论文部分内容阅读
中图分类号：O657文献标识码： A
1、概述
漏磁检测(MFL)和超声波探伤(UT)已被广泛应用于铁磁性板材和管材的坑状腐蚀检测。用户和检测人员对这些方法的灵敏度和精确度有着不同的理解和期望。本文讨论了这两种方法的基本原理及它们对缺陷检出的可能性(POD)和精确度的影响。
2、坑状腐蚀
腐蚀的机理和类型有很多。在这里，我们专门讨论储罐底部与防水层之间的腐蚀或储罐内部介质水分的腐蚀。在二十世纪六十年代，用于管道系统冲蚀的超声波探伤是相当成功的，它给人一种能准确检出坑状腐蚀的错觉。为了帮助理解这种差异，现举例说明冲蚀和一些典型的腐蚀形状。
冲蚀、典型的"湖型"和"锥型"腐蚀坑。这种记录腐蚀的形成步骤或是其"梯式"发展形式很有意义。在储罐底板上一般发现最多的是"湖型"和"柱型"腐蚀，它们形成的普遍原因是湿气进入了底板与防水层(底板外侧)之间，或是储存的产品中有水分(底板内侧)。柱型坑相对来说是不常见的，通常是介质中水分和硫化物(SRB)综合产生的结果。
3、方法原理
MFL的基本原理。装在支架上的磁铁在板材或管壁上产生强的感应磁场。若板材或管壁存在腐蚀缺陷，在其相应的表面形成漏磁场。在磁极之间放置一排探头探测该漏磁场。探头通常采用霍尔元件或线圈。而且每种类型的探头都有其优势和局限性。
4、MFL检出缺陷的可能性
MFL方法使用了一排探头，相邻探头之间的探测范围是重叠的。任何漏磁信号检出的可能性依赖于漏磁场相对于噪声信号的振幅大小。换句话说，信噪比是决定缺陷检出的主要因素。影响信噪比的参数一些与检测设备的设计和操作相关，一些与底板条件，包括腐蚀坑的几何形状相关。
5.1、设备
5.1.1、磁铁设计 ．
磁铁必须有足够的磁场强度才能使被测试材料里的磁通密度接近饱和。当磁极和测试面之间的距离(提离)没有太大的变化时，设计的支架必须使磁铁系统能沿着起伏的扫描面移动。毫无疑问，使用电磁铁的好处之一是在不同厚度材料或提离变化的条件下，磁场强度可以通过调节来补偿。另一个实用的好处是在测试表面上能够关闭磁场，帮助重新移动扫描头部装置。它的主要缺点是其尺寸和重量。鉴于此，设计磁铁时，许多扫描仪使用了钕-铁-硼永久磁铁。它能形成紧凑的扫描头部装置，其适用的最大壁厚为12.5mm；如果降低灵敏度使用，其适用的最大壁厚为20mm。如果能设计一个又合适、又安全、又能在测试面上方便放置和重新移动支架系统，它适用的壁厚可能会更大。
5.1.2、探头类型和排列
在给定的漏磁场中，线圈探头中产生电势信号与磁力线切线方向的速率呈一定的函数关系。线圈和扫描仪前进速度呈数字变化函数关系。因此，在设备设计时应考虑到线圈类型探头的速度敏感性。线圈比一些霍尔效应元件对提离变化更加灵敏。线圈探头的一个独特优势是扫描仪在加速和减速状态下产生的强涡流对其的影响低于对霍尔效应元件探头的影响。
5.1.3、速度控制
各种类型的探头在一定程度上对速度的控制是必要的，但使用线圈探头时，控制程度要低一些。
5.1.4、振动阻尼
背景噪声和伪信号的一种来源归因于扫描面的表面粗糙度。这在储罐底板和没有覆盖层的地上管道表面是非常常见的。在那些表面上產生的腐蚀导致了扫描支架上磁体和探头系统振动，因而产生噪声，它可以通过三种方法来消除：使用合适宽度的轮子，使用联合减振器和根据该振动频率比缺陷信号的频率高这一特点而进行信号处理。
5.1.5、信号处理
由于从漏磁场得到的信号相对较小，因此信号需要放大。它们也需要与不想要的噪声区别对待。通过滤波器波段排除低频(涡流)和高频(振动)噪声。所有的残留噪声能被设置的缺陷检测阀值电路计算，或者在探测的动态显示情况下，通过操作者来评估总体的噪声水平。
5.2、底板
5.2.1、材料
