沈丁杰，鄒建偉，胡彬

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007）

鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼管彎頭表面裂紋渦流檢測(cè)技術(shù)研究

沈丁杰，鄒建偉，胡彬

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007）

針對(duì)火電廠鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼管彎頭渦流檢測(cè)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制作馬鞍型陣列式渦流探頭和對(duì)比試樣，改進(jìn)升級(jí)ET-556H多頻渦流檢測(cè)儀，并通過(guò)試驗(yàn)提出火電廠鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼管彎頭渦流檢測(cè)的最佳參數(shù)。本渦流檢測(cè)技術(shù)不僅方便操作，而且可提高檢測(cè)分辨率和靈敏度，對(duì)于火電廠鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼管外表面0.4 mm深的周向線性缺陷和0.5 mm深的軸向線性缺陷具有較高的檢測(cè)靈敏度。

奧氏體不銹鋼管;彎頭;表面裂紋;渦流檢測(cè);馬鞍型陣列式渦流探頭

隨著技術(shù)的發(fā)展，火電機(jī)組向高參數(shù)、大容量發(fā)展，大量采用高等級(jí)金屬材料，如鍋爐受熱面管子大量采用TP304H和TP347H奧氏體不銹鋼管。近幾年來(lái)，某些300 MW機(jī)組亞臨界鍋爐分隔屏夾持管奧氏體不銹鋼管彎頭長(zhǎng)期運(yùn)行后，在內(nèi)、外彎位置產(chǎn)生表面橫向晶界腐蝕裂紋而發(fā)生爆管;某些600 MW機(jī)組超 (超)臨界鍋爐高溫過(guò)熱器、高溫再熱器奧氏體不銹鋼管彎頭因在制造過(guò)程中固溶處理不到位，運(yùn)行較短時(shí)間后就產(chǎn)生表面橫向應(yīng)力腐蝕裂紋而發(fā)生爆管。

目前，由于尚未有一種成熟檢測(cè)技術(shù)可對(duì)火電廠鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼管彎頭進(jìn)行有效檢測(cè)，本文針對(duì)其檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、需遠(yuǎn)距離作業(yè)的特點(diǎn)，提出一種操作方便、能對(duì)不銹鋼管彎頭進(jìn)行快捷有效檢測(cè)的渦流檢測(cè)技術(shù)。

1 試驗(yàn)設(shè)備

1.1 探頭設(shè)計(jì)制作

為提高檢測(cè)效率，特設(shè)計(jì)了馬鞍型陣列式渦流傳感器。傳感器根據(jù)被檢奧氏體不銹鋼管外徑大小設(shè)計(jì)，由數(shù)個(gè)兩兩互為激勵(lì)和接收的二維陣列點(diǎn)式渦流線圈排列組成，可覆蓋鋼管半個(gè)圓周面，僅需軸向掃查一次即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不銹鋼管彎頭半個(gè)外弧面的檢測(cè)。

另外，設(shè)計(jì)將傳感器安裝于雙叉式探頭支架上，支架兩端設(shè)置可軸向滾動(dòng)的滾輪 (如圖1)。由此，可使傳感器在操作過(guò)程中自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)角與被檢面進(jìn)行吻合，降低探頭擺動(dòng)帶來(lái)的信號(hào)干擾。

圖1 探頭設(shè)計(jì)示意圖

1.2 渦流檢測(cè)儀改進(jìn)升級(jí)

為解決現(xiàn)場(chǎng)渦流檢測(cè)探頭數(shù)據(jù)線延長(zhǎng)帶來(lái)的諸多問(wèn)題，如儀器輸出功率大大降低、探頭驅(qū)動(dòng)信號(hào)和缺陷檢測(cè)信號(hào)極大衰減和空間磁場(chǎng)等噪聲信號(hào)成倍增加等，以及提高儀器對(duì)缺陷信號(hào)的檢測(cè)分辨率和靈敏度，在傳統(tǒng)的ET-556H多頻渦流檢測(cè)儀內(nèi)部增加了內(nèi)置放大模塊和探頭功率驅(qū)動(dòng)模塊，如圖2。

