前面所述的基于中心頻率、中心斜率和數(shù)字信號(hào)差分的三種方法均屬于信號(hào)后處理方法,是對(duì)檢測(cè)結(jié)果的進(jìn)一步處理。這里,介紹一種基于傳感器布置的雙層梯度檢測(cè)方法,它通過(guò)特殊的傳感器陣列布置及其處理方法來(lái)區(qū)分缺陷的位置。具體實(shí)施方法為:從冗余檢測(cè)出發(fā),
在法向上布置兩層陣列磁敏感元件,實(shí)現(xiàn)兩個(gè)特定間隔測(cè)點(diǎn)的梯度檢測(cè),并對(duì)得到的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析,然后利用內(nèi)、外部缺陷的檢測(cè)信號(hào)峰-峰值在提離方向上的衰減率進(jìn)行評(píng)判。最后,構(gòu)建出歸一化衰減率作為評(píng)判參數(shù)來(lái)對(duì)缺陷的內(nèi)、外位置進(jìn)行評(píng)判。
一、內(nèi)、外部缺陷檢測(cè)信號(hào)的提離特性和雙層梯度檢測(cè)
當(dāng)考慮不同的傳感器提離值時(shí),實(shí)際上檢測(cè)得到的數(shù)字信號(hào)是關(guān)于不同提離平面上的一組信號(hào)序列。如圖4-26所示,下面討論漏磁場(chǎng)法向分量在不同提離值h下的檢測(cè)信號(hào)峰-峰值變化規(guī)律,并將內(nèi)、外部缺陷檢測(cè)信號(hào)的峰-峰值分別記為Vinpp(h)和Vexpp(h)。
1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離特性
采用鋼板進(jìn)行內(nèi)、外部缺陷提離特性試驗(yàn),在其表面加工人工缺陷,分別有不通孔、橫向刻槽以及斜向刻槽,如圖4-27所示。用霍爾元件拾取漏磁場(chǎng)法向分量,通過(guò)改變霍爾元件與鋼板表面之間的距離,即提離值h的大小,考察各人工缺陷在正面和反面檢測(cè)時(shí)信號(hào)峰-峰值的差異。鋼板漏磁檢測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)如圖4-28所示,試驗(yàn)鋼板厚度、寬度和長(zhǎng)度分別為9.6mm、100mm和1000mm,采用電火花和機(jī)械加工方法制作人工缺陷,見(jiàn)表4-10,刻槽長(zhǎng)度均為40.0mm,寬度均為1.0mm。磁化器采用穿過(guò)式直流磁化線圈,確保鋼板被軸向磁化至飽和狀態(tài)。
試驗(yàn)獲得的人工缺陷正面檢測(cè)和背面檢測(cè)對(duì)應(yīng)的峰-峰值Vexpp(h)和Vinpp(h)與提離值h之間的擬合曲線簇,如圖4-29和圖4-30所示。從圖中可以看出,峰-峰值Vexpp(h)和(h)的遞減趨勢(shì)雖然相同,但兩者的變化速率則有明顯區(qū)別,內(nèi)部缺陷信號(hào)峰-峰值(h)隨提離值的增加遞減平緩,而外部缺陷信號(hào)峰-峰值Vexpp(h))遞減陡峭,當(dāng)提離值大于1.0mm后,內(nèi)、外部缺陷信號(hào)峰-峰值均呈現(xiàn)出平緩的變化趨勢(shì)。
2. 雙層梯度檢測(cè)方法
根據(jù)和Vinpp(h)提離特性的不同,提出一種雙層梯度檢測(cè)方法,即沿著相同法線方向的不同提離值處布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn),通過(guò)獲取測(cè)點(diǎn)處缺陷漏磁場(chǎng)法向分量信號(hào)峰-峰值Vpp(z)在提離方向上的衰減率作為評(píng)判指標(biāo),也即
其中,衰減率R實(shí)際上是利用兩測(cè)點(diǎn)的峰-峰值差ΔVpp(h)與兩測(cè)點(diǎn)的提離值差Δh之比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)Δh足夠小時(shí),可以視為函數(shù)Vpp(h)在h方向上的梯度,由于檢測(cè)元件具有一定厚度,兩個(gè)測(cè)點(diǎn)間的間隔不可能無(wú)限小,實(shí)際應(yīng)用中,只有當(dāng)內(nèi)、外部缺陷峰-峰值Vpp(h))的衰減率R1a之間存在明顯差異時(shí),才有可能有效應(yīng)用于內(nèi)、外部缺陷的區(qū)分。為便于論述,對(duì)應(yīng)于內(nèi)部缺陷和外部缺陷檢測(cè)信號(hào),衰減率分別記為和ERdoPlyI
從圖4-29和圖4-30中可以看出,在不同提離值下,Vexpp(和Vimpp(h))的變化趨勢(shì)僅在一定區(qū)域具有明顯差異。在此區(qū)域,外部缺陷檢測(cè)信號(hào)峰-峰值Vexpp(h)隨提離值的增加劇烈減小,而內(nèi)部缺陷檢測(cè)信號(hào)峰-峰值Vinpp(h))的變化程度相對(duì)緩慢。
