Fig.1　Constructionof high speed oil pipe detector 2.1　亥姆霍茲磁化器及磁化電源 　　亥姆霍茲磁化器是一對同軸直流載流線圈，其軸線中點(diǎn)附件的磁場強(qiáng)度B=0.724μ0N1/R，式中N、R分別為線圈匝數(shù)和半徑，I為磁化電流。變化磁通法和漏磁法要求亥姆霍茲磁化電源很穩(wěn)定。5OOV，10A的可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源采用凈化的交流穩(wěn)壓電源和帶超大容量濾波電容的整流穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)，超大容量濾波電容實(shí)現(xiàn)原理如圖2。

 

Fig.2　Principleof forming ultro- capacitance capacitor 　　超大容量電容器對電源的穩(wěn)壓作用類似巨型蓄水池，電網(wǎng)電壓的瞬變干擾被吸收，而緩變干擾由凈化穩(wěn)壓電源調(diào)整。 2.2　輸送流水線和夾持定位機(jī)構(gòu) 　　輸送流水線上油管在通過探傷儀時，沿其軸線平穩(wěn)運(yùn)行是可靠檢測的必要條件。帶接箍的油管總是顛波運(yùn)行的，管接箍與傳送V形輪每撞擊一次，就會形成一次強(qiáng)烈干擾，造成周期性誤檢。所以要求輸入、輸出傳送線嚴(yán)格成水平直線，采用橡膠覆蓋V形輪；探傷儀兩端各設(shè)兩道上下張合夾持定位輪，以保證油管通過檢測區(qū)基本平穩(wěn)、衰減周期性的撞擊干擾。 2.3　干擾和噪聲的消除 　　缺陷信號是隨機(jī)的，撞擊干擾是周期的。從頻域可以根據(jù)它們的頻譜分布不同衰減撞擊干擾，分離出缺陷信號。一種在時域從周期干擾中分離隨機(jī)缺陷信號的方法稱“浮動切割電平法” ，見圖3。

 

