銅管渦流探傷理論分析

無氧銅管、精煉銅管和銅合金管，材料中含銅量占較大比例的管子，統(tǒng)稱為銅管，它們具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能。所以，發(fā)電廠里的各種零部件、化工設(shè)備中的熱交換器配管，以及空調(diào)裝置中的冷卻管道等，往往采用這種類型的銅管。

（1）探傷方法及裝置

    銅和銅合金管的渦流檢測(cè)方法，按使用的探頭形式分類，有穿過式線圈法、旋轉(zhuǎn)式點(diǎn)探頭法、內(nèi)插式線圈法三種。

    由于銅和銅合金管的生產(chǎn)速度較高（有100米／分以上），所以*適合于穿過式方法的渦流檢查。除了可做成品階段的探傷外，因?yàn)樯a(chǎn)過程中管的尺寸變化、材質(zhì)溫度變化等對(duì)探傷的影響都很小，所以也很容易在中間品階段進(jìn)行探傷檢查。中間品階段的探傷一般是放在熱處理之后定尺切斷之前進(jìn)行。銅及銅合金的穿過式探傷一般使用自比式線圈，這種線圈對(duì)沿管線方向分布的長條狀缺陷的檢出靈敏度較低。

    穿過式的探傷裝置包括：渦流探頭，渦流探傷儀，打標(biāo)裝置，報(bào)警，好壞管的分料機(jī)構(gòu)。如果是離開生產(chǎn)作業(yè)線的探傷，還應(yīng)包括傳送裝置和上下料機(jī)構(gòu)等。

（2）對(duì)比試樣

    銅及銅合金管渦流探傷使用的標(biāo)準(zhǔn)樣管的人工缺陷通常采用國家所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。穿過式探傷使用的人工缺陷大都是通孔或半通孔。

    對(duì)于一般的穿過式渦流探傷，需要確定的檢測(cè)參數(shù)有探傷速度、填充系數(shù)、探傷頻率、放大器增益、檢波相位、濾波頻帶、報(bào)警電平等。對(duì)于銅及銅合金管的渦流探傷，由于它們的材質(zhì)特性和較高的探傷速度，所以在上述諸條件中，探傷頻率和填充系數(shù)的選定尤為重要。

①探傷頻率的選擇

    探傷頻率與檢出缺陷靈敏度關(guān)系較大，在選擇探傷頻率的時(shí)候，除了要考慮所需檢出缺陷的位置（內(nèi)壁或外壁）、形狀和大小，還要兼顧考慮檢測(cè)線圈的長度、探傷速度等因素。

    經(jīng)驗(yàn)告訴我們，對(duì)于銅和銅合金管的探傷，在采用穿過式線圈時(shí)，探傷頻率一般選擇在1~100kHz范圍。

在使用穿過式方法進(jìn)行探傷時(shí)，對(duì)于不同直徑和壁厚的銅和銅合金管，探傷頻率的選擇亦不一樣。一般來說，管徑越大，壁厚越厚，使用的頻率越低，反之則越高。表1推薦了一些不同直徑和壁厚銅管使用的探傷頻率，供參考。

表1   直徑、壁厚與頻率的關(guān)系

外徑（mm）

壁厚（mm）

頻率（kHz）

20以下

小于1.5

16

20以下

大于1.5

8

20－28

大于1.5

8

28－50

大于1.5

4

注：以上介紹的直徑、壁厚與頻率關(guān)系適用于在線探傷，而對(duì)役探傷的探傷頻率則要高幾倍才有較好的相位分離角。

②填充系數(shù)的選擇

    一般來說，填充系數(shù)η越大，探傷靈敏度越高，但擦傷管子表面的可能性也越大。故*佳填充系數(shù)η的選擇，要綜合考慮探傷靈敏度、探傷速度、管子的直徑大小和管子的彎曲度等各種因素。對(duì)于銅和銅合金管，由于探傷速度較高，一般標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定η達(dá)到60％就夠了。表2給出了不同口徑的銅及銅合金管選擇填充率的參考值。

表2  線圈直徑的選擇

do(mm)

D-do(mm)

< 10

1.5以下

10-15

2.0以下

15-25

2.5以下

25-35

3.0以下

35-50

4.0以下

D：線圈內(nèi)徑          do：管外徑

    （4）影響因素

    通常影響渦流探傷結(jié)果的因素很多，材質(zhì)變化、工件和檢測(cè)線圈的尺寸、缺陷的形狀及所處位置、探傷條件等等，都影響著對(duì)探傷結(jié)果的正確評(píng)價(jià)。在銅及銅合金管的渦流探傷中，大多以穿過式線圈方法為主，現(xiàn)就各種影響因素簡(jiǎn)述如下：

①缺陷：包括缺陷的深度、長度和寬度、缺陷所處的位置（內(nèi)表面、外表面）、缺陷的種類（孔、槽）等。

②材質(zhì)：銅及銅合金管的材質(zhì)對(duì)渦流探傷的影響主要體現(xiàn)在電導(dǎo)率方面，同一合金成分的材質(zhì)中，偏析、殘留應(yīng)力等都會(huì)引起電導(dǎo)率的差異。

③管的尺寸和填充系數(shù)：管徑變化直接影響填充率的大小。

④管壁厚度：銅管壁厚變化時(shí)引起的噪聲信號(hào)。

⑤管與檢測(cè)線圈相對(duì)位置：當(dāng)銅管在穿過式線圈內(nèi)部通過時(shí)難免有振動(dòng)發(fā)生，這種振動(dòng)會(huì)使管子與線圈之間的相對(duì)位置發(fā)生變化。

⑥速度波動(dòng)：銅及銅合金管的渦流探傷以每分鐘100米或更高的速度進(jìn)行。當(dāng)管子運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生變化時(shí)也影響著缺陷的指示。舉例來說，傳送速度在120m/min的情況下，速度的波動(dòng)應(yīng)不大于±10％

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