CN108627540A - 一种涡流热成像面检测容器腐蚀壁厚***及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种涡流热成像检测容器腐蚀壁厚***及检测方法，包括和激励线圈连接的电磁加热设备和红外热像仪及与红外热像仪连接的计算机***；其检测方法为将电磁加热设备与激励线圈连接，将激励线圈置于器壁外侧0.5～2mm处，通电后在待测器壁上产生交变磁场，器壁在此短时高频强电流的作用下产生涡流，进一步由涡流产生热量；由于器壁存在缺陷且缺陷处的壁厚较薄，涡流在此处分布密集，热量高于未腐蚀区域，引起整个区域内表面温度场分布不均匀；由红外热像仪记录热图像，并将采集的图像和数据传递给计算机，通过计算机处理得出最终检测结果，即腐蚀缺陷形貌与壁厚信息；能够实现容器腐蚀壁厚面检测，完整反映容器整个表面的腐蚀状态，能够更全面的反应容器腐蚀壁厚情况；具有快速、便捷、准确评价容器腐蚀状态等优点。

Description

一种涡流热成像面检测容器腐蚀壁厚***及检测方法
技术领域
本发明涉及无损检测领域，具体的说是涉及一种涡流热成像面检测容器腐蚀壁厚***及检测方法。
背景技术
容器作为物质的储藏、运输设备，在工业生产中有着广泛的应用。当前大量的检测结果证明，腐蚀已经成为影响容器安全的重要原因，先进的容器腐蚀壁厚检测技术是提高其安全性的重要手段。
涡流热成像技术是近年来新发展的一种将涡流检测与红外热成像相结合方法，具有检测面积大、检测速度快、检测范围广，对被检零件无影响等特点；但目前大部分壁厚腐蚀涡流热成像检测研究均停留在定性阶段。容器腐蚀壁厚检测的主要目的是查找腐蚀位置、确定腐蚀程度。
现有的容器检测技术方法有三种，一种是漏磁检测，将容器磁化之后，由于不同厚度漏磁场的场强不同，通过探头检测其壁厚。第二种是超声检测，通过声波的反射时间得出某一点的腐蚀厚度，然后再进行扫查，得出某一条线上的腐蚀情况。第三种是声发射检测，利用凯撒效应，通过声源定位方式判断声波频率检测目标位置壁厚。
这三种容器腐蚀壁厚检测方法的缺陷是：漏磁检测方法对壁厚较厚的磁化强度较低，检测精度较低。超声检测和声发射检测都是围绕着某一个点进行，不能检测一个面上的腐蚀厚度，且对于声波信号的处理难度较大，声发射检测还需配合其他技术手段进行联合检测。上述三种容器腐蚀壁厚检测方法均无法实现面检测。
如何实行容器壁厚的面检测，已成为容器无损检测中亟待解决的问题。主要技术要求：能在一次检测中，对容器一个区域的腐蚀壁厚进行检测与评估，可以完整反映容器整个表面的腐蚀状态；检测中不能对容器造成破坏；检测时不产生安全隐患；能够快速、便捷、准确评价容器腐蚀状态。
基于以上几点考虑，提出一种对容器腐蚀壁厚面检测的无损检测***及检测方法。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种涡流热成像面检测容器腐蚀壁厚***及检测方法。本发明检测***及检测方法能在一次检测中，对容器一个区域的腐蚀壁厚进行检测与评估，采取多个面检测结果的无缝拼接处理可以完整反映容器整个表面的腐蚀状态；检测时不对容器造成破坏；检测时不产生安全隐患；能够快速、便捷、准确评价容器腐蚀状态。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
涡流热成像面检测容器腐蚀壁厚***，包括连接激励线圈的交流供电***和红外热成像仪。
进一步的，在所述的交流供电***包括激励线圈连接的电磁加热设备和红外热像仪及与红外热像仪连接的计算机***。
