基于磁致伸縮超聲導波檢測技術檢測爐管缺陷的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及爐管缺陷檢測【技術領域】，尤其涉及基于磁致伸縮超聲導波檢測技術檢測爐管缺陷的方法。該方法包括：MsS超聲導波系統(tǒng)的磁場施加裝置在待檢測的爐管上形成T模態(tài)導波，其中磁場施加裝置包括薄鐵磁性鐵鈷合金帶及磁化裝置；MsS超聲導波系統(tǒng)的適配器在爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖；MsS超聲導波系統(tǒng)的回波信號采集裝置采集爐管上返回的回波信號；MsS超聲導波系統(tǒng)的主機接收回波信號，并生成爐管缺陷檢測圖；根據(jù)爐管缺陷檢測圖確定爐管的缺陷，其中確定的缺陷包括：裂紋類缺陷及腐蝕類缺陷。利用該方法能夠觀察整個爐管的狀態(tài)，實現(xiàn)爐管缺陷的快速檢測與定位，克服了相關技術中無法對爐管缺陷進行有效檢測的技術問題。
【專利說明】基于磁致伸縮超聲導波檢測技術檢測爐管缺陷的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及爐管缺陷檢測【技術領域】，具體而言，涉及基于磁致伸縮超聲導波檢測 技術檢測爐管缺陷的方法。
【背景技術】
[0002] 能源在國民經(jīng)濟中具有特別重要的戰(zhàn)略地位，是人類經(jīng)濟發(fā)展的命脈。能源的主 要供應者是石油化工，而大型管式燃料加熱爐是石油化工企業(yè)中廣泛應用且必不可少的重 要設備，能否實現(xiàn)長周期、滿負荷、優(yōu)質(zhì)運行，對保證石化企業(yè)的安全生產(chǎn)及社會經(jīng)濟的快 速發(fā)展至關重要。
[0003] 由于爐管長期在火焰、煙氣、飛灰等十分惡劣環(huán)境下運行，服役過程中的介質(zhì)腐 蝕、磨損、拉裂等因素的影響，爐管極易發(fā)生滲碳、滲碳開裂、彎曲、蠕變開裂、熱疲勞開裂、 鼓脹、氧化及高溫硫腐蝕等失效事故，由金屬材料學可知，合金元素在鋼中有兩種主要的存 在形式一存在于固溶體中或形成碳化物，因為形成合金固溶體要產(chǎn)生晶格畸變，有畸變 的晶格是不穩(wěn)定的，在高溫下，如果合金原子有充分的活動能力，它就會從固溶體中出來逐 漸轉(zhuǎn)移到結構較為穩(wěn)定的碳化物中。固溶體中合金元素的貧化會使固溶強化這一強化機制 削弱，從而會使鋼的強度、蠕交極限和持久強度下降，不僅會導致裝置的非計劃停車給生產(chǎn) 上造成巨大的損失，而且還嚴重影響著石化企業(yè)的安全生產(chǎn)。
[0004] 爐管在使用過程中發(fā)生蠕變、熱疲勞、彎曲、高溫氧化及滲碳等，最終的物理失效 形式均表現(xiàn)為開裂和腐蝕減薄。雖然國內(nèi)外近些年對爐管檢測也進行了大量的研究，但仍 未有行之有效的方法能夠檢測出爐管的缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供基于磁致伸縮超聲導波檢測技術檢測爐管缺陷的方法，以 解決上述的問題。
[0006] 在本發(fā)明的實施例中提供了一種基于磁致伸縮超聲導波檢測技術檢測爐管缺陷 的方法，包括=MsS超聲導波系統(tǒng)的磁場施加裝置在待檢測的爐管上形成T模態(tài)導波，其中 所述磁場施加裝置包括薄鐵磁性鐵鈷合金帶及磁化裝置；所述MsS超聲導波系統(tǒng)的適配器 在爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖；所述MsS超聲導波系統(tǒng)的回波信號采集裝置采集所述 爐管上返回的回波信號；所述MsS超聲導波系統(tǒng)的主機接收所述回波信號，并生成爐管缺 陷檢測圖；根據(jù)所述爐管缺陷檢測圖確定所述爐管的缺陷，其中確定的所述缺陷包括：裂 紋類缺陷及腐蝕類缺陷。
[0007] 優(yōu)選地，所述MsS超聲導波系統(tǒng)的磁場施加裝置在待檢測的爐管上形成T模態(tài)導 波，包括：所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶沿所述爐管的周長方向粘貼在待檢測的所述爐管上，其 中所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶的長度比所述爐管的周長小3?5毫米；所述薄鐵磁性鐵鈷合 金帶被磁化裝置磁化形成T模態(tài)導波。
[0008] 優(yōu)選地，所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶通過環(huán)氧樹脂粘貼在待檢測的所述爐管上。
