涡流探伤在铜管生产中的应用
蒋卫东 顾永祥(沙钢铜业有限公司 张家港215625)
摘 要：本文简述了涡流探伤的基本原理和设备基本组成，重点介绍了涡流探伤在铜管生产中的应用，并对涡流探伤的各种参数设定及影响探伤结果的因素进行了分析和探讨。
关键词：涡流探伤；铜管；探伤参数；应用
1．前 言
铜及铜合金管材以其优良的性能被广泛应用于各行各业中，一些重要用途的铜管（如铜水管、热交换器管等）在出厂前必须进行100%探伤，以确保产品的质量。涡流探伤作为铜管生产质量检验的重要手段，已日益在铜管生产行业推广使用。我公司从德国DB公司引进了几台穿过式涡流探伤仪，通过几年的消化吸收，已成功应用于铜管生产探伤中，对铜管生产起到了重要的质量保证。
2．基本原理
涡流探伤是以电磁感应理论为基础的，当载有高频交变电流的线圈（也称为探头）接近导电材料表面时，在材料的表面感应出涡流，涡流又产生出自己的磁场与线圈激励磁场相互作用，当材料表面及近表面有缺陷时，涡流磁场就发生变化，从而引起检测线圈磁场的变化，据此来判断材料有无缺陷的无损检测方法。涡流探伤不仅可以检测铜管内部不连续性缺陷（如裂纹、夹杂物、气孔等），也可用于管材物理性能的测试、几何尺寸测量及不同金属牌号的分选。
3．探伤设备
3.1设备基本组成
涡流探伤设备主要由探伤仪器、线圈（探头）、标记装置、编码器等组成，各部分的作用如表1所示。其中探头又分为穿过式、点式、旋转式、内插式等。穿过式探头主要适用于管棒材，其特征：对于长的纵向伤，只能检测头和尾的信号，中间不能检测到。点式探头主要用于检测面上的伤的检测，如焊缝伤，也能用于测量板或涂层的厚度。旋转式探头适用于管棒材，能够检测长的纵向伤。内插式探头适用于管材内壁探伤。
目前我公司使用的是德国DB公司生产的穿过式（探头有30个）涡流探伤仪，型号为db5，共六台。
表1：探伤设备各部分的作用 主要设备 作用 备注 线圈(探头) 激励磁场，接收信号 编码器 检测线速度 探伤仪器 处理信号 标记装置 缺陷报警或标记 共4页 第 1 页
3.2 设备的安装
由于涡流探伤传输的是弱电信号，干扰对其检测结果影响很大，因此要求线路具有抗干扰能力，通信电缆必须采用屏蔽线，电缆不能与其它交流线路和大功率直流线路平行，否则极易产生误信号。
安装的过程:
软件：DOS、db5软件安装入仪器。
硬件：编码器：连接在仪器后LINE ENCODER输入端子上。 线圈探头：用db公司专用线连接在仪器后CHANNEL1端子。 输出喷枪：连接在仪器后的OUTPUT 输出端子上。
设置：设定探伤仪的输入（低电平）、输出（长度）、编码器的脉冲数和周长、通道号。 3.3 设备调试
转编码器检查有无输入信号、按输出检查喷枪有无输出，在测试状态用铜管在线圈探头中运动看是否有信号，是否能检测铜管的伤。
在线用铜管测试，检查探伤信号，检查有无干扰信号和缺陷信号。
4．探伤参数设定
4.1仪器部分
新仪器安装后，设定仪器的输入、输出端口，设定编码器的脉冲数、周长等。
4.2喷标位置
1）设定线圈到喷枪的距离、喷墨的长度（目前使用500mm）。
2）在生产线以恒定速度运行时，在铜管上手工打伤，喷标后停机, 量取伤在墨的位置。 3）根据伤在墨的位置情况调节参数，使伤距墨两端的距离>20mm。
4）墨提前：适当增加线圈到喷枪的距离；墨滞后：适当增加线圈到喷枪的距离。 4.3滤波
低通（fLP）：设置自动档 高通（fHP ）： fHP = 2 × Vline
其中 Vline 为 线速度（ m/min）
4.4频率（f）
f > 10×Vline / Dworking width
其中：Dworking width 为线圈工作宽度 （mm）
Vline 为线速度（ m/min）
如目前线速(最大)为 Vline=300m/min, Dworking width=3.6mm
则：f = 10×300/60/ 3.6=13.9（ KHz）一般取选择18 KHz，频率的具体选择, 还需考虑探伤深度大小等因素。
4.5增益（Gain）
增益是指信号(包括伤和干扰信号)的放大倍率，一般应按照有关标准进行设定。
1）取一支500mm长的样管，在样管上钻三个等距离的通孔，孔在圆周长相差120o，孔径要求参照GB/T17791-1999。
2）将探伤仪设置成测试状态，用铜管在探头内手动穿行，调节增益使三个孔都报警时，记录增益值G1（db）。
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3）将使用的增益调到G2=G1+2（db）。
4.6 线圈工作宽度（DWorking width）
根据探头线圈的实际选择，线圈工作宽度一般取3.6 mm。
5．影响探伤的因素
5.1 设备
1）仪器本身的灵敏度。
仪器本身的灵敏度越高，探伤的灵敏度也越高，一般对探伤结果的影响不大。 2）填充系数（η）
