不銹鋼管內(nèi)、外部缺陷產(chǎn)生的漏磁檢測(cè)信號(hào)頻率成分存在差異。根據(jù)這種差異，借助于電路或數(shù)字濾波器，將不銹鋼管內(nèi)、外部缺陷檢測(cè)信號(hào)的頻率進(jìn)行對(duì)比，可以達(dá)到內(nèi)、外部缺陷區(qū)分的目的。下面扼要介紹基于檢測(cè)信號(hào)中心頻率的區(qū)分方法。
一、基于檢測(cè)信號(hào)中心頻率的區(qū)分方法
內(nèi)部缺陷在檢測(cè)空間產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較弱，但空間分布范圍相對(duì)較大。因此，內(nèi)部缺陷檢測(cè)信號(hào)的突變時(shí)間持續(xù)較長；在頻域上，檢測(cè)信號(hào)的中心頻率相對(duì)較低。相反，外部缺陷檢測(cè)信號(hào)的中心頻率較高，突變相對(duì)陡峭。根據(jù)上述特點(diǎn)，采用合理的帶通濾波器、高通濾波器以及觸發(fā)門限電路，針對(duì)內(nèi)、外部缺陷檢測(cè)信號(hào)的頻域特征，設(shè)置相應(yīng)的截止頻率，將濾波后的輸出信號(hào)幅度進(jìn)行對(duì)比，可達(dá)到區(qū)分內(nèi)、外部缺陷的目的。
如圖4-6所示，將檢測(cè)信號(hào)分別利用高通濾波器與帶通濾波器進(jìn)行濾波處理。其中，設(shè)置帶通濾波器的上、下限頻率時(shí)需包含內(nèi)、外部缺陷檢測(cè)信號(hào)頻段，也即，內(nèi)、外部缺陷檢測(cè)信號(hào)在通過帶通濾波器后均不會(huì)引起波形特征上的變化，僅僅濾除高頻與低頻噪聲信號(hào)，并將該輸出量視為A通路，輸出信號(hào)記為XA(t)）。另外設(shè)立通路B，即高通濾波支路，它能夠使得頻率較低的內(nèi)部缺陷檢測(cè)信號(hào)在強(qiáng)度上明顯削弱，而外部缺陷檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度基本不變，輸出信號(hào)記為XB(t)。進(jìn)一步，將兩種濾波系統(tǒng)的輸出量XA(t)與XB(t)進(jìn)行對(duì)比，從而可獲得內(nèi)、外部缺陷檢測(cè)信號(hào)的判據(jù)。
從圖4-6中可以看出，采用中心頻率比較法識(shí)別缺陷的位置時(shí)具有很好的邏輯性。但必須注意的是，由于檢測(cè)信號(hào)頻率與檢測(cè)速度有關(guān)，因此檢測(cè)過程中速度必須保持恒定。如果檢測(cè)速度發(fā)生變化，則需重新調(diào)整濾波器的各濾波截止頻率。
二、缺陷形態(tài)特征對(duì)中心頻率法的影響
除缺陷位置外，缺陷的其他形態(tài)特征也會(huì)影響缺陷的中心頻率，因此，采用該區(qū)分方法時(shí)需要綜合考慮各種因素的影響。下面扼要介紹缺陷形狀、走向和深度對(duì)基于中心頻率區(qū)分方法的影響。
模擬濾波與數(shù)字濾波都是改變信號(hào)中所包含頻率成分的相對(duì)比例，或是濾除某種頻率成分的系統(tǒng)。數(shù)字濾波具有精度高、穩(wěn)定、靈活、不要求阻抗匹配等優(yōu)勢(shì)。這里，選用巴特沃斯濾波器，即幅頻特性曲線在通帶與阻帶內(nèi)均為單調(diào)遞減函數(shù)。綜合考慮通帶與阻帶的變化速度及內(nèi)、外部缺陷信號(hào)的頻帶范圍，設(shè)定濾波器為四階。下面分別從幾種典型缺陷形態(tài)特征出發(fā)，對(duì)各種人工缺陷進(jìn)行試驗(yàn)區(qū)分，觀察檢測(cè)信號(hào)在經(jīng)過數(shù)字濾波器之后幅值的變化。
1. 缺陷形狀對(duì)檢測(cè)信號(hào)頻率成分的影響
不銹鋼管漏磁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中，人工缺陷通常選用通孔或刻槽，對(duì)不通孔未加說明。在鋼管的實(shí)際使用過程中，受到高壓沖刷、腐蝕等眾多因素的影響，鋼管上形成的腐蝕坑十分普遍。因此，在分析缺陷形狀對(duì)檢測(cè)信號(hào)中心頻率成分的影響時(shí)，采用不通孔、裂紋和通孔作為檢測(cè)對(duì)象，研究各類缺陷信號(hào)在經(jīng)過濾波系統(tǒng)后輸出量之間的差異。
建立不銹鋼管漏磁自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，鋼管螺旋前進(jìn)，螺距為105mm，鋼管直徑為139.7mm，壁厚為8.5mm，采用電火花加工方法在內(nèi)、外管壁加工周向和軸向刻槽，寬度均為0.8mm；采用機(jī)械加工的方法，在鋼管外壁面上加工直徑為3.2mm、深度為2.0mm的外部不通孔和直徑為1.6mm的通孔。檢測(cè)過程中，保證鋼管的行進(jìn)與旋轉(zhuǎn)速度恒定不變，以消除傳感器掃查速度變化對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響，獲得的檢測(cè)原始信號(hào)波形如圖4-7所示。
