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專利名稱：用于無損壞地檢查管道的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1前序部分的用于借助漏磁無損壞地檢查由鐵磁鋼制成的管道的方法。
背景技術(shù)：
已知的漏磁檢查被用于由鐵磁鋼制成的管道，以便檢測縱向的、接近表面的不致密、諸如裂紋，而用其它方法不能或只能非常不精確地以高成本和大量時間來確定這些不致密。
利用該方法，例如確定從管道的表面延伸至少約0.3mm的裂紋(Nondestructive Evaluation，A Tool in Design，Manufacturing，andService，CRC Press1997)。
在現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于檢測管道內(nèi)側(cè)或外側(cè)上接近表面的缺陷的測量方法中，采用恒場磁化。
與例如用于桿狀物質(zhì)的、只允許探測外部缺陷的交變場磁化相反，利用恒場磁化還可以檢測管道的內(nèi)表面上的缺陷。
在使用恒場磁化的漏磁檢查中，利用缺陷區(qū)域中感生電通量密度提高的效應(yīng)，其中磁力線由于外部缺陷或內(nèi)部缺陷而破壞其否則為直線的傳播，從而形成所謂的漏磁。在管道表面上出現(xiàn)的漏磁被用于探測缺陷。
通常采用設(shè)置在檢測頭中的霍耳探針或感應(yīng)線圈來測量漏磁密度。在應(yīng)用(固定地設(shè)置在管道周圍的)感應(yīng)線圈時，為了在管道縱向上檢測整個管道表面，需要管道旋轉(zhuǎn)并在管道縱向上向前移動。相應(yīng)地，霍耳探針也可以被應(yīng)用于只在管道縱向上移動的管道。然后，可以將經(jīng)過處理的信號用于對管道進(jìn)行分類和標(biāo)記，并記錄檢測結(jié)果。
利用這種公知的表面檢查方法，雖然能夠可靠地識別管道表面上可能的不致密，但是利用該方法不能或只能以非常費(fèi)勁的方式將缺陷信號對應(yīng)于管道的外表面或內(nèi)表面，即缺陷分離。
在有效的檢查之后，對用霍耳探針或感應(yīng)線圈所測量的信號進(jìn)行頻率分析還不足以為進(jìn)行準(zhǔn)確的缺陷對應(yīng)，因為所測量的頻率緊挨在一起，并且還疊加有一種“背景噪聲”。這種完全相干的背景信號可以具有不同的原因，例如由于軋制而導(dǎo)致的壁厚變化。
出于這種原因，通常通過對至少兩個位于相同平面中的單個探針的測量信號進(jìn)行局部求差，嘗試使該背景信號最小化。但是，其缺點是，根據(jù)缺陷尺寸或缺陷長度，存在對于恰好在進(jìn)行局部求差的方向上的缺陷的不靈敏性。對于不能清楚限定而是平緩地進(jìn)入或流出的自然缺陷，這是一個問題。
因此，根據(jù)WO 021095383A2，通過對至少兩個位于相同平面中的單個探針的測量信號進(jìn)行局部求差，嘗試使該背景信號最小化。但是，其缺點是，根據(jù)缺陷尺寸或缺陷長度，產(chǎn)生對于正好位于進(jìn)行局部求差的方向上的缺陷的不靈敏。對于不能清楚限定而是平緩地進(jìn)入或流出的自然缺陷，這是一個問題。
在類似的缺陷測量中，由內(nèi)部缺陷所引起的管道外表面上的漏磁的幅度明顯低于由管道外表面上的缺陷所產(chǎn)生的漏磁幅度。因此，為了可靠地識別缺陷，在該公知方法中，調(diào)節(jié)霍耳探針或感應(yīng)線圈對可能的內(nèi)部缺陷的靈敏度。但其帶來的不利效果是，過于靈敏地采集和顯示可能還可以容忍的外部缺陷，這導(dǎo)致管道的不必要的廢品或后處理。
JP62185162公開了借助于漏磁檢查檢測從工件表面延伸到內(nèi)部的缺陷的角位置或形狀。其中，幅度信號由兩個相互垂直間隔的傳感器采集、分析、相互關(guān)聯(lián)并由比例推導(dǎo)出缺陷的形狀或角位置的度量。但對于如何能在管道的漏磁檢查中實現(xiàn)外部缺陷和內(nèi)部缺陷的缺陷分離沒有任何提示。