圖2 改造后電路原理示意圖

另外，為降低彎頭曲率不均勻帶來(lái)的提離信號(hào)和傳感器中各點(diǎn)式渦流線圈之間引起的互感信號(hào)的干擾，進(jìn)一步提高檢測(cè)信噪比，對(duì)原有傳統(tǒng)的AΦ多頻混合運(yùn)算法進(jìn)行優(yōu)化，將用2個(gè)約為倍率的激勵(lì)頻率同時(shí)對(duì)同一個(gè)渦流傳感器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，改為用雙頻混合激勵(lì)頻率對(duì)二維陣列渦流傳感器兩兩進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

1.3 對(duì)比試樣設(shè)計(jì)制作

為評(píng)價(jià)儀器、探頭的檢測(cè)效果和建立評(píng)價(jià)奧氏體不銹鋼管彎頭檢測(cè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)國(guó)內(nèi)各火電廠鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼管材質(zhì)、規(guī)格情況，采用6根外徑大小分別為 Ф38 mm，Ф45 mm，Ф51 mm，Ф54 mm，Ф57 mm，Ф63 mm的備用奧氏體不銹鋼管(材質(zhì)為TP347H或TP304H)設(shè)計(jì)制作了6種不同規(guī)格的對(duì)比試樣。每一個(gè)對(duì)比試樣采用電火花加工了8個(gè)深度分別為 0.2 mm，0.4 mm，0.6 mm，0.8 mm，1.0 mm，1.5 mm，2.0 mm，2.5 mm 的周向槽和 2 個(gè)深度分別為0.5 mm，1.0 mm 的軸向槽人工缺陷(槽寬0.2 mm、長(zhǎng)25 mm)，分別用來(lái)模擬周向和軸向線性缺陷;并按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7735—2004《鋼管渦流探傷檢驗(yàn)方法》驗(yàn)收等級(jí)A，B要求分別加工徑向通孔各1個(gè)，用來(lái)模擬點(diǎn)腐蝕、材料夾雜、成分偏析、熱處理或磁性不均勻等缺陷。人工缺陷布置如圖3。

圖3 奧氏體不銹鋼管對(duì)比試樣示意圖

2 試驗(yàn)分析

2.1 噪聲干擾試驗(yàn)

將設(shè)計(jì)制作的Φ45 mm規(guī)格馬鞍型陣列式渦流探頭，連接改進(jìn)升級(jí)前ET-556H多頻渦流檢測(cè)儀，檢測(cè)規(guī)格為Φ45 mm、材質(zhì)為TP347H的對(duì)比試樣上的各人工缺陷，發(fā)現(xiàn)傳感器中各點(diǎn)式渦流線圈之間引起的互感信號(hào)和探頭擺動(dòng)時(shí)的提離信號(hào)很大，而缺陷信號(hào)較弱。

而經(jīng)優(yōu)化多頻混合運(yùn)算升級(jí)后的ET-556H多頻渦流檢測(cè)儀，檢測(cè)同一對(duì)比試樣上各人工缺陷，發(fā)現(xiàn)上述干擾現(xiàn)象基本消除，各人工缺陷信號(hào)清晰、明顯，信噪比大幅提高。

2.2 信號(hào)衰弱試驗(yàn)

用改進(jìn)升級(jí)前ET-556H多頻渦流檢測(cè)儀，檢測(cè)規(guī)格為Φ51 mm、材質(zhì)為TP304H的對(duì)比試樣上的各人工缺陷，發(fā)現(xiàn)當(dāng)數(shù)據(jù)線為30 m時(shí)，增益80 dB才勉強(qiáng)可分辨各人工缺陷，且信號(hào)幅值極低;當(dāng)數(shù)據(jù)線為60 m時(shí)，增益80 dB才勉強(qiáng)可分辨深度≥1.0 mm的人工缺陷。

增加內(nèi)置放大模塊和探頭功率驅(qū)動(dòng)模塊改進(jìn)后的ET-556H多頻渦流檢測(cè)儀，檢測(cè)同一對(duì)比試樣上的各人工缺陷，發(fā)現(xiàn)僅需增益40 dB即可清晰分辨各人工缺陷。