很显然，铁磁性材料对MFL是必须的，但铁磁性材料的渗磁性会影响检测结果。与装置配套使用的标样板或标样管应是用与被检测设备相同等级钢材制造。储罐底板的材质一般已不成问题，因为储罐在建造时采用了低碳中强钢。更需注意的是选择标样管时应确保选择正确的钢材等级。对一个特定的磁场条件，材料的厚度将影响磁场能够达到饱和的程度，从而影响特定腐蚀坑在该漏磁场中的信号振幅。
5.2.2、扫查表面条件
扫查表面应干净并清除杂物(特别是从储罐顶落下的腐蚀物)。表面粗糙度可能导致振动噪声，扫描时需要设置相对高的阀值(降低了缺陷检出灵敏度)。在具有较薄的塑料覆盖层(大约1mm)表面扫描时也能降低灵敏度。其它不规则部位，如被磨平的焊接飞溅或返修焊缝部位将有很大的伪指示信号。这些信号也需储存，因为漏磁检测(MFL)方法不能区分是扫查表面的腐蚀坑显示还是这些细微部分的显示，但相对材料壁厚50%深的缺陷或更深的缺陷，漏磁检测(MFL)方法对这些具体的表面腐蚀坑具有较高的灵敏度。
5.2.3、扫查表面的覆盖层
MFL的一个主要的优点是能在相当厚度的表面覆盖层上扫查并能保持合理的灵敏度。在6.32mm厚的底板上，在玻璃纤维覆盖层厚达6mm的情况下，MFL能够进行检测，能够检出20％壁厚减薄部位。
5.2.4、清洁程度
相对于UT，地板表面的条件对MFL的影响较小，但较厚肋骨标尺能产生伪信号，腐蚀物聚集到磁极能通过探头产生破裂的伪信号。清除表面杂物并用水冲洗表面就足够了。
5.2.5、腐蚀坑深度
在距上述条件表面一定距离时，腐蚀坑的深度是影响漏磁信号振幅的一个主要因素。腐蚀坑的体积和形状也能影响该信号的振幅，这将在本文的后面讨论。但在给定的条件下，漏磁场信号的振幅能用来评定壁厚损失的百分比从而减少了需要的复查量。
5.2.6、腐蚀坑体积
在其它地方曾论述了腐蚀坑的体积是影响信号振幅最重要的因素，这是对MFL检出的缺陷结果不能定量的原因。由于这些论点的论述单调，我们决定在真正的腐蚀缺陷上借助技术模型和一些经验性的尝试，深入的研究腐蚀坑的体积和深度对振幅的影响。制作了一系列设定深度和不同体积的腐蚀坑模型。在板厚6.35mm、40%、50%和60%壁厚深的条件下，腐蚀坑的体积和磁感应强度的变化关系曲线。它说明了腐蚀坑体积增减时对信号振幅大小的影响。因此建议：对于典型储罐的"锥型"和"湖型"腐蚀坑，单独使用MFL能合理准确的检测出严重的"复合"腐蚀。
5.3、MFL检出坑状腐蚀可能性(POD)概要
在一定条件下，MFL方法检出缺陷的概率是相当高的。训练有素且尽责的操作者使用维护良好的设备在干净、无坑洼的表面检测时，壁厚至10mm材料、减薄20%(有时低于10%)能够被准确的检出。在不太干净的表面检测，壁厚至13mm、减薄40%能被检出。在上述条件内，MFL能以0.5m/s的速度扫查，一次扫查宽度150mm至450mm。与UT相比，表面条件对MFL的影响较小，大部分漏磁检测系统很少要求操作者步步跟随操作。
6、UT检出坑状腐蚀的可能性
UT对坑状腐蚀的检出程度同样取决于很多因素。因为该方法比MFL慢，直到最近，同样带网格屏幕逐点检查的方法才被广泛用于管道弯头冲蚀检测。很显然，使用这种技术检出单个麻点的可能性可以忽略不计。现在优先选择的是二维扫描技术，它能手动直接接触扫描，或用冲水探头自动扫描。典型坑状腐蚀提供的适合超声波目的的反射面一般很少，操作者必须能够理解信号参数含义，避免误判。正因如此，简易的数字测厚仪不适合腐蚀检测。优先选择了具备A-扫描功能的仪器，这种仪器优于B扫描和C扫描仪器。与MFL一样，超声波探伤时，影响其坑状腐蚀检出可能性的因素包括相关的仪器与技术、相关的底板和可能存在的腐蚀坑。
6.1、仪器
6.1.1、缺陷探测器
作为最低的要求，它应有A扫描显示，但如在设备上使用了为C扫描仪和B扫描仪生产的数据储存技术，这会大大的提高缺陷检出的可能性。特别验证了这些仪器在检测时需要连续耦合。
6.1.2、探头类型
