國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司 于 巖 曾啟暢 郭 韻

遠(yuǎn)場渦流（RFT）技術(shù)最早發(fā)表于1951年美國W.R.Maclean的一篇專利報告中，50年代末60年代初，殼牌公司將該技術(shù)成功應(yīng)用于油井套管的檢測中。在核電領(lǐng)域，遠(yuǎn)場渦流技術(shù)更多地被用于鐵磁性傳熱管的在役檢查中。

標(biāo)準(zhǔn)方面，美國ASTM E2096對于已安裝鐵磁性傳熱管（外徑12.7mm至50.8mm，壁厚0.71mm至3.4mm）遠(yuǎn)場渦流檢測的基本要求、系統(tǒng)、樣管、程序、報告等內(nèi)容。2010版ASME第V卷第17章引用了E2096，并對對比樣管、系統(tǒng)準(zhǔn)備及參數(shù)設(shè)置等內(nèi)容進(jìn)行了補(bǔ)充。無論E2096還是ASME第V卷第17章，都未涉及驗收的要求。國內(nèi)的遠(yuǎn)場標(biāo)準(zhǔn)如NB/T 47013.6-2015和DL/T 833-2004基本參考引用了E2096，由于儀器設(shè)備的原因，都不要求遠(yuǎn)場渦流信號用極坐標(biāo)電壓幅值平面，這對于遠(yuǎn)場渦流信號分析是不利的。DL/T 833-2004增加了檢測結(jié)果的評定，為實際缺陷評定及處理提供了依據(jù)。

無論參考ASME或E2096或者依據(jù)國內(nèi)NB/T 47013.6-2015和DL/T 833-2004進(jìn)行現(xiàn)場的遠(yuǎn)場渦流檢測，都會遇到一些問題，比如如何設(shè)計和使用對比樣管；缺陷信號特征分析；缺陷的定量。實際上，國內(nèi)鐵磁性遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)并未完全應(yīng)用成熟，尤其在分析技術(shù)上還存在諸多問題，個別文獻(xiàn)也只針對碳鋼管。

1 鐵磁性不銹鋼傳熱管的常見降質(zhì)形式

TP439鐵素體不銹鋼換熱管的抗腐蝕特性優(yōu)于碳鋼，特別在高溫下有良好的力學(xué)性能，熱膨脹系數(shù)與碳鋼相當(dāng)，與奧氏體不銹鋼相比，具有良好的傳熱性和耐蝕性（耐氯化物應(yīng)力腐蝕、耐點蝕、耐縫隙腐蝕等局部腐蝕），高溫抗氧化性更高，膨脹系數(shù)小，抗熱應(yīng)力能力大，在運(yùn)行條件下應(yīng)力腐蝕開裂敏感性小，硬度高，具有優(yōu)良的耐磨和耐沖蝕性能，又在停機(jī)期間不需要?dú)庀啾Ｗo(hù)，且價格便宜。國際上核電機(jī)組的高壓加熱器已大量采用這種換熱管，國內(nèi)嶺澳、紅沿河、寧德以及田灣核電三、四號機(jī)組也采用了該材質(zhì)。

雖然鐵素體不銹鋼具有諸多優(yōu)良性能，但是由于其可焊性差，在焊接過程中容易產(chǎn)生微裂紋；在冷變形的過程中，存在脆性開裂；室溫及低溫韌性差，缺口敏感性高，對晶間腐蝕比較敏感（尤其在氯離子的化學(xué)侵蝕下）。高壓加熱器傳熱管采用鐵素體不銹鋼材料時，主要的失效形式包括：腐蝕（晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕）、液體沖蝕、裂紋以及振動磨損。

2 鐵磁性不銹鋼傳熱管的缺陷遠(yuǎn)場渦流分析

2.1 缺陷特征分析

通過一系列試驗研究發(fā)現(xiàn)：遠(yuǎn)場渦流對于體積量較小的缺陷（比如孔徑小于一倍壁厚以下的通孔）是不靈敏的，因此遠(yuǎn)場渦流是用于檢測較大的缺陷或大面積管壁減薄的；遠(yuǎn)場渦流對于內(nèi)壁缺陷和外壁缺陷是無法從相位上予以區(qū)分的，因此對比樣管上都采用了外壁缺陷表征；遠(yuǎn)場渦流由于檢測線圈響應(yīng)范圍比常規(guī)渦流探頭要大，所以缺陷的分辨力不如常規(guī)探頭，相鄰缺陷信號比較容易疊加，疊加之后信號特征分析由于篇幅關(guān)系在本文中不作討論；遠(yuǎn)場渦流檢測對于缺陷的軸向方向的變化能夠反映在信號特征，但同一圓周上缺陷的幾何形態(tài)和數(shù)量是綜合作用于信號的幅值上，并不能從信號特征上予以區(qū)分。

基于以上所述第4點，遠(yuǎn)場渦流信號從信號特征只能分為長缺陷（軸向長度超過檢測線圈響應(yīng)范圍）和短缺陷（軸向長度小于檢測線圈響應(yīng)范圍）兩種。而遠(yuǎn)場渦流探頭根據(jù)激勵形式的不同又可以分為單激勵和雙激勵。下文針對單激勵和雙激勵的渦流信號特征進(jìn)行闡述。

