一种金属管道内表面裂纹的定量评估方法技术

本发明专利技术公开一种金属管道内表面裂纹的定量评估方法，应用于评估测试装置的数据分析处理单元上，所述评估测试装置包括数据分析处理单元、机械运动控制单元、与机械运动控制单元连接的传动装置和设置在传动装置的检测探头，所述检测探头包括用于产生交流磁场信号的激励线圈和设在激励线圈外表面的磁场传感器，机械运动控制单元用于将位置信息传递给数据分析处理单元，数据分析处理单元用于综合位置信息和磁场传感器传递的磁感应强度信息并进行运算和处理。本发明专利技术通过磁场传感器获取被测管道出现裂纹时的磁感应强度变化，来实现对裂纹形状的定量评估，解决现有技术对裂纹难以进行定量分析的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种金属管道内表面裂纹的定量评估方法
本专利技术涉及材料表面物理特性表征评估方法
，尤其涉及一种金属管道内表面裂纹的非接触检测和评价方法。
技术介绍
金属管道在装备制造业、石油天然气、核电等领域应用非常广泛，周期性检查以确保其完整性具有非常重要的意义。目前工程上大多数采用的无损检测技术为超声波检测。超声波检测是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。超声波检测的优点是速度快、灵敏度高、对人体无害，可以实现缺陷定量分析。但是，超声波检测要求被检查表面有一定的光洁度，并需有耦合剂充填满探头和被测表面之间的空隙，以保证充分的声耦合。此外，因易产生杂乱反射波而较难应用，要求有一定经验的检验人员来进行操作和判断检测结果。采用基于电磁原理的检测方法，可以解决超声检测工艺复杂的局限性，并且不要求清理金属表面。涡流检测是以电磁感应现象为基本原理，通过检测被测物体内感生涡流的变化情况，从而实施材料物理性能的无损评定，或探测其内部缺陷的无损检测方法。阻抗分析法是涡流检测中应用非常广泛的一种方法。它是以分析涡流效应引起检测线圈的阻抗及相位变化之间的密切关系为基础，从而鉴别出影响因素效应的一种分析手段。涡流检测的优点是无需直接接触，不需要耦合介质，并且速度快、易于实现自动化。涡流检测是当前在线检测应用中最为普遍的检测手段，但是涡流检测自身存在一定缺陷，干扰因素较多，提离效应大。特别是，传统的阻抗分析法只能用来判断导体内部是否存在缺陷，并不能直观地描述缺陷的形状、大小和位置等信息。探伤过程中很难判断缺陷的种类和形状，难以实施缺陷的定量分析。现代无损检测已经并不满足只能检测缺陷的有无问题，缺陷的定量化评估对于确保机构的状态稳定性、保障生产安全运行以及设备的生命周期评估具有非常重要的意义。为获取更多明显的特征量以提高对缺陷的检测能力，传统涡流检测必须在检测手段和分析方法上得以改善和创新。
技术实现思路
为此，需要提供一种金属管道内表面裂纹的定量评估方法，解决现有涡流检测很难判断裂纹缺陷的种类和形状，难以实现裂纹的定量分析的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种金属管道内表面裂纹的定量评估方法，应用于评估测试装置的数据分析处理单元上，所述评估测试装置包括数据分析处理单元、机械运动控制单元、与机械运动控制单元连接的传动装置和设置在传动装置的检测探头，所述检测探头包括用于产生交流磁场信号的激励线圈和设在激励线圈外表面的磁场传感器，数据分析处理单元与机械运动控制单元和磁场传感器连接，机械运动控制单元用于将位置信息传递给数据分析处理单元，数据分析处理单元用于综合位置信息和磁场传感器传递的磁感应强度信息并进行运算和处理，机械运动控制单元实现传动装置的驱动，所述方法包括裂纹截面形状评估步骤：驱动传动装置在无裂纹管道中运动获取检测探头在不同位置的径向或轴向磁感应强度；驱动传动装置在被测管道中运动获取检测探头在不同位置的径向或轴向磁感应强度，将该磁感应强度与无裂纹时的磁感应强度作比较，得到径向或轴向磁感应强度差值；根据得到的径向或轴向磁感应强度差值与预设的磁感应强度扰动曲线模型，比对得到裂纹截面面积。进一步地，所述预设的磁感应强度扰动曲线模型通过如下步骤得到：利用有限元分析软件，根据所述检测探头与所述被测管道的物理和结构参数，对不同形状裂纹附近的空间磁场进行数值求解；根据数值求解得到的不同截面积裂纹的径向或轴向磁感应强度，采用数学拟合方法，建立磁感应强度扰动曲线模型。进一步地，所述方法还包括裂纹圆周长度评估步骤：驱动传动装置使得检测探头置于被测管道内部，使得激励线圈的轴线与管道的轴线保持同心；驱动传动装置来回移动使得检测探头在被测管道内部沿轴线方向上来回移动，获取磁场传感器的轴向磁感应强度，当磁场传感器轴向磁感应强度变化达到最大值的时候，记录检测探头的位置为轴线参考点位置；保持检测探头在轴线参考点位置不变，驱动传动装置旋转来匀速旋转探头，获取磁场传感器的轴向磁感应强度变化情况，当轴向磁感应强度发生变化的时候，记录此时的旋转角度为第一角度；继续匀速旋转探头，获取磁场传感器的轴向磁感应强度变化情况，当轴向磁感应强度再次发生变化的时候，记录此时的旋转角度为第二角度；根据第一角度与第二角度的角度差计算出管道裂纹在圆周方向的长度。