[0009] 優(yōu)選地，所述MsS超聲導波系統(tǒng)的適配器在爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖，包 括：所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶的外側覆蓋有探頭線圈，所述探頭線圈上設置所述適配器； 所述適配器通過傳感器電子探頭發(fā)射既定頻率的電流脈沖，其中所述電流脈沖通過設置在 所述爐管中的導波管。
[0010] 優(yōu)選地，所述適配器通過傳感器電子探頭發(fā)射既定頻率的電流脈沖，包括：利用所 述傳感器電子探頭發(fā)射多組電流脈沖，并采集每組所述電流脈沖施加時所形成的爐管缺陷 檢測圖；通過比對所述爐管缺陷檢測圖對爐管缺陷的檢出能力，從多組電流脈沖中確定最 佳施加電流脈沖，并利用所述最佳施加電流脈沖進行爐管缺陷檢測。
[0011] 優(yōu)選地，發(fā)射的多組所述電流脈沖的中心頻率為32KHz、64KHz及128KHZ。
[0012] 優(yōu)選地，所述MsS超聲導波系統(tǒng)的主機接收所述回波信號，并生成爐管缺陷檢測 圖，包括：根據(jù)所述回波信號生成爐管的距離_波幅曲線圖及距離-波幅光譜圖。
[0013] 優(yōu)選地，所述根據(jù)所述爐管缺陷檢測圖確定所述爐管的缺陷，包括：根據(jù)所述距 離-波幅曲線圖及距離-波幅光譜圖確定缺陷可疑位置和/或類型。
[0014] 優(yōu)選地，該方法還包括：調(diào)整所述距離-波幅光譜圖的信噪比，在不同信噪比下的 距離-波幅光譜圖上確定所述爐管上的缺陷可疑位置和/或類型。
[0015] 優(yōu)選地，所述調(diào)整所述距離-波幅光譜圖的信噪比包括：調(diào)整所述信噪比分別為 0、40%、70%、80%及90%。
[0016] 本發(fā)明實施例提供的基于磁致伸縮超聲導波檢測技術檢測爐管缺陷的方法，利用 磁致伸縮效應，激發(fā)能沿有限形狀的結構傳播的結構機械彈性波，沿著爐管有限的邊界形 狀傳播并被爐管邊界約束、導向。所述磁致伸縮效應是指鐵磁物質(zhì)（磁性材料）由于磁化 狀態(tài)的改變，其尺寸在各方向發(fā)生變化。磁致伸縮材料在磁場作用下，其長度發(fā)生變化，可 發(fā)生位移而做功或在交變磁場作用可發(fā)生反復伸張與縮短，從而產(chǎn)生振動或聲波，這種材 料可將電磁能（或電磁信息）轉(zhuǎn)換成機械能或聲能（或機械位移信息或聲信息），相反也可 以將機械能（或機械位移與信息），轉(zhuǎn)換成電磁能（或電磁信息）。本發(fā)明實施例的爐管缺 陷檢測方法。
[0017] 根據(jù)上述的磁致伸縮原理，利用MsS超聲導波技術，在待檢測的爐管上形成T模態(tài) 導波，利用MsS超聲導波系統(tǒng)的適配器在爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖，當電流脈沖通 過導波管時，形成與導波管徑向方向分布的磁場，當該磁場與T模態(tài)導波相遇時便返回回 波信號，利用該方式超聲導波能夠覆蓋整個爐管，通過回波信號形成的爐管缺陷檢測圖能 夠觀察整個爐管的狀態(tài)，實現(xiàn)爐管缺陷的快速檢測與定位，克服了相關技術中無法對爐管 缺陷進行有效檢測的技術問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1示出了本發(fā)明實施例中基于磁致伸縮超聲導波檢測技術檢測爐管缺陷的方 法的流程圖；
[0019] 圖2示出了在爐管上設置的模擬裂紋類缺陷的示意圖；
[0020] 圖3示出了在爐管上設置的模擬腐蝕類缺陷的示意圖；
[0021] 圖4-6示出了第一組爐管試驗過程中生成的距離-波幅曲線圖；
[0022] 圖7-9示出了第二組爐管試驗過程中生成的距離-波幅曲線圖；
[0023] 圖10-12示出了第二組爐管試驗過程中生成的距離-波幅曲線圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面通過具體的實施例子并結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細描述。
[0025] 本發(fā)明實施例中提供了 一種基于磁致伸縮超聲導波檢測技術檢測爐管缺陷的方 法，如圖1所示，主要處理步驟包括：
[0026] 步驟Sll :MsS超聲導波系統(tǒng)的磁場施加裝置在待檢測的爐管上形成T模態(tài)導波， 其中磁場施加裝置包括薄鐵磁性鐵鈷合金帶及磁化裝置；
