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0 引言

渦流探傷是銅桿線在線生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控的主要手段[1，2]，探傷系統(tǒng)檢測(cè)準(zhǔn)確程度對(duì)生產(chǎn)銅桿線的質(zhì)量有直接影響。渦流無(wú)損探傷系統(tǒng)一般由渦流探傷儀、渦流無(wú)損探頭、記錄裝置、傳動(dòng)裝置及磁飽和裝置等組成，其中渦流無(wú)損探頭作為系統(tǒng)的核心檢測(cè)器件，必須有一套測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行定期校準(zhǔn)，方能保證渦流探傷系統(tǒng)的正常使用。

1 渦流探傷原理

1.1 渦流探傷

渦流的產(chǎn)生源于一種叫做電磁感應(yīng)的現(xiàn)象( 圖1)。當(dāng)將交流電施加到銅導(dǎo)線上時(shí)，磁場(chǎng)將在導(dǎo)體內(nèi)和環(huán)繞導(dǎo)體的空間內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)。渦流就是感應(yīng)產(chǎn)生的電流，它在一個(gè)環(huán)路中流動(dòng)。如果將一個(gè)銅桿放入該變化的磁場(chǎng)中，渦流將在銅桿中產(chǎn)生，而渦流也會(huì)產(chǎn)生自己的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)隨著交流電流上升而擴(kuò)張，隨著交流電流減小而消隱。因此當(dāng)銅桿表面或近表面出現(xiàn)缺陷或測(cè)量金屬材料的一些性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，將影響到渦流的強(qiáng)度和分布?？梢酝ㄟ^(guò)檢測(cè)渦流的變化情況，間接地知道銅桿內(nèi)部缺陷的存在及金屬性能是否發(fā)生了變化。

圖1 渦流產(chǎn)生示意圖

1.2 銅桿線渦流探傷[3，4]

銅桿線在線渦流探傷采用穿過(guò)式測(cè)試探頭，它通過(guò)探頭測(cè)得的信號(hào)變化，經(jīng)信號(hào)處理系統(tǒng)，獲得銅桿線中瑕疵的信息。銅桿線渦流探傷原理如圖2所示。

圖2 銅桿線渦流探傷原理

渦流探傷的核心器件是渦流無(wú)損探頭。當(dāng)穿過(guò)的銅桿存在孔、裂縫等缺陷時(shí)，在激勵(lì)信號(hào)(Excitation coil)作用下，接收線圈(Receiver coil)的信號(hào)就會(huì)發(fā)生畸變。通過(guò)分析信號(hào)畸變的幅值和相位，就能得到缺陷的大小和類(lèi)型。渦流探頭包含了激勵(lì)線圈和接收線圈。激勵(lì)線圈用于產(chǎn)生一定頻率的正弦激勵(lì)信號(hào)，接收線圈用于接收銅桿感應(yīng)產(chǎn)生的電信號(hào)。

接收線圈的電信號(hào)通過(guò)配套渦流探傷儀進(jìn)行幅值和相位分析，進(jìn)行顯示或輸出。

2 在線式銅桿線渦流測(cè)試系統(tǒng)

由渦流傳感器探頭（以下簡(jiǎn)稱(chēng)探頭）、屏蔽連接線、EZ2.828型探測(cè)儀、配套計(jì)算機(jī)和打印機(jī)組成（圖 3）。

圖3 在線式銅桿線渦流檢測(cè)系統(tǒng)組成

在線式銅桿線渦流檢測(cè)系統(tǒng)的探頭（圖4）具有較廣速度范圍檢測(cè)分析數(shù)據(jù)能力。在渦流檢測(cè)中,檢測(cè)速度與探傷信號(hào)有直接關(guān)系。在檢測(cè)速度首先確定的情況下, 檢測(cè)準(zhǔn)確度主要取決于渦流探傷儀濾波器的頻率、試件的幾何尺寸、檢測(cè)線圈及缺陷的狀況等。

3 校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路[5，6]