进一步的，在所述的激励线圈，包含至少2圈导线，相邻两圈导线之间距离为2～10mm，每圈导线与待检测工件表面垂直；每圈导线靠近待检测工件部位为平直状，导线与待检测工件之间距离为0.5～2mm。其目的是：能在一个平面上形成多个并排导线，通电后能在缺陷上方形成并排同向电流，从而使器壁表面并排相同涡流，使表面涡流密度分布不均，导致在表面形成不同的温度分布。
进一步的，通过对表面温度场温度的提取分析和温度场温度分布形状的判断综合分析，实现器壁腐蚀缺陷的面检测。
为了解决上述问题，本文还提出了一种容器腐蚀壁厚面检测方法，其特征在于，将单匝激励线圈置于器壁外侧0.5～2mm处，在激励线圈上方放置热成像仪；对激励线圈通电，载有交流电的感应线圈在被检器壁表面和内部产生感生涡流Je，其规律满足电磁感应原理；具体关系为ε为真空中的介电常数，μ表示真空中的磁导率，σ为材料的电导率，rd为激励线圈导线半径，涡流密度由焦耳定律可知，感生涡流将由电能转化成焦耳热，产生的热量正比于涡流密度和电场强度，对应关系为ρ为材料密度；Cρ为材料的比热容；K为热传递系数；T为温度场分布函数。用热成像仪进行拍照，可以确定温度场的分布规律；由于缺陷处的温度变化大于无缺陷处，可通过热像图判断器壁腐蚀深度。
进一步的，在所述线圈通电激励中，交流电电流大小为380～500A，加热时间为0.8～6s，频率为256～500kHz。
进一步的，在所述器壁上形成的能量分布中，由于存在缺陷且缺陷处的壁厚较薄，涡流在此处分布密集，能量高于未腐蚀区域，进而引起整个区域内表面温度场分布不均匀，最终在红外热像仪记录的热图像序列中体现出来，缺陷处的热图像序列亮度应高于其余位置，从而可判断一个面壁厚腐蚀深度。
本发明的优点在于：较以往的针对某一点的检测方法，该***采用的激励线圈，能够检测一个区域内的腐蚀状态；此激励线圈激励所产生的电流方向一致，从而涡流分布均匀，避免了相互涡流间的抵消导致结果无法判断；能够更全面的反应容器的壁厚腐蚀情况；能够快速、便捷、准确评价容器器壁腐蚀状态。
附图说明
图1为本发明的检测***示意图。
图中：1.红外热像仪；2.计算机；3.电磁加热设备；4.激励线圈；5.试件；6.缺陷
图2为本发明的实施效果示意图。
图3为本发明的激励线圈结构示意图。
图4为本发明的温度图像分布示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，以便本领域的技术人员更好的理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和实际的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
如图1所示，本发明一种涡流热成像检测容器腐蚀壁厚***及检测方法，包括和激励线圈4连接的电磁加热设备3和红外热像仪1及与红外热像仪1连接的计算机***2。
本检测***对于容器腐蚀壁厚的检测方法，首先将电磁加热设备3与激励线圈4连接，然后将激励线圈4置于器壁外侧0.5～2mm处，通电后的交变磁场产生于待测器壁上，器壁在短时高频强电流的作用下产生涡流，进一步由涡流产生热量，由于试件5存在缺陷6且缺陷6处的壁厚较薄，涡流在此处分布密集，热量高于未腐蚀区域，进而引起整个区域内表面温度场分布不均匀，如图2所示。通过红外热像仪1记录热图像，将采集的图像和数据传递给计算机2，由计算机2处理得出最终检测结果，即腐蚀缺陷的大小、壁厚信息。
如图3所示，为了实现容器腐蚀壁厚的面检测，本发明提出采用一种新型激励线圈，由板壁外部电磁加热设备3接入线缆，将激励线圈4缠绕于板壁上方后，包含至少2圈导线，相邻两圈导线之间距离为2～10mm，每圈导线与待检测工件表面垂直；每圈导线靠近待检测工件部位为平直状，能保证下平面形成多个并排导线。其目的是：与圆形、方形线圈水平放置时只能在器壁表面形成同心不均匀的涡流相比，此激励线圈缠绕通电后能形成并排同向电流，从而能在器壁表面形成并排相同涡流，使表面涡流密度分布不均，通过提取分析表面温度场温度值和温度场温度分布形状，综合分析判断，实现器壁腐蚀缺陷的面检测。
