遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)在高壓加熱器檢驗(yàn)中的應(yīng)用.doc

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)在高壓加熱器檢驗(yàn)中的應(yīng)用 摘要：遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探傷是一門新的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。為此，對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)的理論作了研究分析，歸納總結(jié)了其與普通渦流檢測(cè)技術(shù)相比所具有的優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)被應(yīng)用在高壓加熱器鋼管的質(zhì)量檢驗(yàn)中，取得了良好的效果，為鋼管質(zhì)量監(jiān)督提供了可行有效的手段。關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)場(chǎng)渦流；檢測(cè)；高壓加熱器；鋼管 渦流探傷作為一種無(wú)損檢測(cè)手段，是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的。當(dāng)鋼管經(jīng)過通以交流電的線圈時(shí)，鋼管表面或近表面有缺陷部位的渦流將發(fā)生變化，導(dǎo)致線圈的阻抗或感應(yīng)電壓產(chǎn)生變化，從而得到關(guān)于缺陷的信號(hào)，并以信號(hào)的幅值及相位等對(duì)缺陷進(jìn)行判斷。利用渦流探傷，可以測(cè)定鋼管中的蝕坑、孔洞、夾雜物、裂紋等缺陷。常用的渦流檢測(cè)方法在熱交換管道檢測(cè)方面已成為一種可靠的技術(shù)，但它仍局限于非鐵磁材料和弱鐵磁材料的檢測(cè)。通過對(duì)超聲波技術(shù)及遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)進(jìn)行調(diào)研,發(fā)現(xiàn)超聲波技術(shù)的檢測(cè)速度慢，需要耦合劑和進(jìn)行管道表面清潔，而且超聲波技術(shù)對(duì)高壓加熱器鋼管這種薄壁管的檢驗(yàn)非常困難。而遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)由于其相位信號(hào)正比于缺陷深度，并且是由磁場(chǎng)兩次穿越管壁，能正確地反映管壁的缺損特征，能重復(fù)地測(cè)量出缺損的深度等。因此，對(duì)于鐵磁管道來(lái)講，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)是最可行的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。隨著遠(yuǎn)場(chǎng)渦流理論的逐步完善和實(shí)驗(yàn)手段、試驗(yàn)方法的不斷改進(jìn)，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)用于管道，特別是鐵磁性管道檢測(cè)的優(yōu)越性逐步被人們廣泛認(rèn)識(shí)。該技術(shù)有望用于在役金屬管道的無(wú)損檢測(cè)，以延長(zhǎng)金屬管道的使用壽命，還可用于產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)，其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)的理論研究遠(yuǎn)場(chǎng)渦流法屬低頻渦流檢測(cè)技術(shù)，采用內(nèi)通過式探頭（見圖1）。 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭由1個(gè)激勵(lì)線圈和1個(gè)測(cè)量線圈構(gòu)成。在激勵(lì)線圈中通以低頻交流電，其能量流2次穿過管壁并沿管壁傳播。測(cè)量線圈能測(cè)到來(lái)自激勵(lì)線圈的穿過管壁后返回管內(nèi)的磁場(chǎng)，因而能以相同的靈敏度檢測(cè)管子內(nèi)外壁缺陷及管壁的厚度，不受趨膚深度的限制，可有效檢測(cè)碳鋼或其他強(qiáng)鐵磁性管，探頭在管內(nèi)的擺動(dòng)對(duì)檢測(cè)也基本沒有影響。普通的渦流檢測(cè)技術(shù)是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的，在渦流檢測(cè)線圈的激勵(lì)繞組中通以交流電，則會(huì)在被檢試件中產(chǎn)生感應(yīng)渦流，在其周圍建立起一個(gè)交變渦流磁場(chǎng)反作用于激勵(lì)磁場(chǎng)，經(jīng)過反復(fù)多次達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)被測(cè)試件中存在缺陷時(shí)，渦流流動(dòng)發(fā)生畸變，原來(lái)的平衡被破壞，原線圈立刻會(huì)測(cè)到這種變化的渦流信號(hào)及線圈阻抗變化，傳送到微機(jī)記錄進(jìn)行分析，從而判斷出試件中是否存在缺陷。由此可見，普通渦流檢測(cè)技術(shù)就是接受被測(cè)物體反饋的渦流信號(hào)，可是當(dāng)被測(cè)物體出現(xiàn)量變時(shí)會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)線圈的阻抗變化，從而影響渦流信號(hào)的輸出。其影響因素很多，主要有電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、溫度、檢測(cè)線圈與被測(cè)物體的相對(duì)位置、工件中的冷加工和熱處理應(yīng)力、缺陷的非連續(xù)性、信噪比等。