楊建東 馬超 陶飛

摘要：某船空調系統(tǒng)使用6臺冷水主機，在經過10年的運行使用后進入大修，擬通過電渦流探傷方式確定蒸發(fā)器和冷凝器的換熱管損傷狀況，以確定下一步的維修計劃?，F(xiàn)首先闡述了電渦流檢測的原理、特點，然后應用渦流探傷的阻抗表面分析法對機組換熱管缺陷進行了檢測，最后在對測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基礎上，為機組換熱管的維修提出了合理的建議。

關鍵詞：渦流探傷;電磁檢測;無損檢測

0 引言

隨著計算機技術、微電子技術和數(shù)字信號處理技術的發(fā)展日新月異，電磁渦流無損檢測技術也得到了長足發(fā)展，應用日益廣泛。渦流無損檢測方法具有檢測速度快、靈敏度高以及非接觸式檢測等優(yōu)點，缺陷的檢測結果由機器判斷產生，避免了人為因素的影響，從而在很大程度上保證了探傷結果的客觀性，提高了探傷質量，且可實現(xiàn)自動化探傷。因此，在汽輪發(fā)電機轉子大軸中心孔、鋼管、熱交換器銅合金管的無損探傷中，渦流探傷已經成為有效的缺陷檢測手段。

1 渦流檢測的原理和特點

1.1? ? 渦流檢測原理

電磁渦流檢測的理論基礎是電磁感應，即用激磁線圈使導電構件內產生渦流，借助探測線圈測定渦流的變化量，從而獲得構件缺陷的有關信息。首先在探頭的激勵線圈中通以激勵電流，在附近的被測管壁中就會感應出渦流，當導體表面或近表面出現(xiàn)缺陷或測量金屬材料的一些性質發(fā)生變化時，將影響到渦流的強度和分布，而渦流的變化又使檢測線圈的阻抗或感應電壓產生變化，這種變化使測量橋輸出一個相應的不平衡信號，經放大處理后，在顯示器上顯示出一個具有一定相位角和幅值的軌跡，供探傷人員判斷缺陷的性質和大小。

1.2? ? 渦流檢測線圈及其分類

渦流探傷是用檢測線圈來建立交變磁場，把能量傳遞給被檢導體，同時又通過渦流所建立的交變磁場來獲得被檢測導體中的質量信息。檢測線圈的形狀、尺寸和技術參數(shù)對于最終檢測來說至關重要。在渦流探傷中，往往根據(jù)被檢測體的形狀、尺寸、材質和質量要求（檢測標準）等來選定檢測線圈的種類。常用的檢測線圈有3種：

1.2.1? ? 穿過式線圈

穿過式線圈是將被檢測試樣放在線圈內進行檢測的線圈，適用于管、棒、線材的探傷。由于線圈產生的磁場首先作用于試樣外壁，因此檢出外壁缺陷的效果較好，內壁缺陷的檢測是利用磁場的滲透來進行的。一般來說，內壁缺陷檢測靈敏度比外壁低。厚壁管材的缺陷是不能使用外穿式線圈來檢測的。

1.2.2? ? 內插式線圈

內插式線圈是放在管子內部進行檢測的線圈，專用來檢查厚壁或鉆孔內壁的缺陷，也用來檢查成套設備中管子的質量，如熱交換器管的在役檢驗。

1.2.3? ? 探頭式線圈

探頭式線圈是放置在試樣表面上進行檢測的線圈，它不僅適用于形狀簡單的板材、板坯、方坯、圓坯、棒材及大直徑管材的表面掃描探傷，還適用于形狀較復雜的機械零件的檢查。與穿過式線圈相比，由于探頭式線圈的體積小、場作用范圍小，所以適用于檢查尺寸較小的表面缺陷。

2 渦流檢測儀器在冷凝器換熱管和蒸發(fā)器換熱管中的探傷應用

某船舶空調系統(tǒng)使用6臺冷水主機，在經過10年的運行使用后進入中修階段，擬通過渦流探傷方式確定螺桿機組蒸發(fā)器和冷凝器的換熱管（銅合金管）損傷狀況，以擬定下一步維修計劃。由于船舶進塢中修，渦流探傷執(zhí)行前已具備條件對設備進行排水、清洗換熱管、吹掃換熱管內壁及干燥作業(yè)。渦流檢測可以很容易檢測出銅合金管外表面和近表面的缺陷，作為一種相對的測量方法，在對管子進行渦流檢測之前，必須預先制作與被檢管具有相同或相近的規(guī)格牌號、熱處理狀態(tài)、表面狀態(tài)和電磁性能的標準樣管。用制作好的標準樣管來調節(jié)渦流檢測儀器的靈敏度以及確定評定標準。檢測前可根據(jù)渦流滲透深度公式進行檢測頻率的預選，再對已加工好的標準樣管進行測試，進一步修正參數(shù)，最后找出頻率、相位、增益等參數(shù)的最佳值。在最佳情況下，取得標準樣管上的人工缺陷的幅度、相位及深度等參數(shù)，并以這些參數(shù)作為檢測標準對待檢管進行實際檢測。

