如果能從漏磁檢測信號中盡可能多地找到與缺陷形位特征對應的特征參數,則可構建出具有較強排他能力的評判指標。漏磁場法向分量檢測信號波形特征中,相鄰極值間的波形與漏磁場空間分布之間的對應關系已有較為成熟的應用。參照相鄰極值峭度的概念,從漏磁場能級劃分角度出發,構建檢測信號的中心斜率,提出用中心斜率區分內、外部缺陷的方法。


一、漏磁場法向分量檢測信號的中心斜率


  與外部缺陷漏磁檢測信號相比,內部缺陷引發的漏磁場法向分量檢測信號相鄰極值間的水平跨距Wp和峰-峰值V都有很大不同。極值間的峭度可以有效反映出兩個特征量的關ρηdd聯性,并主要應用在判斷缺陷的深寬比方面。由于缺陷的深度會直接影響到峭度指標的大小,因此,其不能直接應用于缺陷位置區分。不銹鋼管內、外部缺陷產生的漏磁場分布不同,如圖4-14所示,內部缺陷產生的漏磁場更加擴散,而外部缺陷產生的漏磁場更加集中。


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  漏磁場法向分量檢測信號的中心斜率與信號波形中的兩個特征參數有關,分別是檢測信號相鄰極值間的水平跨距W和峰-峰值V與“峭度”特征量有所不同,為了避免某一特征量受到形態特征影響過大而對最終的評判過程造成干擾,首先需要對其進行規范,然后再進一步對畸變波形特征進行信息提取。綜上所述,基于檢測信號中畸變部分極值點間的垂直及水平的距離關系,定義中心斜率為


  式中,Vpp為相鄰波峰與波谷之間的垂直距離;WPP為相鄰波峰與波谷之間的水平距離;ε為調節因子。根據檢測信號的峰-峰值大小,設置調節因子ε,協助構建最終的評判指標αc。


  由于峭度是未加任何約束的、僅僅依靠峰值間的波形信息創建起來的評判參數,因此極容易受到外界干擾而導致最終評判結果失效,同樣也會因為缺陷形態的復雜性而使得最終評判指標不可靠。


通過能級篩選建立起來的評判指標,與僅靠信號波形特征構建的峭度指標相比,能夠反映出更多的缺陷信息。例如,根據待檢鋼管的不同壁厚值,設置一定的峰-峰值門限,參照極值間的波形特征,按式(4-1)計算得出中心斜率αc,此方法具有很好的適應能力。


  采用外徑為88.9mm,壁厚為9.35mm的不銹鋼管做測試,人工缺陷為周向刻槽,尺寸信息見表4-2。磁敏感元件選用集成霍爾元件UGN-3503,以0.5mm的提離距離封裝于檢測探頭內,檢測漏磁場的法向分量。為保證評判指標的穩定性與可靠性,在檢測過程中,檢測探頭掃查速度必須保持恒定,隨機抽取各人工缺陷對應的檢測信號如圖4-15所示。


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  漏磁場原本就是一種低能量場,造成其能量波動的因素很多,其中,位置差異造成的波動會隨著不銹鋼管壁厚的不同而變化。就內、外部缺陷產生的漏磁場法向分量信號波形而言,相鄰極值間的峭度存在差別,但這種差別還可能與缺陷的寬度和走向有關。如果進一步利用檢測信號中畸變部分的峭度信息,首先應該觀察峰-峰值的大小,以“試探”其是否有可能來自于鋼管內壁。此時,需要建立合適的峰-峰值門限VPP,該值可以通過分析對比試樣中的各人工缺陷的檢測信息獲得。


  VTpp值的設定與多方面因素有關,重點需要考慮材質的磁特性以及鋼管壁厚兩方面因素?;谥行男甭实膬?、外部缺陷區分方法是建立在漏磁檢測信號能級篩選基礎之上的,并以此構造檢測信號極值特征間的斜率,即中心斜率。


  將上述試驗中各人工缺陷的Vpp值列入表4-3中,同時觀察峰-峰值與缺陷的位置特征,確定合適的門限值,構建表達式如下:


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  需要明確的一點是,該評判指標在反映漏磁場空間分布特性方面,與峭度有很大的不同。一方面,中心斜率首先需要進行峰-峰值篩選,根據檢測信號中VpP值的大小,選擇對應的調節因子ε,因此充分考慮到了漏磁場能量大小在判定缺陷位置特征時的作用;另一方面,斜率這種包含著相鄰極值間水平特征與垂直特征兩者于一身的指標,以其構造成分之一-峰值作為篩選對象,為中心斜率的構造過程提供了更多的選擇空間。由于中心斜率一部分來源于漏磁場的能量信息,而不僅僅是檢測信號的波形特征,因此對于特定材質和壁厚的不銹鋼管,一旦中心斜率得以構建,就可有效應用于特定批次的不銹鋼管檢測。


  從Vpp這一指標上來看,處于鋼管同一位置(同在外壁或內壁)的不同深度的缺陷會產生不同的檢測信號峰-峰值。缺陷深度越深,檢測信號峰-峰值越大。所以,會造成處于鋼管內壁的深度較大的裂紋產生的檢測信號強度與外部深度較小的裂紋差異不大。如深度為1.0mm的內部裂紋檢測信號的峰-峰值為140.5mV,深度為0.5mm的外部裂紋檢測信號的峰-峰值僅為114.6mV,兩者幅值差異不大。所以,僅從檢測信號波形的峰-峰值來判斷,極有可能將值相對較大的內部裂紋判為外部缺陷,或者將相對較淺的外部裂紋判為內部缺陷。


  當以中心斜率α。作為評判指標時,0.5mm深的外部缺陷所對應極點連線中心處的評判指標值為9.5,而1.0mm深的內部缺陷對應值為6.38,結合其他具有不同深度的內、外部缺陷所對應的參數,可以發現內、外部缺陷之間具有明顯的區分門限,而不會受到缺陷深度的影響。


  中心斜率在構建過程中對漏磁場的能級進行了篩選,也即,由缺陷自身形態引發的漏磁場能量波動可以被“區分對待”。與中心頻率法相比,中心斜率法的評價指標更為靈活。這種直接對檢測信號進行處理的區分策略計算量不大,可在鋼管漏磁檢測過程中進行實時高效的內、外部缺陷區分。



二、缺陷形態特征對中心斜率法的影響


  上述內、外部缺陷評判指標α。在構建時是以漏磁場的能量屬性為基準的,而漏磁場的能量又與多種因素有關。下面分析不銹鋼管壁厚、缺陷形狀及走向對中心斜率的影響。


 1. 壁厚對αc的影響 


  當不銹鋼管壁厚不同時,可通過調節磁化電流來確保鋼管磁化至磁飽和狀態。對于磁特性一定的材質,處于磁飽和狀態的不同厚度鋼管具有相對一致的磁感應強度,因而可以在金屬損失狀況與漏磁通之間建立相對穩定的對應關系。


  漏磁場能量分級門限的設定會受到管壁厚度的影響,前面對特定壁厚鋼管上的槽類人工缺陷進行了試驗分析。對于內部缺陷而言,漏磁通來源于鐵磁性管壁內部,直接反映了材質不連續對管壁內整體磁力線的擾動情況。當整體磁力線數量不等時,相同深度的內部缺陷對管壁內整體磁力線的影響程度也會有所不同。下面對不同壁厚情況下人工缺陷檢測信號的中心斜率進行分析。


  以厚度為8.0mm、14.7mm、17.2mm的三種鋼板作為檢測試樣,在每種規格鋼板表面度不同的橫向刻槽。磁敏感元件選用集成霍爾元件UGN-3503,以0.5mm的提離值封裝于檢測探頭內。當鋼板以恒定速度經過探頭時,以厚度為8.0mm的鋼板為例,隨機抽取檢測信號如圖4-16所示。


  參照不同深度人工缺陷的檢測信號值,建立鋼板人工缺陷的評判指標參數α。,根據不同厚度的鋼板設置相應的VPP值,如對于厚度為8.0mm的鋼板,可設置VTpp =500mV。