因此，由于很多原因，根據(jù)管道外表面缺陷或內(nèi)表面缺陷的缺陷分離是有意義的。此外，位于管道外表面或內(nèi)表面上的缺陷可能由于不同的原因引起，這些原因例如由于在制造管道時已進(jìn)行的工序(有缺陷的內(nèi)部工具或軋制)或者由于初加工材料中的缺陷引起。提早限定缺陷范圍和識別缺陷以及因此而產(chǎn)生的校正措施變的困難了，并且同樣導(dǎo)致不必要的高故障率和后處理率。對于管道內(nèi)表面上的缺陷，根據(jù)不同的管道直徑，可能根本不再進(jìn)行后處理，從而無論如何都必定將這些管道分類為廢品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提出一種可靠并且低成本的方法及裝置來借助漏磁無損壞地檢查由鐵磁鋼制成的管道，利用該方法可以清楚地將缺陷對應(yīng)于管道外表面或內(nèi)表面。
根據(jù)本發(fā)明，以如下方式解決該技術(shù)問題，即一方面在管道外表面的接近表面的距離處，另一方面在離其更遠(yuǎn)的距離處通過對磁場靈敏的掃描探針采集在垂直方向上變化的幅度、優(yōu)選為漏磁的水平場分量的幅度，并且所采集的信號相互關(guān)聯(lián)。
優(yōu)選地，掃描探針與管道外表面的接近表面的距離大約是0.5至1.5mm，以便避免由于管道的直徑波動而對探針造成損壞。其中，大約1mm的距離特別有利。按照本發(fā)明，第二探針位于距離第一探針大約2-5mm的距離處，其中大約3mm的距離特別有利。
按照本發(fā)明的方法建立在以下認(rèn)識的基礎(chǔ)上由管道外表面上的缺陷所引起的水平場分量的漏磁幅度隨著距離管道外表面的垂直距離的增大而非?？斓叵陆?，而管道內(nèi)表面上缺陷的管道外表面上的漏磁幅度明顯下降得更緩慢。在檢查時，確定外部缺陷的幅度下降大約總是位于管道內(nèi)表面上的缺陷的幅度下降的兩倍。
其中，所測量的信號與背景信號(“背景噪聲”)疊加，其中背景信號是由局部直徑波動、例如由壁厚變化或管道外表面上氧化皮附著物(Zunderanhaftung)所導(dǎo)致的。
因此，按照本發(fā)明，在距離管道外表面不同距離處所測量的幅度信號被相互關(guān)聯(lián)，其中除了進(jìn)一步抑制噪聲之外，還以有利方式將缺陷對應(yīng)于管道外表面或內(nèi)表面。
其中，在更遠(yuǎn)的距離處所采集的(更微弱的)信號的幅度優(yōu)選地首先被放大＞1、優(yōu)選為1-2的系數(shù)，并且然后通過求差而將其與在接近表面的區(qū)域內(nèi)所采集的信號的幅度相關(guān)聯(lián)。
該方法的優(yōu)點是，現(xiàn)在從測量信號中濾除了背景噪聲，從而基本上僅僅還顯示純的缺陷信號，其中缺陷信號現(xiàn)在可以基于不同的梯度而被對應(yīng)于外部缺陷或內(nèi)部缺陷。由此，借助于對位于一個平面中的傳感器的信號進(jìn)行求差同樣有利地避免了公知分析方法的缺點。
應(yīng)用該方法、即將在距離管道外表面不同高度距離處測量的兩個信號分量相互關(guān)聯(lián)的前提是采用非常靈敏的磁場傳感器，其中這些傳感器在管道外表面的明顯距離(例如5mm)處也還提供可唯一對應(yīng)的、具有可分析信噪比的漏磁信號。
因為霍耳探針或感應(yīng)線圈由于噪聲影響只能在非常接近表面的、最大大約2mm的距離處采集漏磁，因此用于本發(fā)明方法的檢測器不是最佳的或者根本不適用于在距離檢查表面更大距離處的測量。
因此，按照本發(fā)明，對于所提出的檢查方法，優(yōu)選采用所謂的GMR(巨磁電阻)傳感器，該傳感器在低頻頻譜中具有高的場靈敏度和高的對電擾動量的不靈敏度，并且因此與公知的霍耳探針或感應(yīng)線圈相比也可用于距離檢查表面更遠(yuǎn)的距離處。
但是，可替換地，對于位于表面附近的傳感器也可以采用公知的霍爾探針或感應(yīng)線圈，而對于距離管道外表面更遠(yuǎn)地設(shè)置的探針可采用GMR傳感器。
在本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施方式中，為了進(jìn)一步改善缺陷識別和缺陷對應(yīng)，附加地還采集漏磁的垂直場分量，并與漏磁的水平場分量的幅度相比。
檢查已經(jīng)表明，外部缺陷的水平場信號(幅度、梯度)明顯與其垂直場信號(幅度、梯度)不同。相反，對于內(nèi)部缺陷，水平場信號和垂直場信號具有可比較的數(shù)量級。
按照本發(fā)明，現(xiàn)在通過組合采集和分析被測量的垂直場幅度和水平場幅度，可以進(jìn)一步改善缺陷分離。為此，對于外部缺陷和內(nèi)部缺陷，分別將針對水平場和垂直場所確定的幅度相比。