[0027] 步驟S12 :MsS超聲導波系統(tǒng)的適配器在爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖；
[0028] 步驟S13 :MsS超聲導波系統(tǒng)的回波信號采集裝置采集爐管上返回的回波信號；
[0029] 步驟S14 :MsS超聲導波系統(tǒng)的主機接收回波信號，并生成爐管缺陷檢測圖；
[0030] 步驟S15 :根據(jù)爐管缺陷檢測圖確定爐管的缺陷，其中確定的缺陷包括：裂紋類缺 陷及腐蝕類缺陷。
[0031] MsS超聲導波系統(tǒng)的磁場施加裝置在待檢測的爐管上形成T模態(tài)導波，包括：薄鐵 磁性鐵鈷合金帶沿爐管的周長方向粘貼在待檢測的爐管上，其中薄鐵磁性鐵鈷合金帶的長 度比爐管的周長小3?5毫米；薄鐵磁性鐵鈷合金帶被磁化裝置磁化形成T模態(tài)導波，其中 薄鐵磁性鐵鈷合金帶通過環(huán)氧樹脂粘貼在待檢測的爐管上。
[0032] MsS超聲導波系統(tǒng)的適配器在爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖，包括：薄鐵磁性 鐵鈷合金帶的外側覆蓋有探頭線圈，探頭線圈上設置適配器；適配器通過傳感器電子探頭 發(fā)射既定頻率的電流脈沖，其中電流脈沖通過設置在爐管中的導波管。
[0033] 在爐管上設置薄鐵磁性鐵鈷合金帶、探頭線圈及適配器的具體實施操作步驟包 括：
[0034] 1)、簡單清理爐管用于布置適配器部位的表面灰塵，用卷尺測量待檢測爐管的周 長，用金屬切割刀輕輕地剪切薄鐵磁性鐵鈷合金帶，使其稍短于被檢測爐管的圓周長度，一 般地薄鐵磁性鐵鈷合金帶的長度比爐管的圓周長度小3?5毫米。
[0035] 2)、準備足夠的粘貼劑（優(yōu)選地粘結劑為環(huán)氧樹脂，對爐管無影響）用攪棒將粘貼 劑均勻地涂抹在薄鐵磁性鐵鈷合金帶的接觸面，保證薄鐵磁性鐵鈷合金帶的所有接觸面被 全部涂抹，沿著爐管上所畫的線，將涂抹好粘貼劑的薄鐵磁性鐵鈷合金帶放置在管道圓周 上，并壓緊在管道上。通過控制塑料薄片，拉住朔料薄片，輕輕地晃動、旋轉(zhuǎn)薄鐵磁性鐵鈷合 金帶，調(diào)整薄鐵磁性鐵鈷合金帶使其沿管道整齊排列。保證薄鐵磁性鐵鈷合金帶的整個長 度完全緊貼于管道表面。在這個過程中，多余的粘接劑從薄鐵磁性鐵鈷合金帶下被擠壓出 來。
[0036] 3)、用磁化裝置進行磁化，把磁化器放在接近薄鐵磁性鐵鈷合金帶終端的位置，以 便使磁化器的南北兩極平行于薄鐵磁性鐵鈷合金帶的縱向方向排列，以相對恒定的速度 (大約每英尺/秒）滑動磁化器從薄鐵磁性鐵鈷合金帶的一端到另一端，重復2到3次。
[0037] 4)、將薄鐵磁性鐵鈷合金帶外側的塑料薄片從薄鐵磁性鐵鈷合金帶雙面膠帶區(qū)域 去除掉，拉住另一端的塑料薄片粘貼在雙面膠帶區(qū)域，將薄鐵磁性鐵鈷合金帶固定好。用一 根長的橡膠帶將薄鐵磁性鐵鈷合金帶纏繞起來，直到粘接劑凝固。粘接劑凝固后，去除橡膠 帶，檢查并確認薄鐵磁性鐵鈷合金帶被很好地粘接。
[0038] 5)、連接探頭線圈和適配器，在薄鐵磁性鐵鈷合金帶的外側覆蓋探頭線圈，將配器 與MsS系統(tǒng)通過電纜連接，打開MsS系統(tǒng)，在計算機屏上顯示MsS數(shù)據(jù)。
[0039] MsS系統(tǒng)在監(jiān)測過程中，適配器通過傳感器電子探頭發(fā)射既定頻率的電流脈沖對 爐管進行檢測，理論上電流脈沖的頻率越高，檢測精度越高，但對于不同的檢測對象，最合 適的檢測頻率是不同的，因此需要根據(jù)檢測爐管調(diào)試電流脈沖的頻率以確定出優(yōu)選檢測頻 率，具體調(diào)試方法為：利用傳感器電子探頭發(fā)射多組電流脈沖，并采集每組電流脈沖施加時 所形成的爐管缺陷檢測圖；通過比對爐管缺陷檢測圖對爐管缺陷的檢出能力，從多組電流 脈沖中確定最佳施加電流脈沖，并利用最佳施加電流脈沖進行爐管缺陷檢測，一般地，可選 用的多組電流脈沖的中心頻率為32KHz、64KHz及128KHz。
[0040] MsS超聲導波系統(tǒng)的主機接收回波信號，根據(jù)回波信號生成爐管的距離-波幅曲 線圖及距離-波幅光譜圖，因此根據(jù)距離-波幅曲線圖及距離-波幅光譜圖確定缺陷可疑 位置和/或類型。
[0041] 在根據(jù)距離-波幅曲線圖及距離-波幅光譜圖確定缺陷可疑位置和/或類型時， 還可以通過調(diào)整距離-波幅光譜圖的信噪比，在不同信噪比下的距離-波幅光譜圖上確定 爐管上的缺陷可疑位置和/或類型，在距離-波幅光譜圖上，顏色代表信號的強度，顏色越 紅，表明信號越強烈。
