于軍輝　王曉磊　李小寧

【摘 要】在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)了模擬缺陷邊界定位變化規(guī)律，并采用該方法對(duì)Zr-4合金槽型缺陷邊界進(jìn)行定位。通過對(duì)比常規(guī)渦流檢測(cè)方法和銅絲缺陷邊界定位方法對(duì)Zr-4合金管上5mm的槽傷的邊界定位，采用傳統(tǒng)的渦流檢測(cè)方法，其對(duì)應(yīng)的缺陷邊界結(jié)果誤差為8mm，采用銅絲缺陷邊界定位方法的結(jié)果誤差小于2mm。利用模擬缺陷邊界定位的方法可有效的對(duì)Zr-4合金管材缺陷邊界進(jìn)行有效定位。

【關(guān)鍵詞】Zr-4合金；渦流探傷；銅絲缺陷；邊界定位

The new method for eddy current defect boundary of Zr - 4 alloy

YU Jun-hui WANG Xiao-lei LI Xiao-ning

（State Nuclear BaoTi Zirconium Industry Company， Baoji， 721013， China）

【Abstract】In this paper， the regular of defect boundary location based on Zr-4 alloy were summarized on experimental simulation. By comparing the conventional eddy current testing method and copper wire defect boundary positioning method， the error of the old eddy current testing method and new testing method are 8 mm and 2 mm， independent. The results show tha the new method can offer a reference for eddy current defect boundary of Zr - 4 alloy.

【Key words】Zr-4 alloy； Eddy current flaw detection； Defect boundary

1 引言

鋯合金因在高溫高壓下具有優(yōu)良的核性能和抗腐蝕性能，所以常用于核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料。鋯合金在生產(chǎn)過程的主要缺陷有點(diǎn)坑、裂紋及尺寸波動(dòng)等缺陷，這種含有缺陷的鋯管材在堆內(nèi)運(yùn)行過程中會(huì)對(duì)反應(yīng)堆安全造成嚴(yán)重的威脅[1]。目前采用常規(guī)測(cè)量的方法是很難對(duì)渦流缺陷邊界精確定位的，誤差較大，這樣對(duì)Zr-合金管材缺陷研究的準(zhǔn)確性造成了嚴(yán)重的影響，甚至導(dǎo)致了誤選研究對(duì)象，不能正確分析結(jié)果，對(duì)加工工藝沒能起到很好的指導(dǎo)作用，因此對(duì)缺陷邊界定位精度的方法一直是無(wú)損檢測(cè)人員研究的課題之一。王曉磊[2]等人利用移動(dòng)金屬片靠近缺陷定位的方法，針對(duì)Zr合金管材渦流檢測(cè)定位不準(zhǔn)確的問題進(jìn)行研究，獲得了精準(zhǔn)的定位效果，但該方法只是對(duì)缺陷突變截面最大處定位，而對(duì)于鋯合金缺陷的邊界定位方法較少。本文在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)了模擬缺陷邊界定位的變化規(guī)律，采用該方法對(duì)Zr-4合金管材缺陷邊界定位，與超聲檢測(cè)結(jié)果基本一致，驗(yàn)證該方法具有可靠性。

2 渦流缺陷邊界定位原理

渦流檢測(cè)是基于電磁感應(yīng)原理的無(wú)損檢測(cè)方法之一，對(duì)于薄壁管檢測(cè)常采用外穿差動(dòng)式探頭，其差動(dòng)探頭最外層為激勵(lì)線圈，在交變電流作用下激勵(lì)線圈附近感生交變磁場(chǎng)，處于交變磁場(chǎng)的管材會(huì)感生出渦感電流，當(dāng)管材中有缺陷或異質(zhì)金屬時(shí)，就會(huì)改變電流的流動(dòng)方向即引起阻抗變化，一個(gè)拾取線圈下有缺陷，另一個(gè)線圈下是管材正常區(qū)域，兩個(gè)拾取線圈會(huì)存在電壓差，就有渦流信號(hào)輸出，從而檢出缺陷。