通過嘗試，例如確定外部缺陷的信號比大約是10，內(nèi)部缺陷的信號比大約是1。這意味著，外部缺陷的信號比內(nèi)部缺陷的信號顯示得大約強(qiáng)10倍，從而利用該方法可以非常準(zhǔn)確地對管道外部缺陷或內(nèi)部缺陷進(jìn)行缺陷分離。


下面借助附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。不同圖中的相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。其中圖1a示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的檢查裝置，圖1b示意性地示出在距離檢查表面(示意性)不同距離處水平場幅度的信號變化過程，圖2a示意性示出通過求差的信號局部化(Signallokalisierung)，圖2b示意性示出基于不同幅度梯度的缺陷對應(yīng)，圖3a示出外部缺陷的缺陷信號，圖3b示出內(nèi)部缺陷的缺陷信號。
具體實施例方式
圖1a以示意圖示出按照本發(fā)明的用于借助漏磁無損壞地檢查由鐵磁鋼制成的管道的檢查裝置。
示出了待檢查的管道1，該管道具有位于管道外表面上的缺陷4和位于管道內(nèi)表面上的缺陷4′。檢查裝置包括兩個用于采集漏磁的水平場分量Hx的在垂直方向上變化的幅度的掃描探針2和2’。在此沒有示出用于無接觸地產(chǎn)生磁通量的磁化磁軛。
第一掃描探針2位于距離管道1的表面大約1mm的近距離處，其被設(shè)置在未詳細(xì)示出的檢查裝置中。在掃描探針2上方，在距離第一探針大約3mm的距離處，在檢查裝置中設(shè)置第二掃描探針2′。為了采集漏磁的垂直場分量Hy，垂直于掃描探針2、2’地設(shè)置另一掃描探針3。優(yōu)選地，所有掃描探針被構(gòu)造為所謂的GMR傳感器。
圖1b示出了在距離檢查表面不同距離處所測量的水平場幅度的測量信號的示意變化過程。可以看出，內(nèi)部缺陷的幅度信號隨著距離檢查表面的距離的增大而明顯比外部缺陷的幅度信號下降得慢。例如，內(nèi)部缺陷的梯度為大約0.3，而外部缺陷的梯度大約為0.15。因此，所確定的幅度比例的值對于外部缺陷大約是對于內(nèi)部缺陷的兩倍，從而可以進(jìn)行明確的缺陷對應(yīng)。
在圖2a中，在上部示出了測量的幅度信號的變化過程，其中通過對信號進(jìn)行放大和求差實現(xiàn)缺陷對應(yīng)。在此，為了抑制“背景噪聲”，首先將在距離管道外表面更大距離處所測量的信號放大例如1.8倍，并且然后將其從在更小距離處所測量的信號中減去。
在圖2a的下部中示出差信號，其中在該圖的左邊緣可以清楚地驗證缺陷信號。
圖2b示出了管道外表面或內(nèi)表面上人工產(chǎn)生的缺陷(槽)的這樣平滑后的信號變化的典型缺陷信號。在缺陷位于管道內(nèi)表面的情況下，不同測量距離的幅度比例大約是0.3，而對于外部缺陷，幅度比例大約是0.15，從而現(xiàn)在可以將缺陷明確地對應(yīng)于管道外表面或內(nèi)表面。
為了進(jìn)一步優(yōu)化信號分析并因此優(yōu)化缺陷分離，如圖3所示，附加地還對垂直場分量的測量信號進(jìn)行分析。
圖3a示出了1mm和0.5mm深的外部缺陷的典型缺陷信號，圖3b示出1mm深的內(nèi)部缺陷的典型缺陷信號。在此分別繪出水平場分量的信號和垂直場分量的信號。
圖3a在圖的左部示出1mm深的缺陷的缺陷信號。漏磁的水平場幅度比相應(yīng)的垂直幅度大約大10倍，從而可以將缺陷識別為外部缺陷。對于其它缺陷深度，也可以獲得相同的比例。在該圖的右部示出了0.5mm深的缺陷的缺陷信號。在此，漏磁的水平場振幅也比垂直場振幅大約大10倍。
圖3b示出人工產(chǎn)生的內(nèi)部缺陷(槽)的典型信號變化過程。如果將漏磁的水平方向的幅度與垂直幅度相比，則對于內(nèi)部缺陷分別得到大約為1的比例。這意味著，通過確定所測量的、且按照本發(fā)明處理的信號的比例，可以唯一并非?？煽康刈R別外部缺陷和內(nèi)部缺陷，并由此可以將缺陷對應(yīng)為管道外部缺陷或管道內(nèi)部缺陷。
附圖標(biāo)記列表

權(quán)利要求