在许多情况下，被检验的材料厚度不超过10mm，扫查表面也不十分光滑。这意味着单晶探头的首脉冲将占据正常壁厚信号很重要的一部分，因此在这种情况下，这种探头不适用这种条件。而双晶探头克服了这个问题，但必须记住在探头设计时，要考虑接受装置能够接受到最大发射能量的合适距离。清楚的表示了在这个距离以外，会得到振幅缩小的反射信号，即使当缺陷反射面平坦，而且平行于扫查表面时也是如此。晶体尺寸(直径)应在10mm至15mm之间。
6.2、腐蚀坑参数
最容易检出的缺陷是湖型腐蚀坑，因为其最深部位相对平行于扫查表面，能够得到合理的反射率。在另一方面，锥型腐蚀坑往往是反射波偏离探头接受器，腐蚀坑的中心区域太小不能得到较强的信号。这些腐蚀坑很容易被超声波探伤人员漏检。常见的一种叠层面是很好的反射体，缺陷能被检出，但其深度被低估。柱型腐蚀坑，如硫化物(SRB)腐蚀，存在很小的、用于超声波传送的反射体，它的检出也一样困难。在腐蚀坑反射率有利的部位，超声波方法比漏磁方法更能够发现较小的厚度变化，但由于腐蚀余量经常是壁厚的50％，因此这个优点不一定在任何情况下都是重要的。
6.3、UT检出坑状腐蚀可能性(POD)概要
在条件好的扫查表面，湖型腐蚀坑具有较高检出可能性。对于条件差的扫查表面和锥型腐 蚀坑，检出的可能性不太令人满意。使用具有数据储存和至少能用颜色表示不同厚度"波段" 的C扫描显示的自动化技术，在一定程度上，能提高腐蚀坑检出的可能性(POD)。
7、结论
两种方法能够合理检测，且能将最小腐蚀坑检出的有效厚度检测范围是有限的。在前面叙述的MFL检测条件内，MFL对单个缺陷检出可能性要好于UT，也比UT快，因此更经济。缺陷深度测量精确度方面，通过比较，这两种方法具有相同的百分数的误差。由于存在底板材料可能不是中强钢的偶然性，从而底板可能存在不同于标样板的渗磁性，因此，在确认MFL腐蚀坑深度评估结果前，要用UT对MFL结果至少要进行有限的复查。
1、概述
漏磁检测(MFL)和超声波探伤(UT)已被广泛应用于铁磁性板材和管材的坑状腐蚀检测。用户和检测人员对这些方法的灵敏度和精确度有着不同的理解和期望。本文讨论了这两种方法的基本原理及它们对缺陷检出的可能性(POD)和精确度的影响。
2、坑状腐蚀
腐蚀的机理和类型有很多。在这里，我们专门讨论储罐底部与防水层之间的腐蚀或储罐内部介质水分的腐蚀。在二十世纪六十年代，用于管道系统冲蚀的超声波探伤是相当成功的，它给人一种能准确检出坑状腐蚀的错觉。为了帮助理解这种差异，现举例说明冲蚀和一些典型的腐蚀形状。
冲蚀、典型的"湖型"和"锥型"腐蚀坑。这种记录腐蚀的形成步骤或是其"梯式"发展形式很有意义。在储罐底板上一般发现最多的是"湖型"和"柱型"腐蚀，它们形成的普遍原因是湿气进入了底板与防水层(底板外侧)之间，或是储存的产品中有水分(底板内侧)。柱型坑相对来说是不常见的，通常是介质中水分和硫化物(SRB)综合产生的结果。
3、方法原理
MFL的基本原理。装在支架上的磁铁在板材或管壁上产生强的感应磁场。若板材或管壁存在腐蚀缺陷，在其相应的表面形成漏磁场。在磁极之间放置一排探头探测该漏磁场。探头通常采用霍尔元件或线圈。而且每种类型的探头都有其优势和局限性。
4、MFL检出缺陷的可能性
MFL方法使用了一排探头，相邻探头之间的探测范围是重叠的。任何漏磁信号检出的可能性依赖于漏磁场相对于噪声信号的振幅大小。换句话说，信噪比是决定缺陷检出的主要因素。影响信噪比的参数一些与检测设备的设计和操作相关，一些与底板条件，包括腐蚀坑的几何形状相关。
5.1、设备
5.1.1、磁铁设计 ．