由于銅絲端頭效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)選取銅絲來(lái)作為模擬缺陷信號(hào)，通過移動(dòng)銅絲靠近另一模擬缺陷，觀察兩個(gè)信號(hào)相遇過程中波幅度的變化以及阻抗平面上矢量信號(hào)軌跡的變化規(guī)律，根據(jù)共性特點(diǎn)與實(shí)際中兩個(gè)模擬缺陷之間距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后將一個(gè)模擬缺陷置于所要確定缺陷邊界附近，逐漸靠近缺陷，當(dāng)波幅度或阻抗矢量軌跡的共性特點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，找距離對(duì)應(yīng)關(guān)系，量取距離即為缺陷邊界位置。

3 實(shí)驗(yàn)

采用EEC-39+渦流檢測(cè)儀進(jìn)行缺陷邊界定位實(shí)驗(yàn)，渦流設(shè)備常用參數(shù)如表1所示。實(shí)驗(yàn)用鋯合金管材為某工程用鋯合金管材，其具體1.32～1.8%Sn、0.16～0.25%Fe、0.08～0.14%Cr、C≤0.026、H≤0.0025、O≤0.16、基體為Zr。按照表1的渦流參數(shù)，選取兩條Φ0.5×10mm長(zhǎng)的銅絲，分別研究銅絲相距1mm、3mm、5mm和10mm的渦流圖譜。在確定銅絲距離的基礎(chǔ)上，分別研究銅絲長(zhǎng)度為1mm、2mm、5mm和14mm條件下渦流圖譜。同上上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)確定了銅絲缺陷邊界定位方法及相關(guān)數(shù)據(jù)。以管材上面長(zhǎng)5mm的槽傷為基礎(chǔ)，利用模擬缺陷邊界定位的變化規(guī)律尋求已知槽傷邊界，可直觀驗(yàn)證模擬缺陷邊界定位方法的可行性。選取Zr-4合金管材上的缺陷，利用模擬缺陷邊界定位的方法對(duì)其邊界進(jìn)行定位，并用Rota25超聲檢測(cè)設(shè)備對(duì)缺陷邊界進(jìn)行驗(yàn)證。

表1 EEC-39+渦流檢測(cè)儀設(shè)備常用運(yùn)行參數(shù)

3 結(jié)果與分析

3.1 缺陷邊界定位方法

兩條銅絲距離對(duì)渦流相遇波幅影響的渦流圖譜如圖1所示。該黃色橢圓區(qū)域?yàn)椴ㄐ巫兓^察區(qū)域，時(shí)基線顯示方式為全波顯示，從圖中可以看出隨著兩銅絲之間距離變小，疊加后波的幅度起初是變大后變小的過程。銅絲長(zhǎng)度對(duì)渦流相遇波幅的變化規(guī)律的渦流圖譜如圖2。當(dāng)兩個(gè)銅絲距離大于5mm時(shí)，兩個(gè)相鄰截面所引起的各自渦流信號(hào)互不干擾，且每個(gè)截面通過兩拾取線圈時(shí)都會(huì)引起兩個(gè)波，波的幅度保持不變，即穿過各自截面的磁通鏈數(shù)目不變；兩個(gè)銅絲的相鄰距離在5mm范圍內(nèi)，兩個(gè)拾取線圈的渦流信號(hào)相互影響，兩個(gè)突變截面之間距離越近，影響越明顯，結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，當(dāng)兩個(gè)長(zhǎng)10mm銅絲從相距10mm到5mm時(shí)，第一個(gè)銅絲的第二個(gè)截面通過第二個(gè)拾取線圈所引起的信號(hào)與第二個(gè)銅絲的第一個(gè)截面通過第一個(gè)拾取線圈所引起的信號(hào)的矢量方向相同，相互疊加，疊加后矢量變大，即波的幅度增大；當(dāng)兩個(gè)長(zhǎng)10mm銅絲從相距5mm到1mm時(shí)，第一個(gè)銅絲的第二個(gè)截面通過第一個(gè)拾取線圈所引起的信號(hào)與前面所述的復(fù)合矢量方向相反，疊加后矢量變小，即波的幅度變小。通過上述現(xiàn)象先用模擬缺陷測(cè)試探頭的真實(shí)情況，因?yàn)樘筋^的激勵(lì)線圈的匝數(shù)和拾取線圈的寬度，跨距以及繞漆包線的均勻情況對(duì)缺陷處于真實(shí)交變磁場(chǎng)中的敏感程度不一，因此在利用波形變化確定缺陷邊界之前，必須對(duì)探頭進(jìn)行測(cè)試波形變化時(shí)對(duì)應(yīng)的實(shí)際距離，在觀其波形變化臨界狀態(tài)時(shí)，在銅絲邊沿軸向補(bǔ)加實(shí)際距離記為缺陷邊界，同理可得另一邊界。