1.一種借助于漏磁無損壞地檢查由鐵磁鋼制成的管道的方法，其中通過恒場對在縱向上向前移動并可選地還旋轉(zhuǎn)的管道進(jìn)行磁化，并且所產(chǎn)生的磁通量被無接觸地傳送到所述管道中，并且位于所述管道的外表面或內(nèi)表面的接近表面區(qū)域中的不致密產(chǎn)生漏磁，其中所述漏磁從管道表面選出并被傳感器檢測，其特征在于，一方面在距離管道外表面的接近表面的距離處、另一方面在距離其更遠(yuǎn)的距離處采集漏磁的優(yōu)選為水平場分量的在垂直方向上變化的幅度，并將所采集的信號相互關(guān)聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述接近表面的距離大約是0.5至1.5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于，所述更遠(yuǎn)的距離大約是2至5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在更遠(yuǎn)的距離處所采集的信號的幅度被放大＞1的倍數(shù)，并被從在接近表面的區(qū)域中所采集的信號的幅度中減去。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的方法，其特征在于，附加地還采集所述漏磁的垂直場分量的幅度，并將其與所述水平場分量的幅度相比。
6.一種借助漏磁無損壞地檢查由鐵磁鋼制成的、在縱向上向前移動并且可選擇地還旋轉(zhuǎn)的管道的裝置，包括將磁通量無接觸地傳送到所述管道中的磁化磁軛和磁場靈敏的掃描探針以及用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1的方法的分析單元，其特征在于，所述磁場靈敏的掃描探針為了采集漏磁的優(yōu)選為水平場分量的垂直變化的幅度而一方面被設(shè)置在距離管道外表面的接近表面距離處，另一方面被設(shè)置在距離其更遠(yuǎn)的距離處。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，在表面附近的距離處，所述掃描探針被構(gòu)成為霍爾探針，而在更遠(yuǎn)的距離處，所述掃描探針被構(gòu)成為GMR傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，在表面附近的距離處，所述掃描探針被構(gòu)成為感應(yīng)線圈，而在更遠(yuǎn)的距離處，所述掃描探針被構(gòu)成為GMR傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，在位于表面附近和更遠(yuǎn)處的探針被構(gòu)成為GMR傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的裝置，其特征在于，為了附加地采集漏磁的垂直場分量，使用GMR傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的裝置，其特征在于，為了附加地采集漏磁的垂直場分量，使用霍耳探針。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的裝置，其特征在于，為了附加地采集漏磁的垂直場分量，使用感應(yīng)線圈。
13.根據(jù)權(quán)利要求6至12的裝置，其特征在于，所使用的掃描探針和所述磁化磁軛被組合在緊湊的檢查單元中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種借助漏磁無損壞地檢查由鐵磁鋼制成的管道(1)的方法，其中通過恒場對在縱向上移動并可選地還旋轉(zhuǎn)的管道進(jìn)行磁化，將所產(chǎn)生的磁通量無接觸地傳送到管道中，位于管道外表面或內(nèi)表面的接近表面的區(qū)域中的不致密(4，4’)引起漏磁，該漏磁從管道表面選出并被傳感器(2，2’)檢測。其中，一方面在距離管道外表面接近表面的距離處，另一方面在距離其更遠(yuǎn)離的距離處采集漏磁的優(yōu)選為水平場分量的在垂直方向上變化的幅度，并將所采集的信號相互關(guān)聯(lián)。本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行該方法的裝置。
文檔編號G01N27/83GK1985164SQ200580024038
公開日2007年6月20日 申請日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者邁克爾·卡克, 史蒂芬·尼斯切, 托馬斯·奧斯 申請人:V&M德國有限公司