一种双层金属套管结构弯曲部分偏心的在线无损检测方法

摘要

一种双层金属套管结构弯曲部分偏心的在线无损检测方法，采用十字形柔性探头作为检测探头，提取暂态磁场信号面积作为脉冲涡流信号特征量；首先对双层金属套管标准件的内套管不同径向偏心情况进行检测，得出脉冲涡流信号特征量-内套管偏心距离标定曲线；然后对实际待测双层金属套管弯曲部分进行阵列化周向检测，得出多个测量点对应的脉冲涡流信号特征量，通过信号特征系数变换修正实测内套管偏心信号特征量，将修正后的内套管偏心信号特征量最大值与标定曲线进行比对，得出待测双层金属套管结构弯曲部分内套管实际偏心距离；本发明能够对偏心进行定量无损检测，具有灵敏度高，操作简单，数据量小，易于实现等特点，可广泛用于不同类型双层金属套管结构弯曲部分内套管偏心检测。

说明书

技术领域

本发明涉及双层金属套管结构偏心检测技术领域，具体涉及双层金属套 管结构内套管径向偏心的在线无损检测方法。

背景技术

双层金属套管结构在工程实际中应用广泛，如国际热核实验反应堆内部 线圈为典型双层金属套管结构，套管尤其是其弯管部分在实际加工中内套管 轴心与外套管轴心容易发生径向错位，导致偏心情况的发生，如内套管偏心 距离过大，会导致整体套管寿命、机械性能等的下降，造成严重的安全隐患， 因此对双层金属套管进行偏心检测是十分必要的。

然而，目前存在的无损检测方法，主要针对裂纹、局部减薄等类型的缺 陷，未发现成熟的用于双层金属套管结构弯曲部分内套管偏心在线检测的具 体可行的方法。鉴于此，本发明提出了利用阵列化柔性探头的脉冲涡流检测 方法对双层金属套管结构弯曲部分内套管偏心距离进行定量评价的新方法， 所采用十字形柔性探头能够很好的贴合在套管结构弯曲部分，可以实现快速 精准的在线无损检测。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种双层金属套管结 构弯曲部分内套管偏心的在线无损检测方法，能够对双层金属套管内套管偏 心距离进行定量检测，具有操作简单，数据量小，精度高的优点，可广泛用 于双层金属套管结构弯曲部分内套管偏心距离的在线测定。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种双层金属套管结构弯曲部分内套管偏心的在线无损检测方法，包括如 下步骤：

步骤1：“脉冲涡流信号特征量-内套管偏心距离标定曲线”的建立，具体 步骤如下：

1）搭建脉冲涡流检测系统，所搭建的脉冲涡流检测系统包括由激励线圈4 以及放置于激励线圈4中心的固态磁场传感器5组成的探头，与所述激励线 圈4依次连接的功率放大器6和信号发生器7；与所述固态磁场传感器5依次 连接的调制电路8、滤波器9和计算机10；

2）将步骤1）搭建的脉冲涡流检测系统的探头紧密贴附于双层金属直管套 管结构标准件进行标定实验；实验时沿径向方向移动双层金属直管套管结构 标准件的内套管2，使内套管2相对于其外套管1存在不同的径向偏心距离 L_n，采用激励线圈4和固态磁场传感器5激发暂态磁场和采集暂态磁场信号， 利用LabVIEW程序提取暂态磁场信号面积即作为信号特征量，提取内 套管不同偏心情况下的暂态磁场信号面积S_n；

3）用步骤2）所得的不同内套管偏心情况下对应的暂态磁场信号面积S_n值减去不偏心情况的暂态磁场信号面积S₀，得到内套管偏心信号特征量ΔS_n；

4）通过步骤3）得到的内套管各偏心距离对应的偏心信号特征量ΔS_n，建 立脉冲涡流信号特征量-内套管偏心距离标定曲线，通过曲线拟合，获取所得 标定曲线所对应的函数L_n=f(ΔS_n)，式中L_n指径向偏心距离；

