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

  浙江至德鋼業(yè)有限公司針對(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。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)。

一、試驗(yàn)設(shè)備

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。

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。

    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A－Φ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)。

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Ф38mm，Ф45mm，Ф51mm，Ф54mm，Ф57mm，Ф63mm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0.2mm，0.4mm，0.6mm，0.8mm，1.0 mm，1.5mm，2.0mm，2.5mm的周向槽和2個(gè)深度分別為0.5mm，1.0mm的軸向槽人工缺陷(槽寬0.2mm、長(zhǎng)25mm)，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。

二、試驗(yàn)分析

1. 噪聲干擾試驗(yàn)

   將設(shè)計(jì)制作的Φ45mm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Φ45mm、材質(zhì)為TP347H不銹鋼的對(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. 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Φ51mm、材質(zhì)為TP304H不銹鋼的對(duì)比試樣上的各人工缺陷，發(fā)現(xiàn)當(dāng)數(shù)據(jù)線為30m時(shí)，增益80dB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60m時(shí)，增益80dB才勉強(qiáng)可分辨深度≥1.0mm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40dB即可清晰分辨各人工缺陷。

3.對(duì)比試樣管人工缺陷阻抗圖分析

   規(guī)格為Φ57mm、材質(zhì)TP304H不銹鋼的對(duì)比試樣缺陷阻抗圖如圖所示。從圖可看到，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，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)要求。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

   某電廠2號(hào)機(jī)組額定容量300MW，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Φ51mm×6mm，材質(zhì)為TP304H不銹鋼。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)，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)。

四、結(jié)論

   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210～260kHz、二通道60～120kHz，相位為250°～280°，增益為40～60dB。

   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0.4mm深的周向線性缺陷和0.5mm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。