圖3　周期性噪聲的浮動電平切割法 Fig.3　Method of cut out period noise in floatinglevel 　　圖中要保證浮動電平緊跟隨周期撞擊干擾的峰值，充電器和放電器的時間常數(shù)應(yīng)合適選擇。撞擊干擾與變化磁通法檢測的缺陷信號比寬度較小。而漏磁檢測的缺陷信號寬度比撞擊干擾小，這些由軟件運(yùn)算、分析后消除。 2.4　標(biāo)記驅(qū)動器 　　標(biāo)記驅(qū)動器將處理電路得到的缺陷信號或計(jì)算機(jī)檢測得到的缺陷信號延時展寬，驅(qū)動打標(biāo)記繼電器吸合，噴打標(biāo)記。 3　油管高速探傷儀的檢測機(jī)理 　　亥姆霍茲磁化器在其軸線上產(chǎn)生均勻磁化場，當(dāng)油管以衡定速度(如40m/min)穿過檢測區(qū)時，通過線圈磁化場部分的油管體被勻強(qiáng)磁場磁化至飽和狀態(tài)。由于油管為鐵磁性材料，磁力線絕大部分被聚積在油管壁內(nèi)。積分探頭陣列為包圍油管和其外圍局部空間的磁敏探頭陣列，以積分運(yùn)算方式對各傳感器信號進(jìn)行處理。當(dāng)油管壁變薄、油管內(nèi)外壁局部被磨損、內(nèi)外壁有腐蝕坑、凹坑、通孔等缺陷時，飽和磁化的油管壁在缺陷處的磁阻變大，根據(jù)磁通量連續(xù)原理，聚積在管壁的部分磁通向外擴(kuò)張，積分探頭陣列包圍的閉合曲線內(nèi)總磁通量減少；反之，當(dāng)管壁變厚時，積分閉合曲線內(nèi)總磁通量增加。上述變化的磁通量轉(zhuǎn)化為電信號，處理后顯示缺陷位置和程度。這種檢測方法稱謂“變化磁通探傷法”。 　　微分探頭陣列是精密貼合在油管外表面的磁敏傳感器群。當(dāng)被飽和磁化的油管內(nèi)存在細(xì)微的裂紋、折疊、撕傷和微孔等缺陷時，根據(jù)磁場邊界條件的折射定律和磁屏蔽原理，缺陷對磁力線折射的結(jié)果，在油管的外表面產(chǎn)生泄漏磁場的空間分布。磁敏傳感器拾取了這些漏磁場轉(zhuǎn)化為電信號，便可以顯示缺陷位置和程度。這種檢測方法就是“漏磁檢測法”。 　　“變化磁通法”對參數(shù)較大、變化平緩的缺陷檢測效果好，而“漏磁法”對細(xì)微缺陷檢測效果好。兩重方法結(jié)合一起，設(shè)備體積不變，成本略增加，而總體檢測效果很理想。積分傳感器與油管壁不接觸，微分傳感器靠適中的彈性貼合油管外壁，對油管的掃查速率越高缺陷信號與噪聲比越好，所以這種探傷技術(shù)和設(shè)備的檢測速度很快。 4　油管高速探傷技術(shù)的特點(diǎn) 4.1　探傷儀體積小、重量輕、功耗低 　　探傷儀將漏磁探傷和變化磁通探傷的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合一起，在一付亥姆霍茲磁化器內(nèi)設(shè)置兩種檢測探頭，加上夾持定位機(jī)構(gòu)，探測部分長度1.324m，寬度0.5m，中心高0.685～0.900m可以連續(xù)或分檔調(diào)節(jié)；*大功耗5kW，重量1000kg；探傷儀采用合金材料精密加工、拋光處理，線條流暢、色彩和諧、操作方便；張合機(jī)構(gòu)動力由氣源驅(qū)動微型氣缸實(shí)現(xiàn)，動作靈活、張馳適度。 4.2　探頭壽命長、吻合調(diào)整方便 　　變化磁通檢測法的積分式探頭陣列嚴(yán)格以軸線為圓心，分布在與油管外表面貼近卻不接觸的圓周上，既實(shí)現(xiàn)了*高檢測靈敏度又“永不磨損”。 　　漏磁檢測法的微分探頭陣列靠徑向曲臂和彈簧作用與油管外表面密切貼合，這種機(jī)械式適度彈性接觸使缺陷漏磁信號與傳感器耦合可靠、安裝方便、不會因故撞壞探頭。 4.3　檢測速度快、工件直經(jīng)范圍寬、要求低 　　輸送流水線運(yùn)行在15～50m/min范圍內(nèi)某一具體速度上，探傷儀都能正常檢測。探傷儀不僅能檢測常規(guī)的直徑為50.8、63.5、76.2mm的新、舊油管，還能檢測直經(jīng)為50～150mm的各種無縫油管、焊管和鑄鐵管，檢測油管壁厚度達(dá)25mm?；谔絺砗吞筋^結(jié)構(gòu)，探傷儀對被測件內(nèi)外表面的非磁性污染不要求嚴(yán)格清洗，極大地方便了用戶，擴(kuò)展了應(yīng)用場所，減少了檢測費(fèi)用。 4.4　檢測靈敏度高，重復(fù)性好 　　檢測靈敏度不是**地以能檢測多么小的缺陷來定義的。根據(jù)日本公布的漏磁探傷方法標(biāo)準(zhǔn)JIS Z2319-1991規(guī)定，檢測試樣的內(nèi)外表面的不平度和壁厚的偏差應(yīng)小于人工試樣上人工刻制缺陷深度的三分之一。其外，試樣以規(guī)定的速度和運(yùn)行條件通過探傷儀也是研究檢測靈敏度的關(guān)鍵。這樣，考核采油油管探傷儀的外表檢測靈敏度*高為N5、內(nèi)壁為N10人工槽(人工加工寬度0.5mm，長度25mm，深度為壁厚5%、10%的矩形槽缺陷)。通常以人工通孔衡量靈敏度，其檢測靈敏度一般應(yīng)為D1.5mm人工通孔。實(shí)驗(yàn)證明D0.8mm通孔也可以準(zhǔn)確檢測，說明探傷儀的某些檢測效果優(yōu)于傳統(tǒng)的探傷法。達(dá)到上述檢測靈敏度時，試樣三次通過探傷儀檢測的缺陷重現(xiàn)率為100%，說明這種探傷儀對缺陷的檢測具有很高的重復(fù)性。油管探傷還要檢測表面狀況較差的重復(fù)再用油管，為此探傷儀的檢測靈敏度可以根據(jù)實(shí)際檢測需要進(jìn)行調(diào)整。 4.5　標(biāo)記機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確、靈活 　　探傷儀的標(biāo)記噴打裝置對準(zhǔn)探頭出口，采用及時定位打標(biāo)方式，標(biāo)記準(zhǔn)確覆蓋缺陷。探傷儀不配接計(jì)算機(jī)時(稱探傷儀的基本配置)，也能正常檢測、標(biāo)記。配接計(jì)算機(jī)后(稱升檔配置)，顯示檢測過程、分析檢測結(jié)果、存儲檢測數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)總體質(zhì)量、驅(qū)動定位打標(biāo)。這為用戶根據(jù)企業(yè)經(jīng)費(fèi)、檢測條件、人員水平和探傷要求選擇不同配置創(chuàng)造條件。 5　檢測實(shí)例 5.1　試樣檢測實(shí)例 　　圖4為采油油管試樣。表1為檢測條件和檢測結(jié)果(人工槽寬度為0.5mm，長度為25mm)。

 

Fig.4　Sample and manualflaw 表1　油管探傷儀對試樣的檢測結(jié)果 Table 1　Results of oil pipe detector detectingsamples

 

表1說明高速度和飽和磁化既是變化磁通法和漏磁法的特點(diǎn)，也是探傷儀運(yùn)行的關(guān)鍵條件。 5.2　現(xiàn)場檢測實(shí)例 　　采油油管高速探傷儀1993年12月至1997年1月在孤東采油廠投入運(yùn)行以來，檢測了126348根油管，檢測速度15m/min，檢出有缺陷油管21420根，缺陷包括腐蝕坑、麻點(diǎn)、孔洞、工具撕傷、裂紋、抽油桿對內(nèi)壁磨損槽和油管壁厚超標(biāo)變化等。 　　**臺油管高速探傷儀在大港南部油田修井公司投入運(yùn)行，1997年6月10日至9月10日檢測油管20180根，檢測速度38m/min，檢出有缺陷油管7138根，特別是油管內(nèi)壁磨損槽、壁厚變薄、內(nèi)壁腐蝕和細(xì)微裂紋等是水壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不了的缺陷，都被檢出