由于這些因素的干擾，使普通渦流檢測(cè)儀器對(duì)檢測(cè)的信號(hào)處理分析很困難。采用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)，消除了干擾因素，使得檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確有效。由上述的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)原理與普通渦流檢測(cè)原理對(duì)比可看出，普通渦流檢測(cè)技術(shù)靠?jī)x器接受的渦流信號(hào)來(lái)分析，而渦流信號(hào)和交流電一樣具有趨膚效應(yīng)，渦流在被檢物體上的分布呈指數(shù)變化，靠近線圈的表面渦流密度最大，隨著深度的增加呈自然指數(shù)規(guī)律衰減，其標(biāo)準(zhǔn)滲透深度0.37計(jì)算如下：式中:0.37標(biāo)準(zhǔn)滲透深度，m；f電流頻率，Hz；相對(duì)磁導(dǎo)率，H/m；電導(dǎo)率，S/m。由式（1）可以看出，普通渦流檢測(cè)（見圖2）受趨膚效應(yīng)嚴(yán)重影響，檢測(cè)試件的深度極其微小。由標(biāo)準(zhǔn)滲透深度0.37可知，穿透深度與電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率及頻率的乘積的平方根成反比。當(dāng)鐵磁性材料的磁導(dǎo)率變化范圍非常大，在沒有達(dá)到磁飽和時(shí)，這些變化就掩蓋了缺陷信號(hào)或電導(dǎo)率變化的信號(hào)而使普通渦流檢測(cè)失效。所以，對(duì)鐵磁性材料進(jìn)行普通渦流探傷時(shí)，必須應(yīng)用磁飽和技術(shù)，增設(shè)1個(gè)磁飽和線圈，以降低干擾信號(hào)，但效果還是不理想。 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)是通過測(cè)量穿過管壁后返回管內(nèi)的磁場(chǎng)，故在檢測(cè)技術(shù)理論上是一個(gè)新的突破。其不受趨膚效應(yīng)的影響，克服了電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的影響，對(duì)鐵磁性材料的檢測(cè)效果明顯優(yōu)于普通渦流檢測(cè)技術(shù)。同時(shí)，在試件中的幾何變形、試件邊緣末端及相對(duì)位置產(chǎn)生的末端效應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)畸變的渦流信號(hào)干擾檢測(cè)信號(hào)；材料的溫度、應(yīng)力變化，材料的冷加工熱處理引起的變形及損傷的非連續(xù)性和信噪比也會(huì)改變?cè)嚰碾妼?dǎo)率和磁導(dǎo)率，影響著渦流信號(hào)的產(chǎn)生,造成普通渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)檢測(cè)結(jié)果判斷困難，這些干擾在遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)上也得到了消除。以上分析從理論上證明了遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)踐中我們也做了大量的實(shí)驗(yàn)作，得到了科學(xué)的驗(yàn)證。在珠江電廠和湛江電廠的高壓加熱器鋼管渦流檢驗(yàn)中即充分證明了其實(shí)用優(yōu)勢(shì)，具體如下:a)檢測(cè)結(jié)果可以直接用電信號(hào)輸出，因此可以進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)；b)由于采用非接觸式的方法，檢測(cè)速度快；c)適用范圍廣，除能檢測(cè)缺陷外，還能檢測(cè)材質(zhì)變化和尺寸形狀的變化等；d)特別適合管材、線材的檢測(cè)，與傳統(tǒng)的漏磁、滲透、超聲波等方法比較，具有簡(jiǎn)單、使用方便、消耗品費(fèi)用最少的特點(diǎn)；e)對(duì)碳鋼或其他強(qiáng)鐵磁性管子的蝕坑、裂紋等缺陷的檢測(cè)十分有效；f)安全，防護(hù)簡(jiǎn)單，不會(huì)對(duì)人體造成傷害。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)在高壓加熱器鋼管金屬檢驗(yàn)的開發(fā)與應(yīng)用已引起各方的重視，我們也在電廠高壓加熱器鋼管金屬檢驗(yàn)中應(yīng)用了此項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，且取得了良好的效果。高壓加熱器在運(yùn)行過程中，由于以下原因可能導(dǎo)致管子泄漏：a)管子振動(dòng)。換熱管子是一彈性體，在受力后將產(chǎn)生彈性變形，若氣流作用不穩(wěn)定，則會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)過大時(shí)，管子與管板固定處會(huì)產(chǎn)生疲勞折斷，管子與管子及中間隔板相碰撞則產(chǎn)生磨損并損壞。b)管子銹蝕損壞。腐蝕使管子表面金屬損失，表面被破壞，形成溝槽和凹坑。管子的銹蝕往往是由于水質(zhì)不合格，或者是汽側(cè)不可凝氣體過多聚集而引起的，在較低的部位和在蒸汽空間中隔板所形成的死角處尤其容易發(fā)生。c)管子外壁受到汽水兩相流動(dòng)的沖刷，使管壁邊緣變薄后，在內(nèi)部壓力作用下破裂，發(fā)生泄漏。d)管子本身的材料問題。它們將導(dǎo)致管子產(chǎn)生裂紋、蝕坑甚至斷裂等，其危害相當(dāng)大，不僅使熱效率降低，供電煤耗升高，而且長(zhǎng)期下去，還將導(dǎo)致水蝕現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)甚至造成高壓加熱器筒體爆破。