测·控领域专业互动媒体平台
推动测试测量,检测诊断,传感物联,遥测自控智能化发展
当前位置:CK365测控网 > 论文 > 应用技术 >

远场涡流无损检测技术在电厂的应用研究

2014-05-06 13:41:07

[导读] 远场涡流检测技术在国外发达国家中已充分应用于现场,且收效显著。国内还处于研究认识阶段。本文针对远场涡流检测技术的理论作了分析研究,并介绍首次应用在国产60万千瓦机组的高压加热器钢管的质量检验中所取得的良好效果。


1 前言

远场涡流(RFEC)检测技术是铁磁性管道在役检测的有效方法,在50年代末曾被用于油井套管的检测。当时未被重视,直到80年代中期随着远场涡流理论的逐步完善以及实验手段、试验方法的改进,远场涡流技术用于管道,特别是铁磁性管道检测的优越性才被人们广泛地认识。现在可以说远场涡流检测技术是最有希望用来对在役金属管道进行无损检测的方法,可以延长那些已达到使用期限,但仍安然无恙的管道的使用年限;也可用于产品的质量检测。其潜在的经济效益相当可观。目前美国、英国、加拿大、日本等发达国家进行了大量的研究开发工  作,并将该技术应用于现场。我国也开始研究远场技术理论及应用,且取得了很大进展。本文对远场涡流检测技术理论作了研究分析,并阐述了远场涡流检测技术在国产首台60万千瓦机组的高加钢管检验中的应用及其取得的良好效果。

2 远场涡流检测技术的理论研究

远场涡流法属低频涡流检测技术。它的探头是内通过式探头:由一个激励线圈和一个与该线圈相距约二倍内径长度处所设置的较小测量线圈构成。激励线圈通以低频交流电,其磁力线能量流两次穿过管壁并沿管壁传播;测量线圈能测到来自激励线圈的穿过管壁后返回管内的磁场,因而能以相同的灵敏度检测管子内外壁缺陷及壁厚减薄,不受趋肤深度的限制。可有效检测碳钢或其它强铁磁性管子,探头在管内摆动也基本没有影响检测效果。而普通的涡流检测技术是以电磁感应原理为基础,在涡流检测线圈的激励绕组中通以交流电,则会在被检试件中产生感应涡流,且在其周围建立起一个交变涡流磁场反作用激励磁场,经过反复多次达到动态平衡。当被测试件中存在缺陷时涡流流动发生畸变,原来的平衡被破坏,原线圈立刻会测到这种变化的涡流信号及线圈阻抗变化,传送到微机记录分析,从而判断出试件中是否存在“伤”。由此可见普通涡流检测技术就是接受被测物体反馈的涡流信号,可是当被测物体出现量变时会导致检测线圈的阻抗变化,从而影响涡流信号的输出。其影响因素很多:主要有电导率(σ)、磁导率(μ)、几何形状、温度、检测线圈与被测物体的相对位置、工件中的冷加工和热处理、应力、“伤”的非连续性及信噪比等。由于诸多因素的干扰而使涡流检测仪器对检测的信号处理分析很困难,采用远场涡流检测技术消除了干扰因素使得检测结果更加准确有效。现将远场涡流检测方法与普通涡流检测方法从理论上及实践应用中作对比分析。

由上述的远场涡流检测原理与普通涡流检测原理对比可见,普通涡流检测技术靠仪器接受的涡流信号来分析,而涡流信号和交流电一样具有趋肤效应,涡流在被检物体上分布呈指数变化,靠近线圈的表面涡流密度最大,随着深度的增加呈自然指数规律衰减,其标准渗透深度公式:

 

 

式中δ0·37-标准渗透深度,f-电流频率Hz,μ-相对磁导率,δ-电导率。由上式可看出,普通涡流检测受趋肤效应严重影响,检测试件的深度极其微小,通过计算和实际验证,表1中几种导体的标准穿透深度更加显著。

 

 

