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管狀結(jié)構(gòu)在能源、化工等各類工業(yè)領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。在長時(shí)間使用過程中，其結(jié)構(gòu)內(nèi)部不可避免地會(huì)產(chǎn)生損傷或缺陷。由于損傷或缺陷會(huì)對(duì)管道結(jié)構(gòu)的安全性帶來嚴(yán)重后果，因此對(duì)其進(jìn)行定期無損檢測(cè)和評(píng)價(jià)非常必要。

渦流檢測(cè)方法是基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行缺陷和損傷檢測(cè)的方法，具有對(duì)表面缺陷檢測(cè)能力高、非接觸、快速掃查等優(yōu)點(diǎn)，是一種對(duì)管道結(jié)構(gòu)表面缺陷進(jìn)行定量無損評(píng)價(jià)的有效方法。然而現(xiàn)有渦流探頭的激勵(lì)線圈和檢出線圈都是通過機(jī)械連接，便攜性差，尤其對(duì)于長輸管道檢測(cè)，普通機(jī)械連接很難進(jìn)入管道深處，很大程度限制了渦流探頭的檢測(cè)范圍。

另一方面，傳統(tǒng)渦流探頭為激勵(lì)線圈和檢出線圈放在管道同側(cè)的反射式渦流探頭，這種探頭在實(shí)現(xiàn)管道檢測(cè)時(shí)有以下兩方面缺點(diǎn)：一是僅對(duì)探頭同側(cè)的表面缺陷檢測(cè)靈敏度高，但對(duì)探頭異側(cè)的缺陷檢測(cè)靈敏度較差；二是對(duì)于探頭同側(cè)的深缺陷或異側(cè)的淺缺陷，存在信號(hào)飽和、無法定量的問題。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院、中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院的研究人員提出并設(shè)計(jì)了一種磁力傳動(dòng)式陣列渦流探頭，并用該探頭對(duì)管道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁缺陷進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 渦流檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

該探頭包含套在管外的帶永磁體的激勵(lì)裝置和放置在管內(nèi)同樣攜帶永磁體的檢出裝置，是一種分離式結(jié)構(gòu)（激勵(lì)裝置和檢出裝置位于管道內(nèi)外兩側(cè)，以下簡稱異側(cè)），兩個(gè)裝置可在磁力作用下在管道內(nèi)外同步移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道缺陷的掃查；同時(shí)檢出裝置中裝有環(huán)形陣列的檢出線圈，不僅可以對(duì)管道缺陷進(jìn)行軸向定位，還可以對(duì)管道缺陷的環(huán)向位置進(jìn)行有效定位。

相較于傳統(tǒng)的將激勵(lì)線圈和檢出線圈放在管道同側(cè)的反射式渦流探頭（激勵(lì)裝置和檢出裝置位于管道同側(cè)，以下簡稱同側(cè)），這種磁力傳動(dòng)式陣列渦流探頭對(duì)管道內(nèi)壁和外壁的表面缺陷具有相似的檢測(cè)靈敏度，對(duì)于外壁深缺陷及內(nèi)壁淺缺陷不存在信號(hào)飽和、無法定量的問題，尤其在檢測(cè)管道內(nèi)壁缺陷時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)。

圖2 磁力傳動(dòng)式渦流陣列探頭

通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種探頭針對(duì)管道內(nèi)壁缺陷檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，得出以下結(jié)論：

1）通過數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分離式探頭與反射式探頭對(duì)管道內(nèi)壁裂紋檢測(cè)的優(yōu)劣。結(jié)果表明，對(duì)于管道內(nèi)壁缺陷的檢測(cè)，相對(duì)于傳統(tǒng)的反射式探頭，分離式探頭由于其檢出信號(hào)的不易飽和性以及檢測(cè)靈敏度好，表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。

2）通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種探頭的激勵(lì)裝置和檢出裝置在磁力作用下能夠沿著管道內(nèi)外保持一致移動(dòng)步調(diào)，說明其對(duì)于管道缺陷進(jìn)行掃查檢測(cè)具有可行性。相對(duì)于單檢出線圈的渦流探頭，陣列渦流探頭接收信號(hào)的范圍大大增加，顯著提高了探頭的檢測(cè)靈敏度和檢出效率。

3）應(yīng)用該探頭檢測(cè)帶內(nèi)壁裂紋的鋁管，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明，磁力傳動(dòng)式陣列渦流探頭不僅可以確定裂紋在管道內(nèi)壁的軸向位置，還可以確定其環(huán)向位置。因此，該研究團(tuán)隊(duì)所提出的這種探頭對(duì)于長輸管道內(nèi)壁缺陷的檢測(cè)具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。

以上研究成果發(fā)表在2020年第22期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于磁力傳動(dòng)式陣列渦流探頭的管道缺陷檢測(cè)”，作者為段志榮、解社娟、李麗娟、李驥、陳洪恩、陳振茂。