3.2 模擬缺陷邊界定位方法對(duì)槽傷缺陷的應(yīng)用

模擬缺陷邊界定位方法對(duì)槽傷缺陷的應(yīng)用的渦流圖譜如圖3所示。將銅絲距槽傷邊界5mm時(shí)，調(diào)整頻率使其相遇的同向波矢量和最大，得到低頻200KHZ，將銅絲距槽傷邊界4mm時(shí)，調(diào)整頻率使其相遇的同向波矢量和最大，得到高頻600KHZ；然后將銅絲引起的信號(hào)靠近未知的槽傷信號(hào)，當(dāng)?shù)皖l通道出現(xiàn)相遇的同向矢量和最大時(shí)，繼續(xù)移動(dòng)1mm，觀察高頻通道是否會(huì)出現(xiàn)相遇的同向矢量和最大，這是對(duì)低頻驗(yàn)證，當(dāng)高頻出現(xiàn)相遇的同向矢量和最大，可從銅絲邊界量取4mm即為未知槽傷邊界，測(cè)量結(jié)果與槽傷邊界相距小于1mm，同理將管材調(diào)頭用同種方法測(cè)其另一槽傷邊界。最終實(shí)際測(cè)量缺陷邊界定位尺寸的結(jié)果誤差小于2mm。而采用傳統(tǒng)的渦流檢測(cè)方法，其對(duì)應(yīng)的缺陷邊界結(jié)果誤差為8mm。所以，采用銅絲缺陷邊界定位方法可有效的對(duì)槽傷缺陷邊界進(jìn)行定位。

3.3 應(yīng)用渦流缺陷邊界定位方法

選取Zr-4合金上的渦流缺陷，利用模擬缺陷邊界定位的方法對(duì)其邊界進(jìn)行定位，并用Rota25超聲檢測(cè)設(shè)備對(duì)缺陷邊界進(jìn)行驗(yàn)證。模擬缺陷邊界定位方法對(duì)渦流缺陷結(jié)果如圖4所示。其常規(guī)缺陷的邊界長(zhǎng)為2mm。利用超聲儀器Rota25對(duì)該Zr-4合金管材缺陷邊界定位，其缺陷的邊界距離約為3mm，具體結(jié)果見圖5。所以采用銅絲缺陷邊界定位方法可有效的對(duì)Zr-4合金管材上的渦流缺陷邊界進(jìn)行定位。

5 結(jié)論

5.1 在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)了模擬缺陷邊界定位變化規(guī)律，并采用該方法對(duì)Zr-4合金槽型缺陷邊界進(jìn)行定位。

5.2 通過對(duì)比常規(guī)渦流檢測(cè)方法和銅絲缺陷邊界定位方法對(duì)Zr-4合金管上5mm的槽傷的邊界定位，采用傳統(tǒng)的渦流檢測(cè)方法，其對(duì)應(yīng)的缺陷邊界結(jié)果誤差為8mm，采用銅絲缺陷邊界定位方法的結(jié)果誤差小于2mm。

5.3 利用模擬缺陷邊界定位的方法可有效的對(duì)Zr-4合金管材缺陷邊界進(jìn)行有效定位。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]