穿过式线圈的填充系数为探头线圈内孔截面积与铜管外径的截面积之比。从线圈内壁到中心，磁场的强度越来越小，相应涡流密度也逐步减小，至中心为零(见图1)。
图1:线圈内涡流分布图180涡流密度F（磁场强度P）16014012010080604020000.20.40.60.81填充系数η 图1 线圈内涡流分布图
由此可见填充系数η越大，探伤灵敏度越高，填充系数η越小，探伤灵敏度越小。填充系数越大，即探头与铜管间隙越小，铜管对探头损伤越大，因此考虑这两个因素建议：η取0.6-0.9。在铜管外径较小时, η可取大些，铜管外径较大时，η可取小些，铜管外径与探头选择对比如表2所示。
表2 铜管探头 选择对比 铜管规格 探头规格 探头内孔 填充系数 间隙(单面) 备注 4 6 6.5 0.378698 1.25 效果较差 7 8 8.6 0.66252 0.8 9.52 9.52 10.2 0.871111 0.34 9.52 10 10.7 0.791601 0.59 12.7 13 13.7 0.859343 0.5 12.7 14 14.7 0.746402 1 12 13 13.7 0.767223 0.85 12 14 14.7 0.666389 1.35 15.88 17 17.7 0.804923 0.91 共4页 第 3 页
3）铜管运行速度
速度不稳或实际检测的速度与校准样管时的速度不一致时，将会严重影响探伤结果。实际检测速度比校准样管时的速度小，探伤灵敏度偏大，否则偏小。
4）中心度的影响
铜管在探头线圈的中心度及在探头中的振动，对探伤结果产生严重影响。铜管不在探头的中心，偏向与探头的一侧，灵敏度高，否则灵敏度低。调整探头前后导轮减小振动性，选择探头导套内孔比铜管大0.2-0.3mm，保证铜管在探头的中心度。
5.2 探伤参数
1）线圈的宽度（Dworking width）
线圈本身的宽度在3-5mm之内 ,在这个区间内 Dworking width越小, 涡流的越稀范围越广，漏报率和灵敏度越高，否则涡流越密范围越小，漏报率和灵敏度越小。
2）频率（f）
频率越高，涡流越趋于铜管的表面，能够探伤的深度也越小，但是对伤的扫描次数也越高，即漏报率越小。紫铜管能够探伤的深度与频率的关系如图2和表3所示。
2.52深度d(mm)d1.510.5012.510频率f(KHz)20100图2探伤深度与频率的关系
表3：不同频率探伤时紫铜的的最大探伤深度
频率（KHz） 2.5 6 8 10 14 深度（mm） 1.31 1.00 0.83 0.65 0.57 20 0.46
因此选择频率时首先根据4.4节计算频率的范围, 其次根据壁厚和需要探伤的深度选择频率，壁厚越厚、要求探伤的深度越深，频率选择越小，但对于铜管探伤，频率不要低于8KHz。
3）增益
增益越大，伤和干扰信号的强度越大，探伤的灵敏度越高，能检测的伤的大小越小。 4）滤波
高通与低通的间距即带宽越小，信号的强度越小，由干扰信号和表面由于润滑不良的粗糙情况信号越小（表现为起点越低）。
5.3 测试时的影响
1）样管孔径： 孔径越小，探伤的灵敏度越高，检测能力越高（能检测的伤的大小越小）。
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2）样管的质量：样管氧化后，引起的涡流信号越小，测试的参数偏大，探伤时灵敏度检测能力越高。
3）测试时设定速度和实际速度：设定的速度越快，测试引起的涡流信号越小，测试参数越大，检测的灵敏度和能力越高，反之，越小。实际测试铜管的速度越小，探伤引起的涡流信号越小，测试参数越大，检测的灵敏度和能力越高，反之，越小。
6．结论
通过对涡流探伤设备各种参数的设定及对影响探伤结果的因素进行控制，我公司引进的几台涡流探伤设备经过近两年的运行，各项性能非常稳定，监视铜管质量的效果显著。在铜管生产中的实际应用证明，涡流探伤对铜管生产起到了重要的质量保证，促进了生产工艺的改进和产品质量的提高。
梅老师: 您好!
本人是沙钢铜业公司的生产副总,有幸认识您,感到非常高兴。
我公司生产铜管才刚起步，在过程中遇到许多问题，从《铜加工》上亦学习并成功应用解决了一些问题，亦对铜管的生产稍有看法，现发给您，希您百忙中帮助审阅，不到之处请批评指正，本人将非常感谢。 致 礼！
学生：蒋卫东 2005-7-15
蒋卫东（第一撰稿人）
本科，沙钢铜业公司生产副总，国家高级工程师13701561331，江苏省人才库备案员 顾永祥（第二撰稿人）
本科，沙钢铜业公司副总工程师，国家中级工程师0512-56803358
梅恒星 meihengxing@sina.com 037964924374 王硕 It-wangshuo@sohu.com
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