涡流探伤干扰信号的抑制技术

摘　要: 针对钢管涡流探伤过程中出现的噪声干扰引起误报的现象, 在现场实验及分析涡流探伤信号处 理方法的基础上, 提出了开启涡流噪声抑制扇区、沧州欧谱减少设备误报的解决方法, 并给出了具体的设置方法。

关键词: 涡流; 滤波器

中图分类号: T G115. 28　文献标识码: A 　

文章编号: 167124423 (2004) 06210203

1　问题的提出 09 区 2# 线多功能探伤机组(超声+ 涡流)是宝 钢钢管分公司于 1997 年从德国引进的一套代表 20 世纪 90 年代先进水平的探伤设备, 在控制钢管产品 质量方面起到了重要作用。几年来, 面对竞争日益激 烈的钢管市场, 分公司致力于高附加值产品的开发 与研制, 生产管料品种由单一转向多样, 先后开发成 功了一大批钻杆、加厚油管, 探伤技术要求也随之不 断提高。 实际探伤中, 发现按检验标准生产C90、P110、 BB110T 等高钢级管料、25M n2 材质水淬管以及 G105、S135 等高钢级钻杆时, 各种因素引起噪声干 扰信号较多, 信号幅度超过设定报警门限值时引起 误报, 结果是合格管判定为不合格, 降低探伤准检率 的同时, 增加了复探量和检验成本。

2　现状分析 由于钻杆、加厚管管体与两端管径差异大, 造成 管料在探伤输送过程中产生抖动, 加上其它影响探 伤因素的存在, 如材料硬度、局部应力不均匀、缺陷 管棱角修磨不光滑等, 涡流探伤不可避免的会产生 噪声干扰信号, 在噪声信号与正常伤波信号没有进 行有效隔离与抑制的情况下, 引起了涡流探伤误报。

3　理论分析 涡流探伤信号处理的实质是利用伤痕信息和其 他干扰信号之间存在的差别, 通过各种方式进行区 分。

主要有以下几点:

3. 1　利用相位不同的信号处理 利用相位上的不同来区分信息的办法称为相位 分析法或阻抗分析法。用得较多的相位分析部件是 相位检波器。也有称为同期检波器或选通电路的。

3. 2　利用调制频率不同的信号处理 利用伤信号和干扰信号调制频率的不同来区分 伤信号和干扰信号的方法称为调制分析法。实现调 制分析法的部件通常是电子式有源滤波器。调制分 析法只能用于动态检测中, 而且一般要求检测线圈 和试件之间最好具有恒定的相对速度。

3. 3　利用幅度不同的信号处理 利用伤信号和干扰信号幅度上的差别来区分伤 信号和干扰信号的方法为幅度分析法, 实现幅度分 析的电子部件称为幅度鉴别器, 在实际探伤仪中, 一 般将幅度鉴别器放在滤波器的后面。调节抑制电平 的高低可抑制不同幅度的干扰信号, 但这种抑制干 扰的方法有如下缺点: 当抑制电平调高时也就可能 线性关系变差, 伤波波形也变成断续了, 这种分析方 法只能在伤信号幅度大于干扰信号幅度时才能用, 当干扰信号幅度大于伤信号幅度时不能用。

3. 4　利用宽度不同的信号处理 在有的涡流探伤仪中, 不采用滤波器, 而采用信 号宽度鉴别器来区分伤信号和干扰信号。沧州欧谱这种电路 是根据伤信号的频率较高、波形较窄, 而直径变化、 电导率变化等引起干扰的噪声频率较低, 波形较宽 这一点来工作的。这种电路能将信号中幅度大于预 定幅度, 而信号宽度小于预定宽度的信号分离出来。

3. 5　利用时间不同的信号处理 为了抑制外来瞬时的干扰信号, 可利用它与伤 信号在出现时间上的不同来加以区分, 这种分析方 法为相关分析法, 它要求有几个检测线圈同时工作, 而且, 这几个检测线圈对探到同一伤来讲具有一固 定的时间差。只有当二个检测线圈检测到的信号在 时间上相差固定时, 才作为信号, 否则就作为干扰予 以抑制。　　　　　