2.1.1 單激勵探頭信號特征

單激勵探頭是遠(yuǎn)場檢測探頭中常見的一類內(nèi)穿差分式探頭，探頭由1個激勵線圈與2個檢測線圈組成。由于兩個檢測線圈距離激勵線圈的相對距離不一致，因此信號上呈現(xiàn)“8”字不對稱的特點，但相較于雙激勵探頭，其具有檢測盲區(qū)較小的優(yōu)勢。如圖1所示，靠近探頭頂部的為激勵線圈，靠近探頭尾部的藍(lán)色及紅色線圈為檢測線圈。

圖1 單激勵探頭示意圖

短缺陷在差分通道上表現(xiàn)為一個較大差分信號和一個單邊小信號，絕對通道極坐標(biāo)上是兩個幅值和角度近似的單邊信號，單激勵短缺陷（圓底孔）的特征如圖2所示。

圖2 短缺陷顯示信號（圓底孔）

另外，如圖3所示的幾種缺陷信號特征也和圖2類似。

圖3 具有短缺陷特征的缺陷

長缺陷在差分通道上表現(xiàn)為一個差分大信號（信號中有“臺階”）和一個單邊小信號（信號有“臺階”），絕對通道極坐標(biāo)上是兩個幅值和角度近似的單邊信號（有“臺階”），單激勵長缺陷（周向槽）的特征如圖4所示。

圖4 長缺陷顯示信號（長環(huán)槽）

另外，如圖5所示長單邊槽信號響應(yīng)也和圖4類似。

圖5 單邊長槽

2.1.2 雙激勵探頭信號特征

雙激勵探頭是遠(yuǎn)場檢測探頭中另一類常見的內(nèi)穿差分式探頭，探頭由2個激勵線圈與2個檢測線圈組成。如圖6所示，靠近探頭兩端的是激勵線圈，探頭中部的藍(lán)色及紅色線圈為檢測線圈。由于雙激勵探頭存在兩個激勵線圈，因此雙激勵探頭的長度較單激勵探頭長很多，檢測盲區(qū)也更大，但信號的對稱性上明顯優(yōu)于單激勵探頭。

圖6 雙激勵探頭示意圖

短缺陷在差分通道和絕對通道上表現(xiàn)為一個較大差分信號和兩側(cè)各有一個單邊小信號，雙激勵短缺陷（圓底孔）的特征如圖7所示。

圖7 短陷顯示信號（180°短槽）

另外，圖8所示幾種缺陷信號特征也和圖7類似。

圖8 具有短缺陷特征的缺陷

長缺陷在差分通道上和絕對通道上都出現(xiàn)了“臺階”“一大兩小信號”都變長，長缺陷（周向槽）的特征如圖9所示。另外，對于雙激勵探頭，圖5所示單邊長槽的信號特征和圖9相類似。

圖9 長缺陷顯示信號（長環(huán)槽）

2.2 信號顯示評定方法

根據(jù)上文中信號特征對缺陷信號進(jìn)行分類，信號顯示可分為長缺陷和短缺陷。實際長缺陷包括了周向、軸向、漸變長缺陷。實際短缺陷包括了點狀、軸向和周向短缺陷。點狀&短軸向缺陷和短周向缺陷從幅值上可以進(jìn)行區(qū)分，短周向缺陷的幅值大于點狀&短軸向缺陷。將長缺陷、點狀或短軸向缺陷、短周向缺陷三類分別依據(jù)如圖10所示流程進(jìn)行評定。

圖10 信號顯示評定流程圖

以上評定缺陷所用判傷曲線，都應(yīng)采用與被檢缺陷形態(tài)近似的不同深度的人工缺陷制作擬合。以點狀缺陷為例，可采用圖11所示對比樣管。

圖11 點狀缺陷對比樣管

以短周向缺陷為例，若實際缺陷是單側(cè)的減薄，則可采用圖12所示單邊周向短槽的對比樣管。

圖12 單邊周向短槽的對比樣管

將研究結(jié)果應(yīng)用于某核電廠在役檢查，對Φ19×0.9mm低壓加熱器的TP439傳熱管實施遠(yuǎn)場渦流檢測，其中一臺發(fā)現(xiàn)了缺陷，一處缺陷深度壁厚減薄量超過40%。

3 結(jié)語

采用遠(yuǎn)場渦流可有效地檢測鐵素體不銹鋼傳熱管中較大體積量的缺陷。依據(jù)缺陷的信號特征可將缺陷區(qū)分為長缺陷和短缺陷，再依據(jù)幅值可以進(jìn)一步將短缺陷細(xì)分為點狀還是周向缺陷，從而實現(xiàn)缺陷的分類和評定。缺陷的評定時，所用對比樣管的人工缺陷要和實際缺陷類似，以不同深度缺陷擬合出判傷曲線。本文系統(tǒng)地闡述了對于鐵素體不銹鋼傳熱管遠(yuǎn)場渦流檢測分析中缺陷特征分析、缺陷評定以及對比樣管缺陷設(shè)計三個重點，對于行業(yè)內(nèi)，在參考國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實施遠(yuǎn)場渦流檢測有參考和借鑒價值。