另外由标准渗透深度(δ0·37)可推导出穿透深度与电导率、磁导率及频率的平方根式成反比。角频率W愈高,磁导率μ愈大,穿透深度δ愈小,特别是铁磁性材料的磁导率变化范围非常大。在没有达到磁饱和时,这些变化就掩盖了缺陷信号或电导率变化的信号而使普通涡流检测失效,所以对铁磁性材料普通涡流探伤时必须应用磁饱和技术,增设一个磁饱和线圈,以降低干扰信号,但效果不理想。而远场涡流检测技术是通过测量穿过管壁后返回管内的磁场,故在检测技术理论上是一个新的突破,不受趋肤效应的影响,克服了电导率、磁导率的影响,对检测  铁磁性材料效果更加优越于普通涡流检测技术。同时普通的涡流检测技术对试件的几何变形、试件边缘末端及相对位置产生的提离效应都会产生一个畸变的涡流信号干扰检测信号;材料的温度、应力变化、材料的冷加工热处理引起的变形及伤的非连续性和信噪比,也改变试件的电导率、磁导率,影响着涡流信号的产生,造成普通涡流检测技术对检测结果判断困难。远场涡流检测技术消除了这些干扰。以上分析从理论上证明了远场涡流检测技术的优势,实践中我们也做了大量的实验工作,得到了科学依据。在平圩电厂高压加热器钢管质量检验中,充分证明了其实用优势,其优点如下:

(1)检测结果可以直接用电信号输出,因此可以进行自动检测;

(2)由于采用非接触式方法,检测速度快;

(3)适用范围广,除能检测缺陷外,还能检测材质变化、尺寸形状的变化等;

(4)特别适合管材、线材的检测,与传统的漏磁、渗透、超声等方法比较,该法使用简捷、方便,消耗品费用少;

(5)对碳钢或其它强铁磁性管子的蚀坑、裂纹等缺陷的检测十分有效;

(6)安全,防护简单不会对人体造成伤害。

3 远场涡流技术的开发与应用研究

平圩电厂高压加热器钢管规格为Φ16 mm×2·11 mm,材质为碳钢U型管;1990年初投产到1998年9月,累计运行3·5万小时,均发生不同程度的泄漏。根据高加采用的碳钢管材分析,其发生泄漏的原因主要有四种:弯曲应力、热应力,冲刷减薄及腐蚀。它们将导致管子产生蚀坑裂纹,甚至断裂等,严重时甚至造成高加筒体爆破。远场涡流检测可以快速、准确检出这些缺陷。为保证机组的经济运行,定期对其实施检测十分必要,为此,决定在1998年9月趁机组大修期间对其进行检测,在检测之前我们做了大量的实验工作:选取了高加原泄漏管段第N排42#长  1·5 m,用普通涡流检则仪EEC-31D型检测频率20kHz,EF-556H便携式远场涡流检测仪,检测频率350Hz,采用同一标样管把Φ2通孔的相位调整为40°,内插式探头,对取样管检测做对比分析,远场涡流仪检测结果发现了取样管有3处明显的缺陷信号反应:1点处是已泄漏处裂纹,相位是38°;2点处仪器显示的相位是29°;结合图形分析为内壁腐坑裂纹,深度为壁厚70%;3点处相位是120°,判定是外部凹坑,经目视观察属安装或取样时碰伤;再用普通涡流检测仪检测时,缺陷信号的显示已不是简单的缺陷显示,而是较为复杂的叠加信号,探头稍抖动,信号变化相当混乱,在检测到原泄漏处缺陷时,相位为85°的不规则信号图形,其余检测信号无法分析。于是我们选定远场涡流检测出的2点处进行解剖做进一步宏观和微观分析,其宏观形貌:管内壁有锈蚀坑存在,且坑内有裂纹自内向外扩展,末稍圆钝具有应力腐蚀裂纹形貌特征,深度基本与远场涡流检测的相符。微观上通过S-570型电子显微镜扫描分析:裂纹是沿晶扩展,与应力腐蚀机理相吻合。因此我们可知应力腐蚀造成的沿晶裂纹改变了样管的电导率再加上高加钢管是铁磁性材料,其磁导率μ 1,影响了涡流信号的产生,导致普通涡流检测的准确性难以辨析。而远场涡流检测是涡流探伤技术上的革命,消除了伤信号以外的其它干扰信号,大大地提高了涡流检测的准确度。故在理论上和实践中都奠定了远场涡流检测技术应用基础。