2.3 對(duì)比試樣管人工缺陷阻抗圖分析

規(guī)格為Φ57 mm、材質(zhì)TP304H的對(duì)比試樣缺陷阻抗圖如圖4～6所示。

從圖4～6可看到，各人工缺陷渦流信號(hào)清晰、明顯，噪聲信號(hào)基本消除。由此可見(jiàn)，本渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)于奧氏體不銹鋼管外表面缺陷具有較高的檢測(cè)靈敏度，且對(duì)于周向外表面缺陷的檢測(cè)靈敏度要高于軸向缺陷，同時(shí)能滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7735—2004《鋼管渦流探傷檢驗(yàn)方法》驗(yàn)收等級(jí)B的檢驗(yàn)要

圖4 Φ57 mm對(duì)比試樣0.4 mm深周向槽阻抗圖

圖5 Φ57 mm對(duì)比試樣0.5 mm深軸向槽阻抗圖

圖6 Φ57 mm對(duì)比試樣1.4 mm孔徑通孔阻抗圖求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

某電廠2號(hào)機(jī)組額定容量300 MW，鍋爐為HG-1025/18.2-WH10型亞臨界一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐，于1996年12月投產(chǎn)。分隔屏夾持管下彎頭規(guī)格為Φ51 mm×6 mm，材質(zhì)為TP304H。

采用本技術(shù)對(duì)其分隔屏24根夾持管共48個(gè)下彎頭及附近直管進(jìn)行100%渦流檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)1根夾持管2個(gè)下彎頭外弧側(cè)區(qū)域均存在大面積周向超標(biāo)缺陷信號(hào) (如圖7);對(duì)更換下來(lái)的彎頭進(jìn)行滲透檢測(cè)復(fù)查確認(rèn)為表面微裂紋 (如圖8)。

4 結(jié)論

圖7 某電廠2號(hào)爐夾持管彎頭外弧側(cè)區(qū)域缺陷阻抗形貌圖

圖8 某電廠2號(hào)爐夾持管彎頭外弧側(cè)區(qū)域滲透檢測(cè)復(fù)查缺陷形貌圖

(1)本技術(shù)設(shè)計(jì)制作的馬鞍型陣列式渦流探頭結(jié)構(gòu)輕巧、操作方便，且能很好地與被檢面吻合;改進(jìn)升級(jí)后的ET-556H多頻渦流檢測(cè)儀有效抑制了檢測(cè)時(shí)的各種噪聲信號(hào)干擾，降低了數(shù)據(jù)線延長(zhǎng)帶來(lái)的信號(hào)衰減。

(2)通過(guò)試驗(yàn)確定了奧氏體不銹鋼管渦流檢測(cè)的最佳參數(shù):激勵(lì)頻率為一通道210～260 kHz、二通道60～120 kHz，相位為250°～280°，增益為40～60 dB。

(3)本技術(shù)提高了對(duì)缺陷信號(hào)的檢測(cè)分辨率和靈敏度，對(duì)于奧氏體不銹鋼管外表面0.4 mm深的周向線性缺陷和0.5 mm深的軸向線性缺陷具有較高的檢測(cè)靈敏度，且周向缺陷的檢測(cè)靈敏度高于軸向缺陷，能滿足奧氏體不銹鋼管各種危險(xiǎn)性缺陷檢出的要求。

(4)本技術(shù)能夠?qū)υ谝奂霸牧鲜軣崦鎶W氏體不銹鋼管彎頭進(jìn)行快速、有效的檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

Study on eddy current testing technique of austenitic stainless steel tube elbow surface crack for boiler heating surface in thermal power plants

SHEN Ding-jie，ZOU Jian-wei，HU Bin
(Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

For eddy current testing characteristics of austenitic stainless steel tube elbow of the boiler heating surface，saddle array eddy current sensors and reference blocks were designed and made，and ET-556H multi-frequency eddy current analyzer were improved.The best parameters of eddy current testing of austenitic stainless steel tube elbow for boiler heating surface were proposed by experiment.The eddy current testing technique is easy to operate，and can improve the detection resolution and sensitivity.Especially it is with high sensitivity for 0.4 mm deep circumferential linear defects and 0.5 mm deep axial linear defects of outer surface of austenitic stainless steel.

austenitic stainless steel tube;elbow;surface crack;eddy current testing;saddle array eddy current sensor

TG26

A

1008-0198(2011)03-0005-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.002

2010-09-21

沈丁杰(1981— )，男，漢族，湖南邵東人，碩士研究生，主要從事電站鍋爐壓力容器檢驗(yàn)、電站金屬部件檢驗(yàn)檢測(cè)等工作。