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_第1頁(yè)
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_第2頁(yè)
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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

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