4 高加钢管的远场涡流检测的工艺

4·1 使用的检测设备

ET-556H便携式远场涡流探伤仪,外径Φ10mm的远场探头及磁饱和差动探头。检测频率f1=350 Hz,磁饱和法检测频率f1=100 kHz

4·2 远场涡流检验的方法

采用远场涡流法磁饱和探头法检验在役热交换器钢管,效果良好,它可以解决铁磁性材料由于磁导率μ 1,而渗透深度极薄及磁导率不均匀引起较高噪音信号的问题。另外由于远场涡流检测法中检测线圈测量的物理量与普通涡流法不同,不是测量线圈的阻抗值,而是测量检测线圈的感应电压和激励信号的相位差。后者不能对缺陷的深度进行定量,也不是易检测到支撑板及管板下的缺陷。而使用磁饱和探头法是在探头内部安装高强度稀土永久磁铁,从而将要检测的局部管壁磁化并达到饱和状态。当被检管壁基本处于磁饱和状态时,磁噪音被抑制,这  时信号的幅值将取决于缺陷体积大小,而信号的相位主要由缺陷的深度决定,这与非铁磁性管子的涡流检测情况类似。

检测采用标定管是将Φ1·2 mm通孔信号的相位调整为40°,Φ2 mm通孔信号的相位大约是38°,并做出相位———缺陷深度曲线,据此,可精确地确定缺陷的当量大小及缺陷深度占壁厚的百分比。

4·3 涡流检验标准

目前,在役热交换器管的检验还没有标准,通常参考GB/T7735-87《钢管涡流探伤方法》,该标准制定时采用阻抗分析技术的涡流仪,当时远场涡技术还未出现。对缺陷的评定只考虑了反映缺陷体积的信号相位,没有顾及到反映缺陷深度的信号相位,因而有其局限性。随着远场涡流技术的开发和应用,在缺陷评定上我们制定了如下原则:

(1)缺陷信号幅值超过Φ1·2 mm通孔的为记录标准(不论缺陷深度大小。)

(2)缺陷信号幅值超过Φ2 mm通孔的为堵管标准(不论缺陷深度大小)。

(3)缺陷深度超过50%壁厚的为记录标准(不论其信号幅值大小)。

(4)缺陷深度超过80%壁厚的为堵管标准(不论其信号幅值大小)。

根据标准在探伤过程中凡发现超过堵管标准的信号显示时,而探伤人员无法确定为非相关信号时,一律判废。

5 检验结果

按照上述的缺陷评定标准,1号高加未发现超过记录标准及堵管标准的管子。2号高加建议堵管5根,监督运行5根。3号高加建议堵管3根,监督运行2根。同一根管段上有的存在多个缺陷。但每根管段上的典型缺陷多数分布在距管口300 mm的位置。

6 高压加热器钢管的质量分析

高压加热器钢管的泄漏与其运行状况紧密相关,高加在运行中具有如下特点:

(1)进出水流对管板的冲击造成较大的管板弯曲应力,导致管板与管板胀接处萌生裂纹,并向内延伸。

(2)疏水区域由于疏水不良,造成管段腐蚀,特别是汽水两相混合区域尤为严重。

(3)进水室管口向内300 mm的管段存在水流的冲刷减薄,乃至开裂。

鉴于上述特点,今后的检查范围重点是整个下水室,管口向内300 mm的管段。

通过此次对高加钢管的远场涡流探伤检查及采取了相应的措施,保证了高压加热器安全稳定地运行,也给远场流检测技术应用在电厂钢管质量检验奠定了基础,为类似高压加热器的热交换器钢管的质量控制提供了良好的方法。

[整理编辑:CK365测控网]
标签:  无损检测[1]    涡流检测[35]
 
[ 论文搜索 ]  [ ]  [ 好友分享 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]  [ 返回顶部 ]

版权与免责声明:

①凡本网注明"来源:CK365测控网"的所有作品,版权均属于CK365测控网,转载请必须注明CK365测控网 www.ck365.cn。违反者本网将追究相关法律责任。
②本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。
③如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

注册成为CK365测控网会员

可以无需任何费用浏览专业技术文章

 
 
注册CK365测控网会员以便浏览全文