3. 6　利用其他参数不同的信号处理 除上述几种信号处理方法之外, 还可以利用伤 信号和干扰噪声间其他参数的差别来区分它们。例 如利用波形的前沿陡度上的差别, 利用波形的正负, 利用波形的多少, 波形的形状等等来区分伤信号和 干扰信号。这些方法应用较少, 故不再细述了。

4　产生方案 经过现场多次试验, 发现当涡流探伤相关参数 调整适当时, 标准探伤样管中通孔引起的伤波信号 相位与噪声信号相位存在一定角度的偏差, 如果采 用某种方法对正常伤波信号与噪声信号进行隔离, 再采取措施对噪声信号进行抑制, 就可以达到减少 误报的目的。 当前采用的比较多的相位分析部件是相敏检波 器, 其工作原理为: 对于二种不同相位的信号, 信号 A 和信号B 相位相差 H角度, 若在信号B 每通过零 点时使检波器开放, 则通过检波器的只有信号A 的 某一分量, 而没有信号B 的成份, 从而可起到抑制 信号B 的作用, 其工作原理图如图 1 所示: 图 1　相敏检波器原理图 　　

通过上述分析, 并结合 09 区多功能探伤机组的 设备功能特点, 提出了“合理设定涡流探伤扇区, 抑 制噪声信号”的技术, 其探伤原理如图 2 所示。 涡流探伤扇区的开启正是利用了角度偏差 H, 设置扇区, 通过相位分析部件对伤波信号与噪声信 号进行分开, 使相位落在扇区范围内的噪声信号被 抑制, 噪声信号不报警, 即减少了误报, 又确保了探 伤质量。 线 1: 样管通孔引起的伤波信号; 线 2: 噪声信号; H角: 伤波信号与 噪声信号相位差值; 外圆代表红色报警闸门; 内圆代表绿色报警 闸门 图 2　扇区抑制原理图

5　方案实施 涡流探伤共有 7 种报警方式可供选择和设置, 如表 1 所示。 表 1　检测方式与功能说明 门 检　测　方　式 功　能　说　明 1 FLAW 1> GR EEN 信号大于绿色闸门报警 2 FLAW 1> R ED 信号大于红色闸门报警 3 SECTOR GR EEN 信号大于扇区内绿色闸门报警 4 SECTOR R ED 信号大于扇区内红色闸门报警 5 NO T SECTOR GR EEN 信号大于扇区内绿色闸门不报警 6 NO T SECTOR R ED 信号大于扇区内红色闸门不报警 7 CHORD 信号大于绿色的弦报警 　　现场人员可根据实际情况进行选择组合设置。

5. 1　正确设置抑制扇区的相位与开口度 相位的设置应根据实际生产管料的噪声信号相 位进行设置, 必要时调整涡流探伤相关参数; 开口度 应尽可能小, 开口不得覆盖样管缺陷信号所在的相 位范围, 否则易造成漏检。

5. 2　必须同时启用 2、5 两个闸门 “信号大于红色闸门报警”和“信号大于扇区内 绿色闸门不报警”。 数字超声波探伤仪http://www.shuzichaoshengbotanshangyi.com其中, 绿色报警必须按标准进行设置, 红色报警 线则根据涡流探伤实际情况, 适当放大至噪声信号 不再报警为止。 设置的目的为: 在扇区内的噪声信号如果幅度 大于小的绿色报警闸门而小于红色报警闸门, 则噪 声信号不报警, 起到了抑制噪声的作用; 当位于扇区 的噪声信号超过红色报警闸门则该管料也被判为不 合格管, 避免恰好位于此相位的大的缺陷漏检。即: 增加探头有效波束宽度, 以提高板材探伤的效率。 将TR 探头B 的横向声场分布图及波束宽度曲 线图与 TR 探头A 对比可知: TR 探头B 的有效波 束宽度要小于 TR 探头A , 同时 TR 探头B 波束宽 度曲线起伏更显著。这是因为 TR 探头B 的三个发 射晶片位于异侧, 较 TR 探头A 的相位差大, 非干 涉情形不同而导致的。另外, 当波束曲线中的波谷值 小于最大回波高度的一半时, 可以通过改变晶片的 匹配线圈、背衬等参数来改变声场的大小和相位, 从 而改变波谷的最小值。