根據(jù)銅桿線生產(chǎn)和質(zhì)量的要求，模擬生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)在線無(wú)損探傷儀的運(yùn)行狀態(tài)設(shè)計(jì)渦流無(wú)損探頭校準(zhǔn)測(cè)試裝置，其結(jié)構(gòu)為直線運(yùn)行式。根據(jù)實(shí)際銅桿線傷類(lèi)型制作人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿，作為檢測(cè)的參照標(biāo)準(zhǔn)件。人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿和探頭在驅(qū)動(dòng)裝置作用下以固定運(yùn)動(dòng)速度做相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，采集探測(cè)信號(hào)，分析信號(hào)結(jié)果與人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿比對(duì)，得到渦流探傷探頭一致性和靈敏度。系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖5所示。

1）驅(qū)動(dòng)部分

驅(qū)動(dòng)部分實(shí)現(xiàn)人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿以固定速度做直線運(yùn)動(dòng)，采用凸輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)擺桿動(dòng)作，使得推輪推動(dòng)樣桿動(dòng)作，樣桿按慣性在直線導(dǎo)軌上滑動(dòng)。電機(jī)采用變頻電機(jī)，變頻范圍20～200 Hz，功率為32 kW。

2）離合部分

由于加速部分需要在電機(jī)帶動(dòng)慣性盤(pán)運(yùn)行到設(shè)定速度時(shí)高速切換到擺桿位置，需要通過(guò)離合部分實(shí)現(xiàn)，借用汽車(chē)離合器機(jī)構(gòu)，加上離合驅(qū)動(dòng)氣缸和控制閥實(shí)現(xiàn)。

3）直線滑動(dòng)部分

直線滑動(dòng)部分為完成導(dǎo)軌安放和直線運(yùn)動(dòng)提供支撐。采用滑動(dòng)系數(shù)極小的進(jìn)口直線導(dǎo)軌，固定人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿的導(dǎo)座與直線導(dǎo)軌間在直線滑動(dòng)期間速度下降幅度小于2%。

4）緩沖機(jī)構(gòu)部分

該部分實(shí)現(xiàn)滑座和人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿部分直線運(yùn)動(dòng)的停止。采用兩級(jí)緩沖機(jī)構(gòu)，第一級(jí)為緩沖橡膠實(shí)現(xiàn)高速到低速緩沖，第二級(jí)配合液壓緩沖器，實(shí)現(xiàn)樣桿完全停止。

4 結(jié)語(yǔ)

校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)經(jīng)多次試驗(yàn)證明具有較高的可靠性。系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)人工標(biāo)準(zhǔn)樣桿模擬在線實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)，可確定銅桿線大傷、中傷、小傷。其表面?zhèn)麢z出率為：大傷平均檢出率≥95%、中傷平均檢出率≥90%、小傷平均檢出率≥80%。系統(tǒng)穩(wěn)定速度的自由勻速滑行執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠很好地滿足渦流無(wú)損探頭動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)要求，具有一定的推廣價(jià)值。

圖5 校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

[1]任吉林, 林俊明.電磁無(wú)損檢測(cè)[M].北京：科學(xué)出版社, 2008.

[2]廉紀(jì)祥, 沈躍.無(wú)氧銅桿的在線渦流檢測(cè)[J].無(wú)損探傷, 2003,27(6): 42-43.

[3]Peng Xu, SonglingHuang, WeiZhao.A new differential eddy current testing sensor used for detecting crack extension direction[J].NDT&E International, 2011, 44: 339-343.

[4]Theodoros Theodoulidis.Developments in efficiently modelling eddy current testing of narrow cracks[J].NDT&E International, 2010, 43:591-598.

[5]徐紅偉, 張科紅, 孫堅(jiān), 徐景紅.8mm銅桿穿過(guò)式渦流探頭校準(zhǔn)方法研究[J].無(wú)損檢檢, 2010, 32(2), 116-118.

[6]Yoshimi Hatsukade, Shinya Okuno, Kazuaki Mori, and Saburo Tanaka.Eddy-Current-Based SQUID-NDE for Detection of Surface Flaws on Copper Tubes[J].IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, 2007, 17(2): 780-783.