廣州珠江電廠1號(hào)機(jī)組1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)高壓加熱器是由哈爾濱鍋爐廠制造的300MW機(jī)組用臥式高壓加熱器，型號(hào)分別為GJ-1100-1型、GJ-1180-2型、GJ-820-3型，于1997年投產(chǎn)。其運(yùn)行參數(shù)見表1。 其熱交換管的材質(zhì)為15Mo3,規(guī)格為16mm2.5mm。根據(jù)高壓加熱器采用的碳鋼管材分析，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)對(duì)這些缺陷具有良好的檢出能力，且快速、準(zhǔn)確。為保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，定期對(duì)其實(shí)施檢測(cè)十分必要。檢測(cè)前，我們做了大量的準(zhǔn)備工作，選取了高壓加熱器原管段制作標(biāo)準(zhǔn)試樣管，選擇人工鉆通孔校準(zhǔn)試件，孔徑根據(jù)檢驗(yàn)要求定為1.2mm。選擇制作內(nèi)外表面帶有環(huán)形槽的對(duì)比試件，槽深為壁厚的10%，20%，40%，60%或80%，作為調(diào)整探傷靈敏度及缺陷定量用。檢驗(yàn)時(shí)采用ET-556H便攜式全數(shù)字電腦遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探傷儀，它具有兩個(gè)可同時(shí)用于檢測(cè)的頻率通道。頻率范圍：16MHz；增益范圍：099dB；相位旋轉(zhuǎn)：0360；數(shù)字濾波功能；自動(dòng)分析系統(tǒng)等。探頭采用16mm2.5mm鋼管用遠(yuǎn)場(chǎng)差動(dòng)式探頭。 高壓加熱器鋼管的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)工藝儀器調(diào)節(jié)：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試樣管，在鋼管檢測(cè)范圍內(nèi)選擇主頻f1。其次加上模擬隔板（專門加工的碳鋼鋼環(huán)），調(diào)整通道頻率、相位和增益，使支撐板信號(hào)與人工缺陷分離開來(lái)。經(jīng)反復(fù)調(diào)節(jié)，選擇f1=0.60.8kHz。在役熱交換器鋼管的檢驗(yàn)一般采用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流法普查，其精確定量，效果良好。它可以解決鐵磁性材料由于磁導(dǎo)率=1而滲透深度極薄及磁導(dǎo)率不均勻所引起的較高噪音信號(hào)問題。另外，由于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)法中檢測(cè)線圈測(cè)量的物理量與普通渦流法不同，信號(hào)的幅值將取決于缺陷體積大小，而信號(hào)的相位主要由缺陷的深度決定，這與非鐵磁性管子的渦流檢測(cè)情況類似。檢測(cè)所采用的標(biāo)定管是將1.2mm通孔信號(hào)的相位調(diào)整為40，2mm通孔信號(hào)的相位大約是38，并用其做出相位-缺陷深度曲線，據(jù)此可精確地確定缺陷的當(dāng)量大小及缺陷深度占壁厚的百分比。4渦流檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在役熱交換器管的檢驗(yàn)?zāi)壳斑€沒有標(biāo)準(zhǔn)，由于是鋼管，可參考GB/T773587鋼管渦流探傷方法。該標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)采用基于阻抗分析技術(shù)的渦流儀，但它對(duì)缺陷的評(píng)定只考慮了反映缺陷體積的信號(hào)相位，沒有顧及到反映缺陷深度的信號(hào)相位，因而有其局限性。隨著遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)的應(yīng)用，在缺陷評(píng)定上參考如下原則：a)缺陷信號(hào)幅值超過1.2mm通孔的為記錄標(biāo)準(zhǔn)，而不論缺陷深度大??；b)缺陷信號(hào)幅值超過2mm通孔的為堵管標(biāo)準(zhǔn)，而不論缺陷深度大??；c)缺陷深度超過50%壁厚的為記錄標(biāo)準(zhǔn)，而不論其信號(hào)幅值大?。籨)缺陷深度超過80%壁厚的為堵管標(biāo)準(zhǔn)，而不論其信號(hào)幅值大小。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在探傷過程中凡發(fā)現(xiàn)超過堵管標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)顯示，在探傷人員無(wú)法確定為非相關(guān)信號(hào)時(shí),一律應(yīng)該判作報(bào)廢。 檢驗(yàn)結(jié)果及質(zhì)量分析按照上述的缺陷評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),對(duì)1號(hào)機(jī)組高壓加熱器共檢測(cè)4490根管子，計(jì)8980個(gè)管口，完全檢驗(yàn)8468個(gè)。1號(hào)高壓加熱器共檢測(cè)1525根管子，計(jì)3050個(gè)管口，未發(fā)現(xiàn)超過堵管標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。2號(hào)高壓加熱器共檢測(cè)1525根管子，計(jì)3050個(gè)管口，發(fā)現(xiàn)6根管子有超過堵管標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，需要堵管。3號(hào)高壓加熱器共1390