磁力传动式阵列涡轮探头，可实现长输金属管道内壁缺陷的高灵敏性与高效检测

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涡流无损检测方法是一种基于电磁感应现象对金属结构进行缺陷检测的有效方法，其具有检测能力强、非接触、扫描速度快等优点。但是，对于长输金属管道结构，当探头位于管道内部时，如何实现探头的扫描是缺陷检测的关键问题。

针对这一问题，机械结构强度与振动国家重点实验室、新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院、中国核动力研究设计院的研究人员段志荣、解社娟、李丽娟、李骥、陈洪恩、陈振茂，在2020年第22期《电工技术学报》上撰文，提出并设计了一种磁力传动式阵列涡流探头，用于检测长输管道结构的内壁缺陷。与传统的反射式探头相比，管道内壁缺陷的检测信号具有不饱和性。该探头的检出装置设计为阵列结构，能够显著提高管道缺陷检测的灵敏度和效率。

管状结构在能源、化工等各类工业领域广泛运用。在长时间使用过程中，其结构内部不可避免地会产生损伤或缺陷。由于损伤或缺陷会对管道结构的安全性带来严重后果，因此对其进行定期无损检测和评价非常必要。

涡流检测方法是基于电磁感应现象进行缺陷和损伤检测的方法，具有对表面缺陷检测能力高、非接触、快速扫查等优点，是一种对管道结构表面缺陷进行定量无损评价的有效方法。然而现有涡流探头的激励线圈和检出线圈都是通过机械连接，便携性差，尤其对于长输管道检测，普通机械连接很难进入管道深处，很大程度限制了涡流探头的检测范围。

另一方面，传统涡流探头为激励线圈和检出线圈放在管道同侧的反射式涡流探头，这种探头在实现管道检测时有以下两方面缺点：一是仅对探头同侧的表面缺陷检测灵敏度高，但对探头异侧的缺陷检测灵敏度较差；二是对于探头同侧的深缺陷或异侧的浅缺陷，存在信号饱和、无法定量的问题。

为了解决现有技术存在的问题，新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院、中国核动力研究设计院的研究人员提出并设计了一种磁力传动式阵列涡流探头，并用该探头对管道结构内壁缺陷进行检测。

图1  涡流检测实验系统

该探头包含套在管外的带永磁体的激励装置和放置在管内同样携带永磁体的检出装置，是一种分离式结构（激励装置和检出装置位于管道内外两侧，以下简称异侧），两个装置可在磁力作用下在管道内外同步移动，实现对管道缺陷的扫查；同时检出装置中装有环形阵列的检出线圈，不仅可以对管道缺陷进行轴向定位，还可以对管道缺陷的环向位置进行有效定位。

相较于传统的将激励线圈和检出线圈放在管道同侧的反射式涡流探头（激励装置和检出装置位于管道同侧，以下简称同侧），这种磁力传动式阵列涡流探头对管道内壁和外壁的表面缺陷具有相似的检测灵敏度，对于外壁深缺陷及内壁浅缺陷不存在信号饱和、无法定量的问题，尤其在检测管道内壁缺陷时具有明显优势。

图2  磁力传动式涡流阵列探头

通过数值模拟和实验验证了这种探头针对管道内壁缺陷检测的优势，得出以下结论：

1）通过数值计算和实验验证分离式探头与反射式探头对管道内壁裂纹检测的优劣。结果表明，对于管道内壁缺陷的检测，相对于传统的反射式探头，分离式探头由于其检出信号的不易饱和性以及检测灵敏度好，表现出明显的优势。

2）通过实验验证了这种探头的激励装置和检出装置在磁力作用下能够沿着管道内外保持一致移动步调，说明其对于管道缺陷进行扫查检测具有可行性。相对于单检出线圈的涡流探头，阵列涡流探头接收信号的范围大大增加，显著提高了探头的检测灵敏度和检出效率。

3）应用该探头检测带内壁裂纹的铝管，通过实验验证其优势。结果表明，磁力传动式阵列涡流探头不仅可以确定裂纹在管道内壁的轴向位置，还可以确定其环向位置。因此，该研究团队所提出的这种探头对于长输管道内壁缺陷的检测具有广泛的工业应用前景。

以上研究成果发表在2020年第22期《电工技术学报》，论文标题为“基于磁力传动式阵列涡流探头的管道缺陷检测”，作者为段志荣、解社娟、李丽娟、李骥、陈洪恩、陈振茂。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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