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换热器传热管通孔缺陷的涡流检测信号点击：1828 日期：[ 2014-04-26 21:58:11 ] |
| 换热器传热管通孔缺陷的涡流检测信号 曹刚 柳祥梅 (国核电站运行服务技术公司,上海 200233) 摘要:国内外涡流检测标准通常规定通孔缺陷的信号相位为40°左右。但是在实际换热器管检测中发现,泄漏缺陷信号的相位大到105°左右,小至25°附近,若使用常规的相位-缺陷深度曲 线进行评定,将导致缺陷深度的误差很大。分析了相关文献以及实际检测中通孔信号的涡流检测 相位规律,发现通孔类缺陷的检测相位与孔径和壁厚等体积因素有关。若通孔的金属流失量大,则 相位超前;若金属流失量小,则相位滞后。在使用涡流方法检测管道时,应该结合缺陷信号的幅值和相位信息,才能准确综合评定缺陷深度。 关键词:涡流检测;管道;相位;幅值;信号分析 中图分类号:TG115.28 文献标志码:A 文章编号:1000-6656(2009)08-0619-03 核电站中换热器应用非常广泛,如核岛的蒸汽 发生器,常规岛的凝汽器、低压加热器和高压加热器 等,其传热管的状况直接影响系统的安全和核电功 率。目前检测传热管中的缺陷及监测缺陷扩展趋势 的行之有效的无损检测方法是涡流检测。对于已安 装好的非铁磁性传热管,国内外涡流检测标准[1-2] 均规定对比样管上通孔信号的相位设定为40°,建 立样管上不同深度的人工缺陷(通常为外壁平底孔) 与信号相位的相关曲线(俗称相位-缺陷深度曲线), 缺陷深度根据响应信号的相位进行评定。笔者进行 了通孔信号的相位研究,发现实际检测中通孔相位 并非都是40°。 笔者从事涡流检测工作近十年,分析传热管涡 流检测数据十几万根,遇到过各式各样的缺陷,其中 不乏泄漏管。泄漏处信号相位有的在40°左右,至 少可以评定为80%壁厚减薄,考虑到系统误差因 素,检测结果可以接受,但更多导致泄漏的缺陷表现 为明显的外壁或内壁缺陷,相位大到105°左右,小 至25°附近;幅值小至0.5 V左右,大到300 V以上 (对比样管上通孔信号设定为8 V)。按照相位-缺 陷深度曲线评定,外壁减薄只有40%~50%,内壁 减薄只有60%左右,显然误差过大,检测结果令人 难以接受。 式中:d为缺陷深度;f为检测频率;μ为磁导率;σ 为电导率。由此可见,相位滞后与缺陷深度之间存 在线性关系。因此,检测信号的相位可以作为测量 管壁情况的变量。 在传热管涡流检测中,某管主检测频率的相位 滞后与缺陷深度之间存在如图1所示关系。 2 通孔信号研究 文献[5]指出,不同直径的通孔信号在标定曲线 上不是一个40°的单值点,而是一条多值的水平线 段。在规格为22 mm×1.2 mm的Incoloy-800管 上依次加工直径为0.5,1.0,1.5,1.7,2.0和2.5 mm的通孔,使用420 kHz频率进行涡流检测,对应 的涡流信号相位依次为60°,50°,44°,40°,38°和32°, 孔径-相位曲线如图2所示。 由此可知,通孔信号的相位在32°~60°范围变 化,相位和孔径基本上呈线性关系。按照相位-缺陷 深度曲线评定,减薄量至少为85%,误差在可接受 范围内。该研究并未回答是否所有通孔信号的相位 都是40°的问题。 笔者选取规格为25.4 mm×0.5 mm的钛合 金管进行研究。在钛合金管上制作一系列通孔,测 试各通孔的幅值和相位数据见表1,孔径-相位曲线 见图3。试验结果表明,通孔信号的相位在26°~ 111°范围变化,与笔者在多年实际检测中的情况基 本一致。 