  式中,為中心斜率;Vpp為法向漏磁檢測信號的峰-峰值;VTP為峰-峰值門限;Wpp為相鄰極值之間的水平寬度;ε為調節因子。


  對不同厚度鋼板缺陷進行內、外位置區分,首先對Vor值進行能級篩選,進而選取不同d的調節因子e,構建中心斜率,并計算VpP和峭度列入表4-4中。


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  對比表4-4中的Vpp 峭度以及中心斜率三個評價指標可以看出,中心斜率ac可以有效地避免缺陷深度過大或過小對位置評判的干擾。以中心斜率αc作為評判指標的區分方法可適用于三種不同厚度的鐵磁性構件,即通過設定統一的評判指標區分門限(如20.00~30.00),可以對不同厚度鐵磁性構件中的缺陷位置進行區分和識別。因此,通過構建漏磁場法向分量檢測信號的中心斜率可以區分缺陷的位置信息,并且不會受到缺陷深度變化的影響。對于不同壁厚的不銹鋼管,內、外部缺陷區分準則可以有效地統一起來。


 2. 缺陷形狀對αc的影響 


  從中心斜率的構建過程可以看出,該評判指標重點在于對漏磁場能級進行篩選。不銹鋼管在生產和使用過程中出現的缺陷形狀各異,而不同形狀的缺陷在檢測空間引發的漏磁場相差很大。不通孔類缺陷雖然具有一定的深度,但它的實際材料損失量與接近深度的刻槽類缺陷相比要小得多,具有相同位置特征的刻槽與不通孔在檢測空間產生的漏磁量也相差較大。當不通孔位于檢測構件的背面時,試件中的磁力線受到缺陷引發磁通畸變而發生的整體偏移程度也就更弱。因此,常規漏磁檢測過程中經常遇到的問題是,正面檢測較淺缺陷時容易被判別為內部缺陷,而較深的內部缺陷又容易被判別為較淺的外部缺陷。


  下面對不同厚度鋼板中不同深度的機加工不通孔進行檢測試驗,其中8.0mm厚和17.2mm厚的鋼板正、反面檢測不通孔缺陷信號如圖4-17和圖4-18所示,將各人工缺陷的試驗數據及評判指標計算列入表4-5。



  從表中可以看出,經過能級篩選后的中心斜率表現出良好的區分效果,而且不通孔類缺陷的位置特征區分門限與橫向刻槽有著較好的通用性,均可采用相同的區分門限(以αc-t=20.00~30.00.00作為門限值)。因此,采用中心斜率對缺陷的位置特征進行識別時具有較好的排他能力,而不會被缺陷形態所干擾。


 3. 缺陷走向對αc的影響 


  在不銹鋼管漏磁檢測過程中,當裂紋的走向與磁化場方向呈非垂直關系時,漏磁場空間分布特征與其檢測信號的畸變程度都會發生變化。下面介紹缺陷走向對檢測信號中心斜率的影響。


  同樣采用8.0mm厚的鋼板作為檢測試件,對鋼板中的人工斜向刻槽進行正、反面漏磁檢測,提離值為0.5mm,提取缺陷漏磁場的法向分量檢測信號如圖4-19所示。將試驗結果及各種評判指標列入表4-6。


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  結合表4-4和表4-5中橫向刻槽及不通孔類缺陷的試驗數據,以8.0mm厚的鋼板試驗數據為例,從表4-6中的斜向刻槽試驗數據可以看到,中心斜率α。依然可以選用與橫向刻槽、不通孔相同的門限值(在αc-=20.00~30~30.00之間選擇)。


  在使用中心斜率法區分內、外部缺陷時,應確保探頭與不銹鋼管管壁充分接觸,以確保檢測信號不受提離效應的影響。另外,在檢測過程中必須保證檢測速度恒定,因為當采用霍爾元件作為磁敏感元件時,檢測輸出量為檢測空間內某一點的絕對量值,在一定的提離距離下,其量值是一定的。然而,如果在檢測過程中速度發生變化,勢必會改變相鄰極值之間的水平距離,后期基于這兩者建立起來的中心斜率就失去了判別位置特征的可靠性。


  此外,基于檢測信號中心斜率的區分方法在使用過程中需要首先經過大量試驗數據來分析獲得調節因子ε。當然,對于材質和壁厚一定的不銹鋼管,在某一磁化狀態下,調節因子是恒定的。因此,通過建立數據庫的方式可大大提高該方法的準確性。





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