2.1? ? 檢測工作安排

檢測前，我們制定了一個工作計劃，主要包含以下幾個關鍵步驟：銅管的清洗及吹干、標準樣管和檢測探頭的制作、渦流測試儀的調試校準、標準曲線制作、數(shù)據(jù)采集與判斷決策、疑點信號的分析、檢測結果數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、結論及建議、機組復位開機。

2.2? ? 檢測結果數(shù)據(jù)采集和分析

2.2.1? ? 檢測數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計

本次受檢測的冷凝器共有203根熱交換銅管，蒸發(fā)器共有340根熱交換管，機組冷凝器內部有2塊支撐板，加上2塊管板可將冷凝器換熱銅管均勻分成3段，為了準確定位缺陷位置以方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，把離測試位置最近的一段標記為位置1，共有609個位置點。損傷幅度值是與樣管的通孔值做比較得出的關于損傷面積的一個比較值。損傷深度比值是和銅鎳管壁厚相比較得出的數(shù)據(jù)。另外，對于不能確定信號是由缺陷產生的情況，用內窺鏡加以驗證確認。換熱管損傷標記表如表1所示。通過對檢測數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場采集和統(tǒng)計分析，共發(fā)現(xiàn)冷凝器的184根換熱管存在損傷，其中嚴重損傷94處，較重損傷55處，一般損傷27處，輕微損傷8處，分別占冷凝器換熱管總數(shù)的46.30%、27.09%、13.30%、3.94%;其中無明顯損傷管道19根，占換熱管總數(shù)的9.36%;發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器的340根換熱管中有70根存在鼓包現(xiàn)象，因鼓包較嚴重渦流探頭無法通過，不能測試;有18根存在微鼓包現(xiàn)象，微鼓管的鼓包較小，渦流探頭能通過并測試，分別占蒸發(fā)器換熱管總數(shù)的20.59%、5.29%。另外發(fā)現(xiàn)4根存在一般損傷，3根存在嚴重損傷。

2.2.2? ? 檢測數(shù)據(jù)結果分析

通過對檢測數(shù)據(jù)和損傷特征進行觀察分析，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）冷凝器換熱管的主要損傷為化學腐蝕，其實際損傷情況可以結合內窺鏡加以驗證。冷卻水中沉積物造成換熱器銅管表面不同部位上的供氧差異和介質濃度差會導致局部腐蝕，Cl-等活性離子能破壞金屬或合金表面的鈍化膜，增進腐蝕，水中的溶解氧引起腐蝕電池的陰極去極化，導致金屬腐蝕加劇。另外，循環(huán)冷卻水中的懸浮物、泥沙等固體顆粒硬物對冷凝器入口端換熱管的沖擊、摩擦，致使換熱器銅管減薄。

（2）蒸發(fā)器換熱管的主要損傷是鼓包。機組水溫控制過低，導致蒸發(fā)器膨脹閥出口局部蒸發(fā)溫度過低，使該部位偶爾有部分結冰情況而造成換熱管產生鼓包。個別換熱管可能在支撐板位置有磨損情況，對于部分異常波形有待后續(xù)進一步研究和驗證。

2.3? ? 檢測結果及處理建議

根據(jù)以上對檢測數(shù)據(jù)的分析和損傷的排查驗證，機組冷凝器換熱管損傷主要為腐蝕及沖擊損傷，冷凝器換熱管管壁較厚，內部支撐板的強度較高，可以承受拔管及二次脹管的受力，在更換換熱管后可以繼續(xù)正常使用，建議對冷凝器進行換管處理。蒸發(fā)器換熱管的損傷主要是內壁的機械損傷，該機組蒸發(fā)器使用時間比較長，換熱管存在微量變形，且靠近入口位置大量存在向內鼓包形式的損傷，加上蒸發(fā)器的折流板厚度較小，拔管時將反復受力，容易造成變形、孔徑變大等狀況，更換新管后在換熱管與損傷的折流板接觸位置，極易在短時間內出現(xiàn)再次機械損傷，建議整體更換蒸發(fā)器。

3 結語

本文利用渦流探傷的阻抗表面分析法，對冷水機組蒸發(fā)器和冷凝器的換熱管損傷狀況進行了檢測，在對測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基礎上，對機組換熱管的維修提出了合理的計劃方案和建議，具有很強的現(xiàn)實指導意義。

收稿日期：2020-06-01

作者簡介：楊建東（1976—），男，江蘇揚中人，高級工程師，主要從事船舶資源管理和船員培訓工作。