一种基于阵列涡流检测金属波纹管缺陷的方法与流程

本发明属于无损检测技术领域，具体说的是一种基于阵列涡流检测金属波纹管缺陷的方法。

背景技术：

金属波纹管膨胀节是现代受热管网和设备进行热补偿的关键部件之一，具有位移补偿、减振降噪和密封的作用。但波纹管是一个具有一定使用寿命的元件，当波纹管的使用达到一定时间后，波纹管就会发生破坏。金属波纹管在使用过程中容易由于输送介质、使用工况、外部环境或自身设计制造等原因造成波纹管产生缺陷，缺陷严重时造成金属波纹管泄漏或破裂，影响管道正常运行，另波纹管在实际的工作中，有开车、停车等多工况带来的温度、压力、位移等载荷的波动造成产品多次循环损伤，对波纹管疲劳寿命有重要影响，需要人工定期检查、评估以便及时维护。

波纹管为曲面多层结构如图1所示，常规的无损检测技术如射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测、常规涡流检测等，可检测范围均达不到检测要求，不能有效检测波纹管整体。使用射线检测方法，由于波纹管为曲面，无法检测侧壁面，检测区域受限；超声波检测无法穿透多层金属，仅能在最外层检测，在检测单层时也由于波纹管表面形状复杂，声波传输干扰因素较多，检测结果较难判定；渗透、磁粉检测只适用于检测外表面缺陷，且磁粉检测只适用于铁磁性材料，不适用于波纹管常用材料--奥氏体不锈钢；常规涡流检测方法受波纹管曲面限制，仅能检测波纹管局部表面，检测深度有限，检测结果为二维曲线，检测结果较难评价。其它无损检测方法如激光振动、红外检测和声发射检测等均针对工件整体进行宏观检测，不适用于工件局部检测，且缺陷检出率较低，无法对缺陷进行准确定位和定量。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于阵列涡流检测金属波纹管缺陷的方法，通过对波纹管表面进行全覆盖扫查，可以实现对波纹管表面及内部缺陷的有效检出，可以准确定量、定位缺陷，实现了金属波纹管的快速、可靠无损检测。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种基于阵列涡流检测金属波纹管缺陷的方法，包括缺陷检测装置，主要包括具有数据分析及信号处理软件的阵列涡流检测仪、探头、编码器组成；采用缺陷检测装置检测金属波纹管，通过探头和编码器，对波纹管表面进行扫查，探头输出检测数据至阵列涡流检测仪，通过数据分析及信号处理软件分析，可以获得波纹管表面及内部存在的缺陷信号，通过对缺陷信号的判断，可以给出金属波纹管的内部缺陷状况信息；

具体包括以下步骤：

步骤一、人工缺陷试块准备：使用金属板材或金属波纹管制作人工缺陷对比试块，试块层数、厚度、材质与待扫查波纹管一致，试块尺寸满足探头扫查距离，在试板中心位置加工人工缺陷，人工缺陷可为线型或圆孔型；

步骤二、扫查人工缺陷试块：操作探头匀速扫过人工缺陷试块，在数据分析及信号处理软件系统中调节各参数使得人工缺陷信号清晰显示在扫查图中，调节人工缺陷信号相位，提高人工缺陷信号与无缺陷信号对比度，使无缺陷处显示绿色、人工缺陷信号显示红色或黄色以便增强对比，此时的扫查图作为人工缺陷扫查图；

步骤三、确定扫查图与扫查距离相关性：将探头连接编码器，操作探头扫查特定距离，同时对比扫查图的长度显示是否一致，调整编码器设置，重新进行扫查确认，最终保证扫查图与探头实际扫查距离一致；

步骤四、扫查金属波纹管：保持编码器及其它各参数不变，把探头置于待检测波纹管表面对波纹管进行扫查，在扫查波纹管时，一次扫查波纹管的整周长或分区进行扫查，使探头匀速对波纹管进行扫查，扫查速度与扫查人工缺陷试块时一致；

步骤五，分析评定检测数据：根据得到的波纹管扫查图与人工缺陷扫查图进行对比，使用数据分析及信号处理软件对检测结果进行滤波处理，通过比较信号幅值和相位，来判断波纹管中是否存在缺陷，判断缺陷大小和位置。

本发明有益效果是：本发明用于金属波纹管的缺陷检测，和现有各类检测技术相比，既可对单层波纹管进行检测，也可对多层金属波纹管进行检测，既可整体检测也可局部检测，可准确定位缺陷位置，给出缺陷大小信息，检测速度快，检测结果可靠直观，操作便捷，适用于各类金属波纹管的在制或在役检测。