經(jīng)過不同截止頻率的高通濾波器之后，檢測(cè)缺陷信號(hào)輸出如圖4-8和圖4-9所示。
可以看出，經(jīng)過截止頻率為540Hz的高通濾波器之后，N10的內(nèi)傷可以很好地被削弱，直至從信號(hào)輸出中完全消失。然而，同在鋼管外表壁但形狀不同的直徑為3.2mm的外不通孔的檢測(cè)信號(hào)變化規(guī)律與N5外表面刻槽不同：外不通孔檢測(cè)信號(hào)同樣受到了高通濾波的影響而被嚴(yán)重削弱，當(dāng)內(nèi)部缺陷信號(hào)被濾波消除后，外不通孔的檢測(cè)信號(hào)也被濾除。這說明如果對(duì)外腐蝕坑采用基于中心頻率的區(qū)分方法，檢測(cè)結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)誤判的情況。
2. 缺陷走向?qū)z測(cè)信號(hào)頻率成分的影響
不銹鋼管在生產(chǎn)或使用過程中如果受到扭轉(zhuǎn)載荷與軸向力的同時(shí)作用，容易在管壁內(nèi)、外表面形成與管材軸線方向既不垂直也不平行的裂紋，使得漏磁檢測(cè)過程中無論是被周向磁化或是軸向磁化，都無法滿足管材中磁力線與缺陷走向相垂直的要求。而且，就目前不銹鋼管漏磁檢測(cè)系統(tǒng)中使用的磁化裝置來看，裂紋的走向在絕大多數(shù)情況下與磁力線方向成斜向夾角，即兩者之間并非處于相互垂直的狀態(tài)。
裂紋的走向?qū)β┐艌?chǎng)強(qiáng)度與分布影響較大，這一點(diǎn)可以通過檢測(cè)信號(hào)的波形特征反映出來，進(jìn)一步也必然會(huì)引起檢測(cè)信號(hào)中心頻率的變化，從而會(huì)影響基于中心頻率方法的內(nèi)、外部裂紋區(qū)分準(zhǔn)確率。
采用電火花加工方式，在鋼管上加工N5（缺陷深度占壁厚的5％）內(nèi)、外部軸向刻槽（也即縱向刻槽）、45°外部斜向刻槽以及不通孔等。圖4-10和圖4-11所示為原始檢測(cè)信號(hào)通過不同截止頻率濾波器后的信號(hào)輸出。不難發(fā)現(xiàn)：雖然處于鋼管外部，45°外部斜向刻槽與內(nèi)部缺陷一樣，檢測(cè)信號(hào)發(fā)生了嚴(yán)重的削弱，從而無法得到與軸向、周向標(biāo)準(zhǔn)刻槽區(qū)分一致的評(píng)判結(jié)果。
究其原因，斜向外部裂紋的走向與磁化場(chǎng)之間的夾角呈非垂直狀態(tài)，形成的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較弱，在檢測(cè)空間上也趨于分散，從而導(dǎo)致斜向裂紋檢測(cè)信號(hào)在頻域內(nèi)可能會(huì)被誤判為內(nèi)部缺陷。
3. 缺陷深度對(duì)檢測(cè)信號(hào)頻率成分的影響
缺陷的深度直接決定了管材的使用性能。在管材的實(shí)際使用過程中，根據(jù)工作環(huán)境的不同，位于鋼管不同表面（內(nèi)表面或外表面）的具有相同深度的缺陷對(duì)管材性能的影響會(huì)不一樣。這里討論缺陷深度對(duì)檢測(cè)信號(hào)頻率成分的影響。
仍然選用不銹鋼管作為試件，在距管端250mm的圓周方向上加工N20（缺陷深度占壁厚的20％）周向內(nèi)部刻槽和N10（缺陷深度占壁厚的10％）周向外部刻槽。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過不同截止頻率的高通濾波系統(tǒng)處理后，深度較大的內(nèi)部刻槽檢測(cè)信號(hào)始終難以被有效濾除，如圖4-12所示。
三、基于檢測(cè)信號(hào)中心頻率區(qū)分方法的適應(yīng)性
通過上述試驗(yàn)分析可以看出，檢測(cè)信號(hào)中心頻率的影響因素較多，如圖4-13所示，其對(duì)缺陷的形狀、走向和深度等具有代表性的形態(tài)特征均十分敏感。這充分說明了信號(hào)的頻率成分在描述缺陷位置時(shí)并不具有完備的表達(dá)能力。究其原因，利用中心頻率區(qū)分內(nèi)、外部缺陷，是以低維度信息量去評(píng)判具有高維度信息的檢測(cè)對(duì)象，因而，也就不可避免地碰到信息維度過少而造成評(píng)判時(shí)模棱兩可的尷尬局面。
中心頻率比較法，可以對(duì)某些特定類型缺陷進(jìn)行位置特征判別。但由于判定指標(biāo)的成因并不具有唯一性，因此，該方法并不能保證對(duì)所有類型缺陷實(shí)現(xiàn)正確區(qū)分。