本发明的工作原理为当被检器壁表面存在缺陷时，感生涡流场的涡流密度在器壁内部分布不均，由于电磁感应，在交变磁场的作用下产生热量并在表面聚集，从而引起被检器壁表面温度场分布不均匀。将电磁加热设备3和激励线圈4通电后，载有交流电的激励线圈4在被检器壁表面和内部产生感生涡流Je，其规律满足电磁感应原理，具体关系为ε为真空中的介电常数，μ表示真空中的磁导率，σ为材料的电导率，rd为激励线圈导线半径，涡流密度由焦耳定律可知，感生涡流将由电能转化成焦耳热，产生的热量正比于涡流密度和电场强度，对应关系为ρ为材料密度；Cρ为材料的比热容；K为热传递系数；T为温度场分布函数。用热成像仪拍照，可以确定温度场的分布规律。如图4所示，由于缺陷处的温升变化与无缺陷处不同，在表面形成不同的温度分布，将温度变化的零界点a，b，c，d，e，f，g，h点连接起来得到一块区域，以此判定器壁缺陷区域形貌。将热成像仪采集的温度数据通过计算机2处理，根据定量实验所测定的温度-壁厚拟合函数，可定量分析得出缺陷区域及腐蚀深度。

Claims (7)

1.一种容器腐蚀壁厚涡流热成像面检测***，其特征在于包括连接激励线圈的交流供电***和红外热成像仪。
2.根据权利要求1所述一种容器腐蚀壁厚涡流热成像面检测***，其特征在于：所述交流供电***包括电磁加热***和与红外热成像仪连接的计算机***。
3.根据权利要求1所述一种容器腐蚀壁厚涡流热成像面检测***，其特征在于：所述激励线圈包含至少2圈导线，相邻两圈导线之间距离为2～10mm，每圈导线与待检测工件表面垂直；每圈导线靠近待检测工件部位为平直状导线，与待检测工件之间距离为0.5～2mm，激励线圈通电电流大小为380～500A，时间为0.8s～6s，频率为256kHz～500kHz。
4.一种容器腐蚀壁厚涡流热成像面检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将激励线圈放置于待检测部件外侧，对激励线圈通电激励，载有交流电的激励线圈在被检器壁表面和内部产生感生涡流形成交变磁场；
(2)在激励线圈上方对应位置放置热成像仪，获取待检测部件表面温度分布图像，通过对表面温度场温度的分析和温度场温度分布形状的判断，实现器壁腐蚀缺陷的面检测。
5.根据权利要求4所述一种容器腐蚀壁厚涡流热成像面检测方法，其特征在于：所述激励线圈包含至少2圈导线，相邻两圈导线之间距离为2～10mm，每圈导线与待检测工件表面垂直；每圈导线靠近待检测工件部位为平直状，导线与待检测工件之间距离为0.5～2mm，激励线圈通电电流大小为380～500A，时间为0.8s～6s，频率为256kHz～500kHz。
6.根据权利要求4所述一种容器腐蚀壁厚涡流热成像面检测方法，其特征在于：由于器壁存在腐蚀缺陷，缺陷处的壁厚较薄，涡流在此处分布密集，能量高于未腐蚀区域，进而引起整个区域内器壁表面温度场分布不均匀，最终在红外热像仪记录的热图像序列中体现出来，将温度变化的零界点连接起来得到一块区域，以此判定器壁缺陷区域形貌。
7.根据权利要求6所述一种容器腐蚀壁厚涡流热成像面检测方法，其特征在于：将热成像仪采集的温度数据通过计算机处理，根据实验所测定的数据合成温度-壁厚拟合函数，实现定量确定缺陷区域的腐蚀深度。
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