步骤2：实际待测双层金属套管结构弯曲部分内套管偏心距离的定量检测， 具体步骤如下：

1）对于实际待测的双层金属套管，先将该双层金属套管需检测的弯曲部 分截面域沿圆周方向均分成N段，得到待测双层金属套管结构横截面上的N 个平分圆周的点，将其作为测量点，将N个探头紧密贴合在测量点上，所述 N≥2；

2）采用步骤1脉冲涡流检测系统对步骤1）中的N个测量点进行检测， 得到N个测量点的暂态磁场信号面积A_k，求取其平均值

3）对步骤2）得到的进行变换，使变换后的等于步骤1所述双层金属 直管套管结构标准件不偏心情况的暂态磁场信号面积S₀，同时可得到转换系 数S′，$S^{\prime }=S_0/\bar{A};$

4）将在N个测量点上所测量到的暂态磁场信号面积A_k分别乘以S′，得到 修正后的暂态磁场信号面积A_k′，采用修正后的暂态磁场信号面积A_k′减去S₀， 得到在N个测量点上的实际内套管偏心信号特征量ΔA_k；

5）选择步骤4）的N个测量点上内套管偏心信号特征量绝对值最大的测 量点i所在的方位作为偏心方向，i点作为内套管偏心测量点；

6）将在步骤5）中获取的i点上实际套管偏心信号特征量ΔA_i与在步骤1 建立的脉冲涡流信号特征量-内套管偏心距离标定曲线进行比对，采用标定曲 线所对应的函数L_n=f(ΔS_n)，逆向求取i测量点的内套管偏心信号特征量ΔA_i所 对应的偏心距离L_i，从而获得实际双层金属套管结构弯曲部分的内套管偏心 距离，完成对实际双层金属套管结构弯曲部分内套管偏心距离的定量无损检 测。

所述探头为十字形柔性探头，即激励线圈4为十字形柔性激励线圈。

和现有技术相比，本发明的优点如下：

1）本发明方法能够对双层金属套管弯曲部分内套管偏心距离进行在线无 损定量检测，且本方法具有操作简单，数据量小，精度高的优点，能广泛用 于双层金属套管结构弯曲部分内套管偏心距离在线测定。

2）本发明所采用的信号特征为暂态磁场信号面积值，有利于减少环境噪 声，保证了测量结果的精确性。

3）本发明所采用的探头为十字形柔性探头，克服了普通线圈无法贴合在 弯管部分的缺点，可有效紧密贴附于待测双层金属套管弯曲部分外表面，保 证了对双层金属套管弯曲部分内套管偏心距离的高效定量检测。

附图说明

图1为本发明的检测系统框图。

图2为探头示意图。

图3为实际测量方法流程。

图4为脉冲涡流信号特征量-内套管偏心距离标定曲线。

图5为实测内套管偏心信号特征量与脉冲涡流信号特征量-内套管偏心距 离标定曲线比对示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明搭建的脉冲涡流检测系统，包括由激励线圈4以及 放置于激励线圈4中心的固态磁场传感器5组成的探头，与所述激励线圈4 依次连接的功率放大器6和信号发生器7；与所述固态磁场传感器5依次连接 的调制电路8、滤波器9和计算机10。本实施例的激励线圈4为十字形柔性 激励线圈。

本发明方法的检测原理为：在十字形柔性激励线圈内通以由信号发生器7 和功率放大器6输出的脉冲方波电流进行激励，激发暂态磁场。当十字形柔 性激励线圈紧密贴附于双层金属套管结构（包括外套管1、内套管2以及外套 管1和内套管2间的中间层）的外套管1表面时，根据电磁感应原理，在双 层金属套管结构内部将感生出暂态涡电流，暂态涡电流会产生与十字形柔性 激励线圈激发磁场方向相反的次生磁场，随着双层金属套管内套管偏心距离 的不同，次生磁场大小会发生变化，进而导致总磁场（十字形柔性激励线圈 激发磁场和次生磁场的叠加场）大小会发生变化。利用固态磁场传感器5拾 取不同偏心情况下总磁场信号，采用调制电路8和滤波器9对总磁场信号进 行前置信号处理，处理后的信号输入计算机10进行信号特征提取，进而得到 脉冲涡流信号特征量对双层金属套管结构内套管偏心的响应，通过标定处理， 可得到待测双层金属套管内套管偏心距离。

