謝衛(wèi)民/江西銅業(yè)股份有限公司

0 引言

渦流探傷是銅桿線在線生產(chǎn)過程中進行質(zhì)量監(jiān)控的主要手段[1，2]，探傷系統(tǒng)檢測準(zhǔn)確程度對生產(chǎn)銅桿線的質(zhì)量有直接影響。渦流無損探傷系統(tǒng)一般由渦流探傷儀、渦流無損探頭、記錄裝置、傳動裝置及磁飽和裝置等組成，其中渦流無損探頭作為系統(tǒng)的核心檢測器件，必須有一套測試系統(tǒng)對其進行定期校準(zhǔn)，方能保證渦流探傷系統(tǒng)的正常使用。

1 渦流探傷原理

1.1 渦流探傷

渦流的產(chǎn)生源于一種叫做電磁感應(yīng)的現(xiàn)象( 圖1)。當(dāng)將交流電施加到銅導(dǎo)線上時，磁場將在導(dǎo)體內(nèi)和環(huán)繞導(dǎo)體的空間內(nèi)產(chǎn)生磁場。渦流就是感應(yīng)產(chǎn)生的電流，它在一個環(huán)路中流動。如果將一個銅桿放入該變化的磁場中，渦流將在銅桿中產(chǎn)生，而渦流也會產(chǎn)生自己的磁場，該磁場隨著交流電流上升而擴張，隨著交流電流減小而消隱。因此當(dāng)銅桿表面或近表面出現(xiàn)缺陷或測量金屬材料的一些性質(zhì)發(fā)生變化時，將影響到渦流的強度和分布。可以通過檢測渦流的變化情況，間接地知道銅桿內(nèi)部缺陷的存在及金屬性能是否發(fā)生了變化。

圖1 渦流產(chǎn)生示意圖

1.2 銅桿線渦流探傷[3，4]

銅桿線在線渦流探傷采用穿過式測試探頭，它通過探頭測得的信號變化，經(jīng)信號處理系統(tǒng)，獲得銅桿線中瑕疵的信息。銅桿線渦流探傷原理如圖2所示。

圖2 銅桿線渦流探傷原理

渦流探傷的核心器件是渦流無損探頭。當(dāng)穿過的銅桿存在孔、裂縫等缺陷時，在激勵信號(Excitation coil)作用下，接收線圈(Receiver coil)的信號就會發(fā)生畸變。通過分析信號畸變的幅值和相位，就能得到缺陷的大小和類型。渦流探頭包含了激勵線圈和接收線圈。激勵線圈用于產(chǎn)生一定頻率的正弦激勵信號，接收線圈用于接收銅桿感應(yīng)產(chǎn)生的電信號。

接收線圈的電信號通過配套渦流探傷儀進行幅值和相位分析，進行顯示或輸出。

2 在線式銅桿線渦流測試系統(tǒng)

由渦流傳感器探頭（以下簡稱探頭）、屏蔽連接線、EZ2.828型探測儀、配套計算機和打印機組成（圖 3）。

圖3 在線式銅桿線渦流檢測系統(tǒng)組成

在線式銅桿線渦流檢測系統(tǒng)的探頭（圖4）具有較廣速度范圍檢測分析數(shù)據(jù)能力。在渦流檢測中,檢測速度與探傷信號有直接關(guān)系。在檢測速度首先確定的情況下, 檢測準(zhǔn)確度主要取決于渦流探傷儀濾波器的頻率、試件的幾何尺寸、檢測線圈及缺陷的狀況等。

3 校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計思路[5，6]

根據(jù)銅桿線生產(chǎn)和質(zhì)量的要求，模擬生產(chǎn)現(xiàn)場在線無損探傷儀的運行狀態(tài)設(shè)計渦流無損探頭校準(zhǔn)測試裝置，其結(jié)構(gòu)為直線運行式。根據(jù)實際銅桿線傷類型制作人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿，作為檢測的參照標(biāo)準(zhǔn)件。人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿和探頭在驅(qū)動裝置作用下以固定運動速度做相對直線運動，采集探測信號，分析信號結(jié)果與人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿比對，得到渦流探傷探頭一致性和靈敏度。系統(tǒng)簡圖如圖5所示。

1）驅(qū)動部分

驅(qū)動部分實現(xiàn)人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿以固定速度做直線運動，采用凸輪旋轉(zhuǎn)帶動擺桿動作，使得推輪推動樣桿動作，樣桿按慣性在直線導(dǎo)軌上滑動。電機采用變頻電機，變頻范圍20～200 Hz，功率為32 kW。

2）離合部分

由于加速部分需要在電機帶動慣性盤運行到設(shè)定速度時高速切換到擺桿位置，需要通過離合部分實現(xiàn)，借用汽車離合器機構(gòu)，加上離合驅(qū)動氣缸和控制閥實現(xiàn)。

3）直線滑動部分

直線滑動部分為完成導(dǎo)軌安放和直線運動提供支撐。采用滑動系數(shù)極小的進口直線導(dǎo)軌，固定人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿的導(dǎo)座與直線導(dǎo)軌間在直線滑動期間速度下降幅度小于2%。

4）緩沖機構(gòu)部分

該部分實現(xiàn)滑座和人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿部分直線運動的停止。采用兩級緩沖機構(gòu)，第一級為緩沖橡膠實現(xiàn)高速到低速緩沖，第二級配合液壓緩沖器，實現(xiàn)樣桿完全停止。

4 結(jié)語

校準(zhǔn)測試系統(tǒng)經(jīng)多次試驗證明具有較高的可靠性。系統(tǒng)工作時，通過人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿模擬在線實時生產(chǎn)狀態(tài)，可確定銅桿線大傷、中傷、小傷。其表面?zhèn)麢z出率為：大傷平均檢出率≥95%、中傷平均檢出率≥90%、小傷平均檢出率≥80%。系統(tǒng)穩(wěn)定速度的自由勻速滑行執(zhí)行機構(gòu)能夠很好地滿足渦流無損探頭動態(tài)校準(zhǔn)要求，具有一定的推廣價值。

圖5 校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

[1]任吉林, 林俊明.電磁無損檢測[M].北京：科學(xué)出版社, 2008.

[2]廉紀祥, 沈躍.無氧銅桿的在線渦流檢測[J].無損探傷, 2003,27(6): 42-43.

[3]Peng Xu, SonglingHuang, WeiZhao.A new differential eddy current testing sensor used for detecting crack extension direction[J].NDT&E International, 2011, 44: 339-343.

[4]Theodoros Theodoulidis.Developments in efficiently modelling eddy current testing of narrow cracks[J].NDT&E International, 2010, 43:591-598.

[5]徐紅偉, 張科紅, 孫堅, 徐景紅.8mm銅桿穿過式渦流探頭校準(zhǔn)方法研究[J].無損檢檢, 2010, 32(2), 116-118.

[6]Yoshimi Hatsukade, Shinya Okuno, Kazuaki Mori, and Saburo Tanaka.Eddy-Current-Based SQUID-NDE for Detection of Surface Flaws on Copper Tubes[J].IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, 2007, 17(2): 780-783.