进一步地，所述方法还包括裂纹方位评估步骤：驱动传动装置使得检测探头伸入被测管道且沿被测管道轴线方向上移动，当轴向磁感应强度发生变化时记录检测探头的位置和角度；驱动传动装置将检测探头从被测管道移出，旋转一定角度后；重复上述步骤多次，将获取到的检测探头的位置最大值作为裂纹的起始位置，并重新驱动传动装置将所述检测探头定位到裂纹的起始位置且转动到对应角度；保持角度不变，驱动传动装置使得检测探头沿被测管道轴线方向上移动，获取磁感应强度y分量变化的最大值；根据最大值和预设的方位关系模型，算出裂纹的方位角度。进一步地，所述检测探头包括轴向和径向两个检测方向的磁场传感器。进一步地，所述评估测试装置还包括探头辅助装置，所述探头辅助装置用于连接传动装置与检测探头。进一步地，所述评估测试装置还包括信号发生器，所述信号发生器与所述激励线圈连接，所述信号发生器用于产生正弦交流电使得线圈产生交流磁场信号。区别于现有技术，上述技术方案通过采用评估测试装置，通过磁场传感器获取被测管道出现裂纹时的磁感应强度变化，来实现对裂纹形状的定量评估，解决现有技术对裂纹难以进行定量分析的问题。附图说明图1为本专利技术管道裂纹定量评估的评估测试装置的结构示意图；图2为本专利技术的检测探头的结构示意图；图3为本专利技术的被测管道及裂纹的模型示意图；图4为本专利技术的不同形状裂纹作用下的磁场分布图；图5为本专利技术的被测管道与裂纹圆周方向分布的纵、横截面结构示意图；图6为本专利技术的裂纹方位检测的横截面结构示意图；图7为本专利技术的不同方位裂纹的分布示意图。附图标记说明：1、评估测试装置，10、数据分析处理单元，11、机械运动控制单元，12、传动装置，13、检测探头，130、激励线圈，131磁场传感器，132、线圈骨架，133、隔离环，134、探头外壳，135、保护套，136、引出端，137、信号线，14、探头辅助装置，15、信号发生器，2、被测管道；20、裂纹。具体实施方式为详细说明技术方案的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。请参阅图1到图7，本实施例提供一种金属管道内表面裂纹的定量评估方法，应用于评估测试装置1的数据分析处理单元10上，所述评估测试装置1用于检测被测管道2上的裂纹20。所述评估测试装置1包括数据分析处理单元10、机械运动控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属管道内表面裂纹的定量评估方法，其特征在于，应用于评估测试装置的数据分析处理单元上，所述评估测试装置包括数据分析处理单元、机械运动控制单元、与机械运动控制单元连接的传动装置和设置在传动装置的检测探头，所述检测探头包括用于产生交流磁场信号的激励线圈和设在激励线圈外表面的磁场传感器，数据分析处理单元与机械运动控制单元和磁场传感器连接，机械运动控制单元用于将位置信息传递给数据分析处理单元，数据分析处理单元用于综合位置信息和磁场传感器传递的磁感应强度信息并进行运算和处理，机械运动控制单元实现传动装置的驱动，所述方法包括裂纹截面形状评估步骤：/n驱动传动装置在无裂纹管道中运动获取检测探头在不同位置的径向或轴向磁感应强度；/n驱动传动装置在被测管道中运动获取检测探头在不同位置的径向或轴向磁感应强度，将该磁感应强度与无裂纹时的磁感应强度作比较，得到径向或轴向磁感应强度差值；/n根据得到的径向或轴向磁感应强度差值与预设的磁感应强度扰动曲线模型，比对得到裂纹截面面积。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属管道内表面裂纹的定量评估方法，其特征在于，应用于评估测试装置的数据分析处理单元上，所述评估测试装置包括数据分析处理单元、机械运动控制单元、与机械运动控制单元连接的传动装置和设置在传动装置的检测探头，所述检测探头包括用于产生交流磁场信号的激励线圈和设在激励线圈外表面的磁场传感器，数据分析处理单元与机械运动控制单元和磁场传感器连接，机械运动控制单元用于将位置信息传递给数据分析处理单元，数据分析处理单元用于综合位置信息和磁场传感器传递的磁感应强度信息并进行运算和处理，机械运动控制单元实现传动装置的驱动，所述方法包括裂纹截面形状评估步骤：
驱动传动装置在无裂纹管道中运动获取检测探头在不同位置的径向或轴向磁感应强度；
驱动传动装置在被测管道中运动获取检测探头在不同位置的径向或轴向磁感应强度，将该磁感应强度与无裂纹时的磁感应强度作比较，得到径向或轴向磁感应强度差值；
根据得到的径向或轴向磁感应强度差值与预设的磁感应强度扰动曲线模型，比对得到裂纹截面面积。


2.根据权利要求1所述的一种金属管道内表面裂纹的定量评估方法，其特征在于，所述预设的磁感应强度扰动曲线模型通过如下步骤得到：
利用有限元分析软件，根据所述检测探头与所述被测管道的物理和结构参数，对不同形状裂纹附近的空间磁场进行数值求解；
根据数值求解得到的不同截面积裂纹的径向或轴向磁感应强度，采用数学拟合方法，建立磁感应强度扰动曲线模型。


3.根据权利要求1所述的一种金属管道内表面裂纹的定量评估方法，其特征在于，所述方法还包括裂纹圆周长度评估步骤：
驱动传动装置使得检测探头置于被测管道内部，使得激励线圈的轴线与管道的轴线保持同心；
驱动传动装置来回移动使得检测探头在被测管道内部沿轴线方向上来回移动，获取磁场传感器的轴向磁感应强度，当磁场传感器轴向磁感应强...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋峰，陶丽，
申请(专利权)人：蒋峰，
类型：发明
国别省市：江苏;32