磁铁必须有足够的磁场强度才能使被测试材料里的磁通密度接近饱和。当磁极和测试面之间的距离(提离)没有太大的变化时，设计的支架必须使磁铁系统能沿着起伏的扫描面移动。毫无疑问，使用电磁铁的好处之一是在不同厚度材料或提离变化的条件下，磁场强度可以通过调节来补偿。另一个实用的好处是在测试表面上能够关闭磁场，帮助重新移动扫描头部装置。它的主要缺点是其尺寸和重量。鉴于此，设计磁铁时，许多扫描仪使用了钕-铁-硼永久磁铁。它能形成紧凑的扫描头部装置，其适用的最大壁厚为12.5mm；如果降低灵敏度使用，其适用的最大壁厚为20mm。如果能设计一个又合适、又安全、又能在测试面上方便放置和重新移动支架系统，它适用的壁厚可能会更大。
5.1.2、探头类型和排列
在给定的漏磁场中，线圈探头中产生电势信号与磁力线切线方向的速率呈一定的函数关系。线圈和扫描仪前进速度呈数字变化函数关系。因此，在设备设计时应考虑到线圈类型探头的速度敏感性。线圈比一些霍尔效应元件对提离变化更加灵敏。线圈探头的一个独特优势是扫描仪在加速和减速状态下产生的强涡流对其的影响低于对霍尔效应元件探头的影响。
5.1.3、速度控制
各种类型的探头在一定程度上对速度的控制是必要的，但使用线圈探头时，控制程度要低一些。
5.1.4、振动阻尼
背景噪声和伪信号的一种来源归因于扫描面的表面粗糙度。这在储罐底板和没有覆盖层的地上管道表面是非常常见的。在那些表面上產生的腐蚀导致了扫描支架上磁体和探头系统振动，因而产生噪声，它可以通过三种方法来消除：使用合适宽度的轮子，使用联合减振器和根据该振动频率比缺陷信号的频率高这一特点而进行信号处理。
5.1.5、信号处理
由于从漏磁场得到的信号相对较小，因此信号需要放大。它们也需要与不想要的噪声区别对待。通过滤波器波段排除低频(涡流)和高频(振动)噪声。所有的残留噪声能被设置的缺陷检测阀值电路计算，或者在探测的动态显示情况下，通过操作者来评估总体的噪声水平。
5.2、底板
5.2.1、材料
很显然，铁磁性材料对MFL是必须的，但铁磁性材料的渗磁性会影响检测结果。与装置配套使用的标样板或标样管应是用与被检测设备相同等级钢材制造。储罐底板的材质一般已不成问题，因为储罐在建造时采用了低碳中强钢。更需注意的是选择标样管时应确保选择正确的钢材等级。对一个特定的磁场条件，材料的厚度将影响磁场能够达到饱和的程度，从而影响特定腐蚀坑在该漏磁场中的信号振幅。
5.2.2、扫查表面条件
扫查表面应干净并清除杂物(特别是从储罐顶落下的腐蚀物)。表面粗糙度可能导致振动噪声，扫描时需要设置相对高的阀值(降低了缺陷检出灵敏度)。在具有较薄的塑料覆盖层(大约1mm)表面扫描时也能降低灵敏度。其它不规则部位，如被磨平的焊接飞溅或返修焊缝部位将有很大的伪指示信号。这些信号也需储存，因为漏磁检测(MFL)方法不能区分是扫查表面的腐蚀坑显示还是这些细微部分的显示，但相对材料壁厚50%深的缺陷或更深的缺陷，漏磁检测(MFL)方法对这些具体的表面腐蚀坑具有较高的灵敏度。
5.2.3、扫查表面的覆盖层
MFL的一个主要的优点是能在相当厚度的表面覆盖层上扫查并能保持合理的灵敏度。在6.32mm厚的底板上，在玻璃纤维覆盖层厚达6mm的情况下，MFL能够进行检测，能够检出20％壁厚减薄部位。
5.2.4、清洁程度
相对于UT，地板表面的条件对MFL的影响较小，但较厚肋骨标尺能产生伪信号，腐蚀物聚集到磁极能通过探头产生破裂的伪信号。清除表面杂物并用水冲洗表面就足够了。
5.2.5、腐蚀坑深度
在距上述条件表面一定距离时，腐蚀坑的深度是影响漏磁信号振幅的一个主要因素。腐蚀坑的体积和形状也能影响该信号的振幅，这将在本文的后面讨论。但在给定的条件下，漏磁场信号的振幅能用来评定壁厚损失的百分比从而减少了需要的复查量。
5.2.6、腐蚀坑体积
