探头扫描路径规划技巧

为实现对钢管缺陷的全覆盖检测，一般采用螺旋扫查技术对钢管进行检测。此时，感应线圈运动方向与缺陷走向之间会形成夹角θ，如图3-9所示，根据法拉第电磁感应定律，可获得感应线圈的感应电动势为

e（θ）=f（n_c，w，l）B_mflvsinθ （3-20）

式中，e为感应线圈的感应电动势；f（n_c，w，l）为线圈结构函数，n_c、w和l分别为线圈的匝数、宽度和长度；B_mfl为缺陷漏磁场磁感应强度；v为感应线圈扫查速度；θ为感应线圈运动方向与缺陷走向之间的夹角。

由式（3-20）可以得出，感应线圈的感应电动势与夹角θ相关：当感应线圈运动方向与缺陷走向垂直时，即θ=π/2，感应线圈输出的感应电动势幅值最大；当感应线圈运动方向与缺陷走向平行时，即θ=0，感应线圈基本没有感应电动势产生。

图3-9 感应线圈扫查原理

钢管漏磁检测通过复合磁化方式实现对周、轴向裂纹的全面检测，即轴向磁化检测周向裂纹、周向磁化检测轴向裂纹。根据感应线圈敏感方向与裂纹走向夹角对检测信号幅值的影响规律，即当感应线圈敏感方向与裂纹走向平行时，检测信号幅值最高，周向、轴向裂纹感应线圈的布置方式如图3-10所示。

图3-10 周向、轴向裂纹感应线圈的布置方式(www.xing528.com)

当钢管做螺旋前进运动时，感应线圈将在钢管表面上形成螺旋扫查轨迹。将钢管表面沿周向展开，如图3-11所示。设钢管轴向运动速度为v_a，感应线圈螺旋扫查速度为v，钢管直径为d₁，扫查轨迹螺距为P，感应线圈扫查轨迹与钢管轴向夹角为θ，轴向裂纹感应线圈运动方向与轴向裂纹走向夹角为α₁，周向裂纹感应线圈运动方向与周向裂纹走向夹角为α₂，轴向、周向裂纹漏磁场磁感应强度分别为B_a和B_c。根据图3-11所示几何关系可知，α₁=θ，α₂=π/2-θ。根据式（3-20），可分别获得轴向、周向裂纹感应线圈的漏磁场感应电动势输出e_a和e_c，即

e_a（α₁）=f（n_c，w，l）B_avsinα₁=f（n_c，w，l）B_avsinθ （3-21）

e_c（α₂）=f（n_c，w，l）B_cvsinα₂=f（n_c，w，l）B_cvcosθ （3-22）

从式（3-21）和式（3-22）可以看出，轴向裂纹感应电动势与sinθ成正比，而周向裂纹感应电动势与cosθ成正比。因此，为使轴向、周向裂纹感应线圈均具有较高的检测灵敏度，夹角θ应设计在合理的范围内。由于钢管与轴向磁化场具有轴对称性，高强度的轴向均匀磁化场更容易获得，因此，在相同的条件下，周向裂纹漏磁场磁感应强度B_c比轴向裂纹漏磁场磁感应强度B_a更大。大量现场试验表明，当感应线圈运动方向与钢管轴线之间的夹角θ保持在50°～60°范围内时，轴向、周向裂纹均能获得较好的检出性。

图3-11 感应线圈螺旋扫查轨迹沿周向展开图

在生产制造过程中，钢管中存在的青线和内螺旋会影响轴向、周向裂纹的相对检出率，根据式（3-21）和式（3-22）可以得出，可以通过改变夹角θ来调整轴向、周向裂纹的检测灵敏度。为此，可以利用图3-12所示的同步输送对辊轮组来实现。输送对辊轮固定于旋转盘上，通过连接拉杆同步调整所有对辊轮组的角度，最终实现夹角θ的连续调整。