实施例：本实施例双层金属直管套管结构标准件的结构参数见表1所示：

表1 双层金属直管套管结构标准件结构参数

如图3所示，本实施例双层金属套管结构弯曲部分内套管偏心的在线无 损检测方法，包括如下步骤：

步骤1：“脉冲涡流信号特征量-内套管偏心距离标定曲线”的建立，具体 步骤如下：

1）搭建脉冲涡流检测系统如图1所示，选取十字形柔性探头如图2所示， 包括由激励线圈4以及放置于激励线圈4中心的固态磁场传感器5组成，十 字形柔性探头采集的暂态磁场信号通过LabVIEW程序进行处理，提取暂态磁 场信号面积即作为信号特征量；

2）采用步骤1）脉冲涡流检测系统，对表1所示的双层金属直管套管结构 标准件进行标定实验。实验时采用频率为100Hz，幅值2V的脉冲方波信号作 为激励电流信号，沿径向方向移动双层金属套管结构标定件内套管，使标定 件内套管相对于外套管存在不同的径向偏心距离0～2.5mm，提取不同内套管 偏心情况下的暂态磁场信号面积S_n（n=0,1,2,3…25）；

3）用步骤2）所得的不同内套管偏心情况下对应的暂态磁场信号面积S_n值减去不偏心情况的暂态磁场信号面积S₀，得到内套管偏心信号特征量ΔS_n；

4）通过步骤3）得到的内套管各偏心距离对应的偏心信号特征量ΔS_n，建 立脉冲涡流信号特征量-内套管偏心距离标定曲线如图4所示，其对应的拟合函 数为：$L_n=[\Delta S_n^3,\Delta S_n^2,\Delta S_n,1]\left(\begin{array}{c}6.3\\ -22.5\\ -12.3\\ 3.2\end{array}\right)\times {10}^{-6};$式中L_n指径向偏心距离；

步骤2：实际待测双层金属套管结构弯曲部分内套管偏心距离的定量检测， 具体步骤如下：

实际待测双层金属套管结构弯曲部分的结构参数见表2所示

表2 实际待测双层金属套管结构弯曲部分结构参数

1）对于实际待测双层金属套管，先将该双层金属套管需检测的弯曲部分 截面域沿圆周方向均分成8段，得到待测双层金属套管结构横截面上的8个 平分圆周的点，将其作为测量点，将8个十字形柔性探头紧密贴合在测量点 上；

2）采用步骤1脉冲涡流检测系统对步骤1）中的测量点进行检测，得到8 个测量点的暂态磁场信号面积A_k，求取平均值

3）对步骤2）得到的进行变换，使变换后的等于步骤1所述双层金属 套管标定件不偏心情况下暂态磁场信号面积S₀，同时可得到转换系数S′， $S^{\prime }=S_0/\bar{A};$

4）将在8个测量点上所测量到的暂态磁场信号面积A_k分别乘以S′，得到 修正后的暂态磁场信号面积A_k′，采用修正后的暂态磁场信号面积A_k′减去S₀， 得到在8个测量点上的实际内套管偏心信号特征量ΔA_k；

5）选择步骤4）的8个测量点上内套管偏心信号特征量绝对值最大的测量 点3所在的方位作为偏心方向，测量点3作为内套管偏心测量点；

6）将在步骤5）中获取的测量点3上实际套管偏心信号特征量ΔA₃与在步 骤1中建立的脉冲涡流信号特征量-内套管偏心距离标定曲线进行比对，采用 标定曲线所对应的函数L_n=f(ΔS_n)逆向求取测量点3的内套管偏心信号特征量 ΔA₃所对应的偏心距离如图5所示，从而获得实际双层金属套管结构弯曲部分 的内套管偏心距离0.49mm，完成对实际双层金属套管结构弯曲部分内套管偏 心距离的定量无损检测。