附图说明

图1为金属波纹管的结构示意图；

图2为阵列涡流检测金属波纹管缺陷的方法示意图；

图3为金属波纹管检测示意图；

图4为阵列涡流检测缺陷扫查图（左）和阻抗图（右）。

具体实施方式

一种基于阵列涡流检测金属波纹管缺陷的方法，包括缺陷检测装置，主要包括具有数据分析及信号处理软件的阵列涡流检测仪、探头、编码器组成；采用缺陷检测装置检测金属波纹管，通过探头和编码器对波纹管表面进行扫查，探头输出检测数据至阵列涡流检测仪，通过数据分析及信号处理软件分析，可以获得波纹管表面及内部存在的缺陷信号，通过对缺陷信号的判断，可以给出金属波纹管的内部缺陷状况信息；

具体包括以下步骤：

步骤一，选择阵列涡流探头：根据波纹管的结构参数来选择阵列涡流探头，探头与步进编码器连接，以提供检测结果与波纹管表面精确定位；如果未使用编码器，可通过探头扫查速度及扫查时间在波纹管表面进行粗略定位；

步骤二、人工缺陷试块准备：使用金属板材或金属波纹管制作人工缺陷对比试块，试块层数、厚度、材质与待扫查波纹管一致，试块尺寸满足探头扫查距离，人工缺陷形状、缺陷尺寸、位置根据检测需要进行确定；

步骤三、扫查人工缺陷试块：操作探头匀速扫过人工缺陷试块，在数据分析及信号处理软件中调节各参数，使得人工缺陷信号清晰显示在扫查图中，调节人工缺陷信号相位，提高人工缺陷信号与无缺陷信号对比度，使无缺陷处显示绿色、人工缺陷信号显示红色或黄色以便增强对比，此时的扫查图作为人工缺陷扫查图；

步骤四、确定扫查图与扫查距离相关性：将探头连接编码器，操作探头扫查特定距离，同时对比扫查图的长度显示是否一致，调整编码器设置，重新进行扫查确认，最终保证扫查图与探头实际扫查距离一致；当探头未连接编码器时，使探头匀速扫过特定距离长度，记录二维扫查图横轴与距离关系，在实际扫查金属波纹管时也使用相同的扫查速度，通过横轴与距离关系确定缺陷实际位置；

步骤五、扫查金属波纹管：保持编码器及其它各参数不变，把探头置于待检测波纹管表面对波纹管进行扫查，在扫查波纹管时，一次扫查波纹管的整周长或分区进行扫查，使探头匀速对波纹管进行扫查，扫查速度与扫查人工缺陷试块时一致；

步骤六，分析评定检测数据：根据得到的波纹管扫查图与人工缺陷扫查图进行对比，使用数据分析及信号处理软件对检测结果进行滤波处理，通过比较信号幅值和相位，来判断波纹管中是否存在缺陷，判断缺陷大小和位置。

实施例一

本实施例中，被检测的金属波纹管结构如图1所示，波纹管材质为316l不锈钢，波纹管层数n=3，每层厚度均为1.0mm，波高h=88mm，波距=88mm，长度l=440mm，直边段直径=1004mm，在第3层波谷处加工有一个长度10mm、宽度0.5mm的线性人工缺陷。以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步详细说明。

第一步，选择阵列涡流探头。选择涡流渗透深度为3mm的柔性阵列涡流探头。

第二步，人工缺陷试块准备。使用1.0mm厚316l不锈钢板材，制做三块100×100mm平板试块，在其中一块平板试块中心位置加工10mm长0.5mm宽线性人工缺陷。

第三步，扫查人工缺陷试块。把人工缺陷试板放置于最底层，在其上叠加两块无缺陷试块，阵列涡流探头连接编码器后，设置探头激发频率为1000khz，激发电压4v，设置编码器步进值0.5mm，然后在试块表面进行扫查，设置增益值为30db，使缺陷信号清晰可见。

第四步，确定扫查图像与扫查距离相关性。测量扫查图上显示的人工缺陷位置与实际位置基本一致，确认扫查图显示距离与实际扫查长度对应无误。

第五步，扫查金属波纹管。把柔性阵列涡流探头置于波纹管表面，分别对波峰、波谷和侧壁进行整圆周扫查。

第六步，分析评定检测数据。通过观察找出缺陷图像，把十字光标先后置于缺陷沿扫查方向的两个端点，端点一89mm，端点二98mm，两端点位置差值为9mm，即缺陷长度测量为9mm；把十字光标置于缺陷中心位置，在阻抗图上读出光标位置相位角为17.1°、电压幅值为0.86v，电压幅值较低、相位角较小，可判断为内部埋藏缺陷。

结合附图和具体实施例对本发明加以说明，但是本发明并不局限于这些实施例，阵列涡流检测技术可以应用于各种型式的金属波纹管膨胀节检测，如复式万向铰链型、单式万向铰链型、轴向型、复式拉杆型等。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等效变换或等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。