4　结论

1、采用将传统双晶直探头的晶片进行分割的方 法制作的 TR 探头, 可明显增加 TR 探头的有效波 束宽度, 从而显著提高检测效率。

2、发射晶片位于同侧的 TR 探头有效波束宽度 要大于发射晶片位于异侧的 TR 探头, 其原因为不 同的非干涉情况所致。

3、较传统双晶直探头而言, 采用等分晶片方法 制作的 TR 探头, 可在不改变其他参数的条件下, 通 过增大晶片间距的方法来增加有效波束宽度, 从而 大大方便了宽声束探头的制作。

4、发射晶片位于同侧的 TR 探头的有效波束宽 度可增加的范围要明显大于发射晶片位于异侧的 TR 探头。

5、若晶片的非干涉情形导致波束宽度曲线中的 波谷值较小时, 可以通过调整晶片的工作频率或采 用不同的匹配方法等来改变晶片的非干涉情形, 增 大波谷的最小值, 以便于增加探头的有效波束宽度。

6、加工时要尽量保证各晶片的各项性能参数均 一致, 才能得到光滑对称的波束宽度曲线。

参考文献: [ 1 ] 刘庆凯, 赵金玲, 高世清. 直探头与钢板探伤 [J ]. 无损检测, 2001, 23 (10): 439～ 440 [2 ] 熊晓伟. 双晶直探头在钢板探伤中的应用[J ]. 宽厚板, 2003, 9 (2): 19～ 22 [3 ] 冯若. 超声手册[M ]. 南京: 南京大学出版社, 1999 [ 4 ] J·克劳特克洛默, H·克劳特克洛默著, 李靖 等译. 超声检测技术[M ]. 广东: 广东科技出版 社, 1984 [5 ] 北京市技术交流站. 超声波探伤原理及其应用 [M ]. 北京: 机械工业出版社, 1982 [ 6 ] 滕永平, 赵中龄. 多功能超声波界面卡的特性 及应用研究. 中国机械工程学会无损检测分 会第八届年会ö国际无损检测技术交流研讨 会, 论文集光盘编号 0115, 苏州 2003 (上接第 11 页) 既抑制了噪声信号又防止大的缺陷管的漏检。确保 了涡流探伤准检率, 减少了不必要的误报。在保证质 量的前提条件下, 大大提高了生产能力。

6　使用效果 涡流探伤扇区的规范使用, 有效降低了涡流探 伤噪声误报, 提高了 09 区多功能探伤设备的准检 率, 减少了复探量, 降低了生产成本。作为质检站探 伤质量研究攻关项目——提高 09 区多功能探伤设 备准检率的一项重要措施, 在确保 09 区多功能探伤 设备首探合格率从原有的 88% 提高到首探合格率 91% 发挥了极其重要的作用, 并使得 09 区新线生产 能力大幅度提高, 得到了领导及大家的一致好评。成 为 09 区提高有效作业率、降低不必要的库存、确保 料流畅通、完成生产工作各项指标的可靠保证。 7　结束语 涡流探伤扇区的合理规范设置从现场实施效果 来看情况良好, 不仅适用于我们 09 区该探伤机组, 还具有极为广泛的推广价值, 适用于所有可以将正 常伤波信号与噪声信号进行有效隔离的涡流探伤设 备, 通过涡流探伤扇区合理设置, 可以大大提高涡流 探伤的准确性, 减少不必要的误报, 降低企业生产成 本。

参考文献: [1 ]　范弘. 金属材料的涡流检测. 1997, 77