當(dāng)h分別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時(shí),將Vexpp(h)和Vimpp(h)進(jìn)行對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)提離值為0.3mm與0.7mm時(shí),內(nèi)、外部缺陷峰-峰值衰減率有明顯差異,見(jiàn)表4-11。
采用不同厚度的鋼板進(jìn)一步試驗(yàn),缺陷參數(shù)和峰-峰值衰減率見(jiàn)表4-12~表4-15。
通過(guò)大量對(duì)比試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),提離值分別取0.3mm與0.7mm時(shí),內(nèi)、外部缺陷衰減率差異較為穩(wěn)定,無(wú)論缺陷形態(tài)特征如何,內(nèi)、外部缺陷的衰減率均有較大差異。從上述列表中的數(shù)值可以看出,衰減率的量值并不隨缺陷的其他特征(如裂紋的走向、形狀等)的改變而發(fā)生大的變化。此外,隨著被檢測(cè)鋼板厚度的加大,內(nèi)、外部缺陷的衰減率差別更大。
二、內(nèi)、外部缺陷位置區(qū)分特征量
對(duì)于相同尺寸的內(nèi)、外部缺陷,在不同提離位置上的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)處得到的峰-峰值差值,外部缺陷信號(hào)明顯大于內(nèi)部缺陷信號(hào)。為此,提出歸一化的峰-峰值差值,同時(shí)得到歸一化衰減率Rid,即
其中,Vpp(z)對(duì)應(yīng)外部缺陷時(shí)為,對(duì)應(yīng)內(nèi)部缺陷時(shí)為Vinpp(z)。為便于表達(dá),將外部缺陷和內(nèi)部缺陷歸一化衰減率分別記為ERid和IRido實(shí)際檢測(cè)時(shí),用Rid來(lái)辨別缺陷信號(hào)對(duì)應(yīng)的是外部缺陷還是內(nèi)部缺陷。
進(jìn)一步,試驗(yàn)驗(yàn)證將歸一化衰減率作為不銹鋼管內(nèi)、外部缺陷區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)的可行性,設(shè)計(jì)雙層霍爾元件陣列封裝檢測(cè)探頭,結(jié)構(gòu)及實(shí)物如圖4-31所示。采用厚度為0.3mm的聚甲醛片作為耐磨片,微型霍爾元件厚度為0.4mm,最終形成雙層霍爾元件相對(duì)于不銹鋼管表面提離距離分別為0.3mm和0.7mm。選用厚度為9.35mm、外徑為88.9mm的鋼管作為試件,采用電火花及機(jī)械加工方法在不銹鋼管上加工內(nèi)、外部缺陷,見(jiàn)表4-16,采用直流磁化線圈對(duì)鋼管進(jìn)行軸向磁化,檢測(cè)速度保持穩(wěn)定。
通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算歸一化衰減率,見(jiàn)表4-16,并繪制成如圖4-32所示的分布圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn),不銹鋼管中內(nèi)、外部缺陷具有較明顯的量值差異。該方法區(qū)分正確率高,然而探頭系統(tǒng)較為復(fù)雜,需要更多的通道數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余檢測(cè),因此一般用于高品質(zhì)不銹鋼管的檢測(cè)。
內(nèi)、外部缺陷區(qū)分是不銹鋼管漏磁檢測(cè)過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題,它是內(nèi)、外部缺陷實(shí)現(xiàn)一致性評(píng)判的基礎(chǔ),也就是要求無(wú)論缺陷處于鋼管內(nèi)部還是外部,相同尺寸的缺陷經(jīng)過(guò)漏磁檢測(cè)后必須獲得相同的評(píng)價(jià)損傷量級(jí)。內(nèi)、外部缺陷區(qū)分有很多方法,如基于缺陷信號(hào)中心頻率、中心斜率和數(shù)字差分的后處理方法,以及基于雙層梯度檢測(cè)的冗余測(cè)量方法。當(dāng)然,還可與其他無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè),如漏磁檢測(cè)與渦流檢測(cè)方法,由于渦流只能檢測(cè)鋼管表面及近表面缺陷,與漏磁檢測(cè)方法聯(lián)合之后可以對(duì)缺陷的位置進(jìn)行正確判斷;還有漏磁與超聲復(fù)合檢測(cè)方法,超聲檢測(cè)可根據(jù)聲波的傳遞速度和傳遞時(shí)間來(lái)判斷出缺陷位置。
每種內(nèi)、外部缺陷區(qū)分方法都各有優(yōu)缺點(diǎn),沒(méi)有一種方法可100%正確區(qū)分。在選擇缺陷區(qū)分方法時(shí),要根據(jù)檢測(cè)要求、工件特性、缺陷類型、使用工況以及設(shè)備成本來(lái)選擇合適有效的內(nèi)、外部缺陷區(qū)分方法。