发射给传感器总成，并接收反馈信号；传感器总成用于采集待测铁磁性管线或设备检测部位的检测信号，并将检测信号通过中低频电磁涡流主机发送给数据处理终端；数据处理终端，用于对检测信号进行处理并提取检测信号中与铁磁性管道或设备壁厚的特征值以及显示铁磁性管道或设备壁厚值的实时成像结果。
22.所述数据处理终端为包含数据处理模块和显示模块的普通电脑或平板电脑系统，数据处理终端通过蓝牙或电缆与中低频电磁涡流主机连接。
23.所述中低频电磁涡流主机中设有电磁信号发射模块、信号采集模块及信号预处理模块。
24.所述传感器总成与中低频电磁涡流主机通过电缆连接，数据处理终端与主机通过蓝牙或电缆连接。
25.所述传感器总成由发射线圈、接收线圈和计步器组成，所述计步器为增量式计步器或打点式计步器；传感器总成置于待测管道外表面或包覆层外表面并连续移动；所述计步器用于对检测位置进行定位。
26.该装置的使用需要与特殊的算法相结合，基于的原理如下：
27.图3是双对数坐标系下不同壁厚的铁磁性材料(2/4/6/8mm)的脉冲涡流检测曲线图，其中黑色曲线为空测曲线。幂函数在双对数坐标系中表现为直线，指数函数在双对数坐标系中仍表现为曲线。从图3中可以看到，空测数据满足幂函数关系，即脉冲涡流信号在空气中的衰减规律满足幂函数关系。从图3中可以看出，脉冲涡流信号在穿透不同厚度的铁磁性材料时可以分为三个阶段，第一阶段满足幂函数关系，且不同壁厚的信号曲线基本重叠；第二阶段满足指数函数关系，壁厚越厚越晚出现第二阶段；第三阶段满足幂函数规律，且与空测曲线重叠，说明第二阶段到第三阶段的过渡位置为信号穿透铁磁性材料的过渡点；该过渡点在双对数坐标系中表现为斜率变化最大的点。与前文提到的拐点类似，该过渡点的感应电压值、时间及相邻点间的斜率都与壁厚值有一定关系，可以作为脉冲涡流检测方法计算壁厚的特征值。过渡点在双对数坐标系中表现为斜率变化最大的点，如图4，本专利通过求各检测点相邻两感应电压值间双对数斜率最大值来计算特征值所在位置。在脉冲涡流信号穿透铁磁性材料的过程中，第二阶段满足指数函数关系，而指数函数在单对数坐标系中表现为直线，且不同壁厚的铁磁性材料第二阶段的斜率不同，且与壁厚由满足幂函数关系，本专利以第二阶段的斜率作为特征值。通过求得的特征值位置，即可求该位置前几个感应电压值在单对数坐标系中的斜率值，即特征值；通过该特征值与壁厚关系即可求得铁磁性材料的壁厚。
28.壁厚与特征值关系的获取方法是：选择30mm传感器总成，发生电磁信号频率选择2hz、电压选择5v；将传感器总成分别放置于2mm、4mm、6mm、 8mm、10mm、12mm、14mm、16mm标准20#钢试块表面，并进行定点测量，获得特征值分别为：0.7619、0.2108、0.0999、0.0541、0.0375、0.0263、0.0196、 0.0165。将八组标准壁厚值与对应特征值进行拟合，得到壁厚与特征值的关系式，如图5所示。20#钢壁厚与特征值关系为：d＝1.7281*s-0.535
，其中d 为壁厚，s为特征值。
29.下面结合一个具体实例进一步说明：
30.某化工装置入口管线，外径为219mm，壁厚为8.1mm，材质为20#钢，运行温度为45℃，管线长度为0.8米，按以下步骤进行检测：
31.(1)选择30mm传感器总成，发生电磁信号频率为2hz，电压选择5v；
32.(2)将传感器总成放置于管线外表面，并用数据处理终端控制中低频电磁发生系统发出电磁信号，将传感器总成沿管线待测区域平缓移动，直到 0.8m检测区域结束；
33.(3)在数据处理终端显示屏上显示检测位置与对应壁厚的实时图像。
34.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存
在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
35.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。