自上世纪20年代开始,不锈钢管表面缺陷的检测开始发展,根据其发展阶段和使用技术原理,大致可分为三个阶段人工检测法、传统光电检测、基于机器视觉的检测。

人工检测

人工检测方法又叫人工目视法,起源最早。由于当时的生产技术落后、生产速度慢以及当时的产品需求低、人口红利高,对产品的检测速度和质量都没有很高的要求,全球都使用这种方法。但随着生产水平的提高、产品的需求量增大、人口红利的消失,检测效率低,劳动强度大、检测标准不统一等缺点逐渐凸显,不适宜快速和准确的检测要求,渐渐被弃用。

传统光电检测

随着传△感器、光学器件高速发展以及光学学科、物理学科逐渐应用于很多企业中,利用光电技术开发的检测系统流行起来,相比教于人工检测方法,检测速度、准确率、效率有了一定的提高。

1)涡流检测

涡流检测是基于法拉第的电磁感应原理。常用做法々是对检测带钢表面的激励线圈施加交变电流,进而产生的交变磁场,在进行检测时,交变磁场在检测工件上产生涡流,涡流也会产生一个感应的交变磁场,影响检测线圈的感应电压、阻抗,通过判断感应电流和阻抗的变化来判断有无疵点,检测原理如图1.1所示。空军工程大学的曹海霞[7]运用ANSYS对涡流检测仿真,对于圆柱形的激励线圈,不锈钢管工件随着提离增加感应信号的峰值减小。

涡流检测具有灵敏性高、响应迅速、操作方便等一些优点。但同时浪费资源大、难以检测小缺陷目标、对探头要求高等一些缺点,并不适合不锈钢管表面的缺陷检测。

2)漏磁检测

漏磁检测的基本原理是当不锈钢管被强大的磁场深度所磁化,当不锈钢管表面存在缺陷时,由缺陷部位的所引起的不锈钢管横截面积的变化,会改〖变磁导率和磁阻,导致整个磁场中有一部分的磁场绕过缺陷的部位,而从周围的空气中穿过,这就会造成磁场的变形,由直线变为曲线,其相应的传感器把磁场的变化转化为电信号,可以通过其相应的电信号大小可以判断不锈钢管表面缺陷的大小。

1965年,美国的Tuboscope管道服务公司发明制造了首台漏磁检测仪器,极大的提高了缺陷检测效率。1975年,HwangLord第一次将铁磁材料的内部场强和磁导率与漏磁场幅值联系起来进行漏磁场的分析,这就为漏磁技术应用于不锈钢管表面缺陷检测提供了可能。我国与国外相比,对漏磁检测起步较晚,20世纪80年代开始研究,才逐渐填补国内漏磁理论和仪器上的空白。

目前为止我国国内漏磁检测仪器主要由厦门爱德森公司研究和生产。漏磁检测技术是一种非╲常简易和快速的检测技术,受环境干扰因素小,可靠性高。但同时存在漏磁信号特征简单,检测缺陷种类有限等多种弊端。

3)红外检测

红外检测的技术原理为红外№辐射理论,即除在绝对零度以下的环境,任何物体都会连续不断的向外发射红外波,且红外辐射的能量和物体温度成正相关,其辐射强度和波长也※和温度存在定量关系且遵循普朗克辐射定律、维恩位移定律、斯特凡-玻尔兹曼定律等,其检测原理如图1.3所示。红外检测功能比较多,可用于缺陷检测、应力和疲劳分析、模拟仿真、图像处理和故障诊断等一些功能。在用于缺陷检测时,检测装置大致可分为三个部分:激励部分(信号发生器和激励源)、红外热像仪、PC终端。其工作过程大致为对不锈钢管材料施加相应的激励源来获取其热相图,由于不锈钢管的缺陷部分和非缺陷部分温度不相同,这就会在不锈钢管表面形成温度高低不同的区域,发射不同的红外波。

国外的CHANOWSKL等人发现,利用脉冲红外热像法测得的奥氏体不锈钢316L的热扩散系数值较为准确,其次运用热传导方程来计算简单边界条件也比较容易。

目前【国内正对红外检测的研究机构有华中科技大学、哈尔→滨工业大学、中国特种设备检测研究院等,其中沈功田等人[12]针对金属材料以及高温压力↓的管道进行相关试验研究,其结果为导热率越低的金属材料,其相应的检测灵敏度也就越高,缺陷缺口大,缺陷面积大,金属厚度薄的地方,其缺陷检测性能也越好。

从事红外检测技⌒ 术产品生产由广州飒特、浙江大力等,其红外检测大多有无接触检测、检测范围广、检测距离远等优点,但红外缺陷检测缺陷种类少,存在一定的缺点,不能广泛应用。

4)激光扫描检测

激光扫描器的工作原理。在1988年,德国的SICK公司以激光作为发射光源,再用旋转反射镜反射激光束,最后通过光学系统的反射镜,在带钢的表面上均布平行横向扫描,而在反射光的方向上用电倍增管收集钢带表面反射ぷ的光源,最后通过转换器转换为电信号,这样就可以保证在一定速度下检测缺陷。

相比较于国外,国内红外扫描检测起步晚,技术相对落后。由江苏江佳机械有限公司和南京林业大学,联合开发的木材表面缺陷的激光扫描于检测装置和钢带表面检测原理相同,值得借鉴和参考。其优点是利用上下两台激光分别进行扫描,可以进行双面扫■描,得到检测材料的双面数据,最后得到的图像再由计算机处理分析。

但红外检测技术对环境检测要求较高、检测速度慢,连续运动的激光器寿命和可靠︻性有所降低,且购买和维护成本高昂,局限性较大,难以进一□ 步突破。于是很多企业开始寻找成本低、检测效率高、维护方便的检测设备。