金属薄壁管材涡流检测中异常信号的产生原因分析及处理

顾强　雷铭

摘 要：不同類型的金属薄壁管材涡流检测工作中，出现异常信号的原因会有所不同，为了提高问题原因分析的全面性，本文首先采取了试验研究的方式，合理地选择了试验材料与方法，并对试验最终得到了结果进行了分析;随后，根据试验研究得到的结果，建立金属薄壁管材涡流检测异常信号处理的仿真模型，通过仿真实验，对金属薄壁管材涡流检测的异常进行了优化，希望能为该领域关注者提供有益参考。

关键词：金属薄壁管材;涡流检测;异常信号;仿真模型;仿真实验

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.022

0 引言

随着我国科学技术水平的提升，国内现代化的工业生产与制造领域，也得到了飞速发展。金属薄壁管材涡流检测技术，对于金属薄壁管材当中存在的折叠、裂纹、点坑、非金属杂质以及外来金属嵌入等方面问题，都可以进行集中地检验。该项方法可以对金属制造的质量进行有效地控制和管理。但是在实际操作中，金属薄壁管材涡流检测可能会出现信号异常的问题，如何对该问题进行处理显得十分重要。

1 金属薄壁管材涡流检测中信号异常产生的原因

（1）试验材料与方法。在进行试验操作阶段，需要选择两种不同的材料，其中一种材料可以选择热处理状态为T4态，ф20mm×1mm的铝合金冷拉管材;另一种材料可以使用ф6mm×0.5mm的奥氏体不锈钢冷拔管材。确保两组材料的选取均为同一试制阶段的两个不同批次。应用自比差动式的外穿试验方法，对上述金属薄壁管材进行手动的涡流检测。在进行试验操作阶段，工作人员可以规定水平方向，代表金属薄壁管材的长度方扫过的距离或者时间。垂直方向表示的是，不同的时刻或者不同的位置，涡流位置处对于信号响应的信息。在具体的操作阶段，工作人员重点关注到了，试验操作中，幅度值的显示情况与仪器的相位设定之间，存在着十分密切的联系[1]。在试验操作阶段，不同型号和品牌的管材所使用的检测仪器还是时间条件等方面的因素，都基本保持一致。此种管理方法，可以有效地排除外界电磁干扰，对于信号异常所造成的负面影响。

（2）试验结果与分析：经过试验研究可以得出，该批次的T4态铝合金管材的外表状态不佳，经过目视检验的方式，可以明显地看出系统内部有异常信号，并且在对其进行金属薄壁管材涡流检测时，还进一步发现管材内部出现了一些细小的擦痕。通过对比无明显异常信号的管材，可以看出管材内部同样也存在此种类型的擦痕。由此可见，金属薄壁管材涡流检测工作中发现的擦痕因素，并不是导致检测过程中出现明显异常问题的主要原因。之后，分别取有明显异常信号的管材以及无明显异常信号的管材各一段，通过纵向剖开的方式，对而二者壁厚的均匀性、内部表面的状况进行检查。经过检验可以发现，两种管材的均匀性基本保持一致，但是有明显异常信号的管材内部，表面存在着面积较大，并且较浅的凹痕，因此可以得到，金属薄壁管材涡流检测过程中，造成信号异常的主要原因，是管材内部的裂痕，且裂痕越严重，对于金属薄壁管材涡流检测的干扰越明显。

2 金属薄壁管材涡流检测中信号异常的处理方法

（1）建立仿真模型。经过前文的试验可以得出，金属薄壁管材涡流检测工作中，会受到管材内部光滑程度的影响。为了对异常信号的问题进行妥善地处理和解决，工作人员可以通过建立仿真模型的方式，对金属薄壁管材涡流检测进行优化设计。金属薄壁管材涡流检测系统主要是由差动检测探头和被检工件所组成。其中，被检工件为形状为圆形的非铁磁性不锈钢管材料。差动探头主要是由两个具有一定间隔距离的环形铜线圈所组成。其中每个线圈既是检测线圈同时也是激励线圈。根据金属薄壁管材涡流检测的要求，建立相应仿真模型，其中，不锈钢管材的壁厚设定为2mm，内径为15mm。人工缺陷呈周向环状，检测线圈使用ф150铜漆包线缠绕[2]。

（2）仿真实验。在仿真实验操作的过程中，需要将上述仿真模型赋予三种不同类型的介质，将相对磁导率设为μ，常温状态下的电阻率为ρ。将仿真模型纳入到ANSYS系统当中，通过提供磁力线平行便界条件以及磁力线垂直便界条件的方法，对磁力线平行边界条件的对边值问题加以解决，并将其作为第一类便界条件。在ANSYS当中，将第一类便界条件设定为0时，第二类便界条件会自动满足。除此之外，还需要对金属薄壁管材涡流检测中的缺陷信号仿真。根据ANSYS计算可以得到，检测线圈电流实部与虚部分别为Ireal和Iimag，线圈的阻抗Z此时可以使用公式表示：

当两线圈中心连线为x轴时，连线中点为原点O，可以建立相应的坐标系，对其对缺陷的位置和两线圈之间的阻抗进行计算。

（3）优化检测异常。将仿真实验当中实际检验出的结果中的穿过式探头为例，可以取不同的激励频率，对最终得到的缺陷信号频率进行优化。在这一过程中，应用归一化的处理方法，可以得到金属薄壁管材涡流检测中，材料内部和外部的缺陷归一化信号的幅值、相位与频率。对于穿过式探头来说，不论是金属薄壁管材涡流检测材料的内壁或者外壁存在缺陷，都可以达到较高的灵敏度检验结果，最佳的频率可以达到30kHz。对此，要在相同频率下，对内壁和外壁的缺陷相位进行区别对待。选择具有较高的灵敏度检验模式，同时又可以对管材的内壁和外壁缺陷进行明确区分的检验方法，可以有效地满足实际的金属薄壁管材涡流检测需求，将地异常信号出现的频率，优化检测效果。

3 总结

综上所述，通过试验探究和仿真实验的方式，可以对金属薄壁管材涡流检测出现信号异常的主要原因进行全面地分析，同时，借助仿真实验还可以为金属薄壁管材涡流检测工作中出现的问题进行逐一分析和探究，进而制定出更有的问题解决方法，对金属薄壁管材涡流检测的探头设计以及参数选择等进行合理化控制。相关领域的工作人员，要充分地认识到这一点，妥善处理故障问题，优化系统工作效率。

参考文献：

[1]吴亚群.金属薄壁管材锈蚀问题及防护措施[J].世界有色金属，2018（07）：261-262.

[2]王东升，李硕宁，何跃维.金属薄壁管材涡流检测中异常信号的产生原因[J].无损检测，2014，36（07）：52-55.

作者简介：顾强（1988-），男，重庆人，硕士研究生，研究方向：材料检测。