[0042] 上述方法中，調(diào)整距離-波幅光譜圖的信噪比包括：調(diào)整信噪比分別為0、40%、 70%、80%及 90%。
[0043] 利用本發(fā)明實施例的該方法對表1中所示的三組爐管進行缺陷檢驗，以驗證該方 法對爐管缺陷檢測的有效性。
【權利要求】
1. 基于磁致伸縮超聲導波檢測技術檢測爐管缺陷的方法，其特征在于，包括： MsS超聲導波系統(tǒng)的磁場施加裝置在待檢測的爐管上形成T模態(tài)導波，其中所述磁場 施加裝置包括薄鐵磁性鐵鈷合金帶及磁化裝置； 所述MsS超聲導波系統(tǒng)的適配器在所述爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖； 所述MsS超聲導波系統(tǒng)的回波信號采集裝置采集所述爐管上返回的回波信號； 所述MsS超聲導波系統(tǒng)的主機接收所述回波信號，并生成爐管缺陷檢測圖； 根據(jù)所述爐管缺陷檢測圖確定所述爐管的缺陷，其中確定的所述缺陷包括：裂紋類缺 陷及腐蝕類缺陷。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述MsS超聲導波系統(tǒng)的磁場施加裝置在 待檢測的爐管上形成T模態(tài)導波，包括： 所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶沿所述爐管的周長方向粘貼在待檢測的所述爐管上，其中所 述薄鐵磁性鐵鈷合金帶的長度比所述爐管的周長小3?5毫米； 所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶被磁化裝置磁化形成T模態(tài)導波。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶通過環(huán)氧樹脂 粘貼在待檢測的所述爐管上。
4. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述MsS超聲導波系統(tǒng)的適配器在爐管中 發(fā)射既定頻率的電流脈沖，包括： 所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶的外側覆蓋有探頭線圈，所述探頭線圈上設置所述適配器； 所述適配器通過傳感器電子探頭發(fā)射既定頻率的電流脈沖，其中所述電流脈沖通過設 置在所述爐管中的導波管。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述適配器通過傳感器電子探頭發(fā)射既 定頻率的電流脈沖，包括： 利用所述傳感器電子探頭發(fā)射多組電流脈沖，并采集每組所述電流脈沖施加時所形成 的爐管缺陷檢測圖； 通過比對所述爐管缺陷檢測圖對爐管缺陷的檢出能力，從多組電流脈沖中確定最佳施 加電流脈沖，并利用所述最佳施加電流脈沖進行爐管缺陷檢測。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，發(fā)射的多組所述電流脈沖的中心頻率為 32KHz、64KHz 及 128KHz。
7. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述MsS超聲導波系統(tǒng)的主機接收所述回 波信號，并生成爐管缺陷檢測圖，包括： 根據(jù)所述回波信號生成爐管的距離_波幅曲線圖及距離-波幅光譜圖。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述爐管缺陷檢測圖確定所述 爐管的缺陷，包括： 根據(jù)所述距離-波幅曲線圖及距離-波幅光譜圖確定缺陷可疑位置和/或類型。
9. 根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，該方法還包括： 調(diào)整所述距離-波幅光譜圖的信噪比，在不同信噪比下的距離-波幅光譜圖上確定所 述爐管上的缺陷可疑位置和/或類型。
10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整所述距離-波幅光譜圖的信噪 比包括：調(diào)整所述信噪比分別為0、40%、70%、80%及90%。
【文檔編號】B06B1/08GK104407052SQ201410743652
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權日:2014年12月8日
【發(fā)明者】韓利哲, 陳彥澤, 方舟, 劉德宇, 趙彥修, 姜海一 申請人:中國特種設備檢測研究院