Page 53 - 无损检测2022年第三期

田亚团, 等:

基于脉冲涡流晚期信号斜率的不锈钢壁厚测量

对式( 1 ) 取对数后求导, 并将式( 2 ) 代入得到

dlnV et 1 π 2
()
≈ = ( 3 )
dt t ≫ 0 τ d μ σd 2
由式( 3 ) 可知, 脉冲涡流的晚期信号在单对数坐
标系中表现为直线段, 其斜率的绝对值与壁厚的平
方近似呈反比。因此在单对数坐标系中, 晚期信号
斜率的绝对值可以作为脉冲涡流壁厚测量 的特征
值。这一结论与文献[ 10-11 ] 中的结论一致。根据
公开文献, Edd y fi公司的脉冲涡流检测仪即采用晚
图 1 不锈钢标准样板的脉冲涡流信号
期信号斜率作为壁厚测量的特征值。
对于磁导率较大的铁磁性材料, 其涡流的趋肤

效应较为明显, 因此一般采用较小的发射频率( 1~

16Hz ) 来获得较大的穿透深度; 对于磁导率较小的

非铁磁性材料, 采用较大的发射频率( 30 Hz以上)
可获得更大的穿透深度。
2 不锈钢的脉冲涡流信号特征

为对不锈钢的脉冲涡流信号特征进行分析, 选
择材料为 304 不锈钢的标准样板进行试验。标准样
图 2 碳钢标准样板的脉冲涡流信号

板尺寸为 200mm×200mm ( 长 × 宽), 厚度分别为
碳钢的相近, 信号特征明显, 且不同壁厚标准样板的

4 , 6 , 8 , 10 , 12 , 16 , 20mm ; 试验设备为天津舜捷安科
直线段斜率不同, 故可以采用晚期信号斜率作为不
技有限公司的 SJAET-III型脉冲涡流检测仪。获得
锈钢脉冲涡流壁厚检测的特征值。
的脉冲涡流信号绘制于单对数坐标系中( 见图 1 )。
为进行比较, 同时选择材料为 20 碳钢的标准样板进 3 不锈钢板壁厚与晚期信号斜率的拟合关

行试验, 碳钢样板的标准厚度为2 , 4 , 6 , 8 , 10 , 12mm , 系式
获得的脉冲涡流信号同样绘制于单对数坐标系( 见
从已知厚不锈钢板的脉冲涡流信号中提取各个
图 2 )。试验使用同轴圆形探头, 其发射线圈内径为
壁厚晚期信号的直线段斜率作为特征值, 并与实际

10mm , 外径为 16 mm , 高 10 mm , 匝数为 260 匝;
壁厚进行拟合, 得到如图 3 所示的拟合曲线, 其壁厚

接收线圈外径为 25mm , 匝数为 480 匝。
与特征值之间的关系符合幂函数关系

比较图 1 和图 2 可知: ① 不锈钢标准样板和碳
y= a×x b ( 4 )
钢的脉冲涡流信号形状接近, 在单对数坐标系中早
式中: 为壁厚; x 为特征值; a 和b 为拟合得到的
y
期信号表现为弯曲线段且基本重合, 晚期信号表现
常数。
为直线段, 且不同壁厚标准样板的直线段斜率不同,
壁厚越薄, 直线段斜率的绝对值越大, 对于壁厚比较
薄的样板, 当感应电压值较小时, 晚期信号曲线出现
向外弯 曲 的 现 象, 怀 疑 其 为 穿 透 构 件 后 的 信 号;

② 不锈钢标准样板的早期信号幅值大于碳钢样板

的, 且其信号衰减速度远高于碳钢样板的, 如 8mm

不锈钢 样 板 的 感 应 电 压 衰 减 到 10 μ V 以 下 需 约
1.5ms , 而同 样 壁 厚 的 碳 钢 样 板 则 需 约 45 ms , 因

此, 需要采用更高的发射频率来获得不锈钢的脉冲
涡流信号。 图 3 不锈钢板壁厚与特征值的拟合曲线
由于单对数坐标系中不锈钢的脉冲涡流信号与 由拟合结果可得a=46.464 , b=-1.02 , 对应的

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2022 年 第 44 卷 第 3 期
无损检测