在其它地方曾论述了腐蚀坑的体积是影响信号振幅最重要的因素，这是对MFL检出的缺陷结果不能定量的原因。由于这些论点的论述单调，我们决定在真正的腐蚀缺陷上借助技术模型和一些经验性的尝试，深入的研究腐蚀坑的体积和深度对振幅的影响。制作了一系列设定深度和不同体积的腐蚀坑模型。在板厚6.35mm、40%、50%和60%壁厚深的条件下，腐蚀坑的体积和磁感应强度的变化关系曲线。它说明了腐蚀坑体积增减时对信号振幅大小的影响。因此建议：对于典型储罐的"锥型"和"湖型"腐蚀坑，单独使用MFL能合理准确的检测出严重的"复合"腐蚀。
5.3、MFL检出坑状腐蚀可能性(POD)概要
在一定条件下，MFL方法检出缺陷的概率是相当高的。训练有素且尽责的操作者使用维护良好的设备在干净、无坑洼的表面检测时，壁厚至10mm材料、减薄20%(有时低于10%)能够被准确的检出。在不太干净的表面检测，壁厚至13mm、减薄40%能被检出。在上述条件内，MFL能以0.5m/s的速度扫查，一次扫查宽度150mm至450mm。与UT相比，表面条件对MFL的影响较小，大部分漏磁检测系统很少要求操作者步步跟随操作。
6、UT检出坑状腐蚀的可能性
UT对坑状腐蚀的检出程度同样取决于很多因素。因为该方法比MFL慢，直到最近，同样带网格屏幕逐点检查的方法才被广泛用于管道弯头冲蚀检测。很显然，使用这种技术检出单个麻点的可能性可以忽略不计。现在优先选择的是二维扫描技术，它能手动直接接触扫描，或用冲水探头自动扫描。典型坑状腐蚀提供的适合超声波目的的反射面一般很少，操作者必须能够理解信号参数含义，避免误判。正因如此，简易的数字测厚仪不适合腐蚀检测。优先选择了具备A-扫描功能的仪器，这种仪器优于B扫描和C扫描仪器。与MFL一样，超声波探伤时，影响其坑状腐蚀检出可能性的因素包括相关的仪器与技术、相关的底板和可能存在的腐蚀坑。
6.1、仪器
6.1.1、缺陷探测器
作为最低的要求，它应有A扫描显示，但如在设备上使用了为C扫描仪和B扫描仪生产的数据储存技术，这会大大的提高缺陷检出的可能性。特别验证了这些仪器在检测时需要连续耦合。
6.1.2、探头类型
在许多情况下，被检验的材料厚度不超过10mm，扫查表面也不十分光滑。这意味着单晶探头的首脉冲将占据正常壁厚信号很重要的一部分，因此在这种情况下，这种探头不适用这种条件。而双晶探头克服了这个问题，但必须记住在探头设计时，要考虑接受装置能够接受到最大发射能量的合适距离。清楚的表示了在这个距离以外，会得到振幅缩小的反射信号，即使当缺陷反射面平坦，而且平行于扫查表面时也是如此。晶体尺寸(直径)应在10mm至15mm之间。
6.2、腐蚀坑参数
最容易检出的缺陷是湖型腐蚀坑，因为其最深部位相对平行于扫查表面，能够得到合理的反射率。在另一方面，锥型腐蚀坑往往是反射波偏离探头接受器，腐蚀坑的中心区域太小不能得到较强的信号。这些腐蚀坑很容易被超声波探伤人员漏检。常见的一种叠层面是很好的反射体，缺陷能被检出，但其深度被低估。柱型腐蚀坑，如硫化物(SRB)腐蚀，存在很小的、用于超声波传送的反射体，它的检出也一样困难。在腐蚀坑反射率有利的部位，超声波方法比漏磁方法更能够发现较小的厚度变化，但由于腐蚀余量经常是壁厚的50％，因此这个优点不一定在任何情况下都是重要的。
6.3、UT检出坑状腐蚀可能性(POD)概要
在条件好的扫查表面，湖型腐蚀坑具有较高检出可能性。对于条件差的扫查表面和锥型腐 蚀坑，检出的可能性不太令人满意。使用具有数据储存和至少能用颜色表示不同厚度"波段" 的C扫描显示的自动化技术，在一定程度上，能提高腐蚀坑检出的可能性(POD)。
7、结论
两种方法能够合理检测，且能将最小腐蚀坑检出的有效厚度检测范围是有限的。在前面叙述的MFL检测条件内，MFL对单个缺陷检出可能性要好于UT，也比UT快，因此更经济。缺陷深度测量精确度方面，通过比较，这两种方法具有相同的百分数的误差。由于存在底板材料可能不是中强钢的偶然性，从而底板可能存在不同于标样板的渗磁性，因此，在确认MFL腐蚀坑深度评估结果前，要用UT对MFL结果至少要进行有限的复查。