比较文献[5]与笔者的试验结果,可以发现孔径 在1.0~3.0 mm时两者相位基本一致;但孔径 <1.0 mm时,笔者的测试相位远大于文献[5]。 两组试验结果存在明显差异,笔者认为是因为 研究对象不同引起的,壁厚的差异是主要因素。 3 典型实例与分析 (1)某电厂高压加热器中16 mm×1.4 mm 的不锈钢管出现两处泄漏A和B,在210 kHz检测 频率下发现两个相应的缺陷信号(图4)。 (2)某电厂凝汽器中25 mm×0.7 mm的钛 合金管出现一处泄漏C,在333 kHz检测频率下发 现一个缺陷信号,泄漏处的涡流信号及内窥镜照片 见图5。 (3)某电厂高压加热器中16 mm×1.5 mm 的不锈钢管出现一处泄漏D,在181 kHz检测频率 下发现一个相应的缺陷信号,其泄漏处的涡流信号 及内窥镜照片见图6。 (4)某电厂RCW热交换器中19 mm× 0.7 mm的钛合金管出现一处泄漏,在400 kHz检测 频率下发现两个相应的缺陷信号E和F,其泄漏处 的涡流信号及内窥镜照片见图7。 上述6根泄漏管的缺陷特征类似于点状腐蚀, 参考表1中的幅值和相位信息,可估算泄漏处孔径 (表2)。由图7可知,估算孔径与实际缺陷的尺寸 相近。 通孔及泄漏管涡流检测信号研究表明,对缺陷 响应起主要作用的是体积效应。金属流失量越大, 幅值越大,相位越超前;反之,金属流失量越小,幅值 越小,相位越滞后。通常采用的相位-缺陷深度曲线 仅适合于评定与样管上人工缺陷相似的缺陷。而实 际的缺陷是不规则的,局部深度不尽相同,涡流信号 是所有局部的综合响应,因此用三维的体积效应来 表征一维的深度必然存在误差,有时需要进行修正。 如何修正是涡流检测人员面临的新的研究课题。 实际上传热管中的缺陷并非都是孔形的,大量 的缺陷往往是取向各异的裂纹,例如比较常见的腐 蚀裂纹。只有掌握了缺陷的特征,进行有针对性的 研究,才能实现缺陷信号的准确评定。 传热管涡流检测人员应该了解换热器的结构特 点,熟悉传热管的运行工况,预先判断哪些部位容易 产生缺陷,通过一些辅助手段(如内窥镜检查和拔管 解剖等)来确定缺陷的特征。制作能够代表实际缺 陷特征的对比样管,结合缺陷信号的幅值和相位进 行综合评定。常规的内穿过式探头只能提供缺陷响 应信号的幅值和相位信息,如果条件允许,应该选用 合适的旋转探头对缺陷部位进行C扫描检测,测出 缺陷的面积、形状及取向,这将明显提高缺陷评定的 准确度。 笔者的研究给出了穿透性孔洞的涡流信号分析 和评定方法,对于裂纹的研究工作尚有待开展。 参考文献: [1] ASME锅炉及压力容器委员会无损检测分委员会 ASME锅炉及压力容器规范国际性规范:第Ⅴ卷 无 损检测 第8章 管材制品的涡流检测(2004版 [M].中国《ASME规范产品》协作网(CACI),译.北 京:中国石化出版社,2004. [2] JB/T 4730.6—2005 承压设备无损检测 第6部分: 涡流检测[S]. [3] 美国无损检测学会.美国无损检测手册·电磁卷[M]. 《美国无损检测手册》译审委员会,译.上海:世界图书 出版公司,1999. [4] 《国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教 材》编审委员会.涡流检测[M].北京:机械工业出版 社,2004. [5] 杨宝初.传热管涡流信号研究[J].无损检测,1998,20 (5):132. |
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