鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼管彎頭表面裂紋渦流檢測技術(shù)研究

  浙江至德鋼業(yè)有限公司針對火電廠鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼管彎頭渦流檢測的特點，設(shè)計制作馬鞍型陣列式渦流探頭和對比試樣，改進升級ET-556H多頻渦流檢測儀，并通過試驗提出火電廠鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼管彎頭渦流檢測的最佳參數(shù)。本渦流檢測技術(shù)不僅方便操作，而且可提高檢測分辨率和靈敏度，對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靈敏度。隨著技術(shù)的發(fā)展，火電機組向高參數(shù)、大容量發(fā)展，大量采用高等級金屬材料，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，某些300 MW機組亞臨界鍋爐分隔屏夾持管奧氏體不銹鋼管彎頭長期運行后，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機組超(超)臨界鍋爐高溫過熱器、高溫再熱器奧氏體不銹鋼管彎頭因在制造過程中固溶處理不到位，運行較短時間后就產(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技術(shù)可對火電廠鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼管彎頭進行有效檢測，本文針對其檢測現(xiàn)場環(huán)境惡劣、需遠距離作業(yè)的特點，提出一種操作方便、能對不銹鋼管彎頭進行快捷有效檢測的渦流檢測技術(shù)。

一、試驗設(shè)備

1. 探頭設(shè)計制作為提高檢測效率

    特設(shè)計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，由數(shù)個兩兩互為激勵和接收的二維陣列點式渦流線圈排列組成，可覆蓋鋼管半個圓周面，僅需軸向掃查一次即可實現(xiàn)對不銹鋼管彎頭半個外弧面的檢測。另外，設(shè)計將傳感器安裝于雙叉式探頭支架上，支架兩端設(shè)置可軸向滾動的滾輪(如圖1)。由此，可使傳感器在操作過程中自動調(diào)整轉(zhuǎn)角與被檢面進行吻合，降低探頭擺動帶來的信號干擾。

2. 渦流檢測儀改進升級

    為解決現(xiàn)場渦流檢測探頭數(shù)據(jù)線延長帶來的諸多問題，如儀器輸出功率大大降低、探頭驅(qū)動信號和缺陷檢測信號極大衰減和空間磁場等噪聲信號成倍增加等，以及提高儀器對缺陷信號的檢測分辨率和靈敏度，在傳統(tǒng)的ET-556H多頻渦流檢測儀內(nèi)部增加了內(nèi)置放大模塊和探頭功率驅(qū)動模塊。

    另外，為降低彎頭曲率不均勻帶來的提離信號和傳感器中各點式渦流線圈之間引起的互感信號的干擾，進一步提高檢測信噪比，對原有傳統(tǒng)的A－Φ多頻混合運算法進行優(yōu)化，將用2個約為倍率的激勵頻率同時對同一個渦流傳感器進行驅(qū)動，改為用雙頻混合激勵頻率對二維陣列渦流傳感器兩兩進行驅(qū)動。

3. 對比試樣設(shè)計制作

    為評價儀器、探頭的檢測效果和建立評價奧氏體不銹鋼管彎頭檢測質(zhì)量標準，根據(jù)國內(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)計制作了6種不同規(guī)格的對比試樣。每一個對比試樣采用電火花加工了8個深度分別為0.2mm，0.4mm，0.6mm，0.8mm，1.0 mm，1.5mm，2.0mm，2.5mm的周向槽和2個深度分別為0.5mm，1.0mm的軸向槽人工缺陷(槽寬0.2mm、長25mm)，分別用來模擬周向和軸向線性缺陷，并按標準GB/T 7735—2004《鋼管渦流探傷檢驗方法》驗收等級A，B要求分別加工徑向通孔各1個，用來模擬點腐蝕、材料夾雜、成分偏析、熱處理或磁性不均勻等缺陷。

二、試驗分析

1. 噪聲干擾試驗

   將設(shè)計制作的Φ45mm規(guī)格馬鞍型陣列式渦流探頭，連接改進升級前ET-556H多頻渦流檢測儀，檢測規(guī)格為Φ45mm、材質(zhì)為TP347H不銹鋼的對比試樣上的各人工缺陷，發(fā)現(xiàn)傳感器中各點式渦流線圈之間引起的互感信號和探頭擺動時的提離信號很大，而缺陷信號較弱。而經(jīng)優(yōu)化多頻混合運算升級后的ET-556H多頻渦流檢測儀，檢測同一對比試樣上各人工缺陷，發(fā)現(xiàn)上述干擾現(xiàn)象基本消除，各人工缺陷信號清晰、明顯，信噪比大幅提高。

2. 信號衰弱試驗

    用改進升級前ET-556H多頻渦流檢測儀，檢測規(guī)格為Φ51mm、材質(zhì)為TP304H不銹鋼的對比試樣上的各人工缺陷，發(fā)現(xiàn)當數(shù)據(jù)線為30m時，增益80dB才勉強可分辨各人工缺陷，且信號幅值極低;當數(shù)據(jù)線為60m時，增益80dB才勉強可分辨深度≥1.0mm的人工缺陷。增加內(nèi)置放大模塊和探頭功率驅(qū)動模塊改進后的ET-556H多頻渦流檢測儀，檢測同一對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清晰、明顯，噪聲信號基本消除。由此可見，本渦流檢測技術(shù)對于奧氏體不銹鋼管外表面缺陷具有較高的檢測靈敏度，且對于周向外表面缺陷的檢測靈敏度要高于軸向缺陷，同時能滿足標準GB/T 7735—2004《鋼管渦流探傷檢驗方法》驗收等級B的檢驗要求。

三、現(xiàn)場應(yīng)用

   某電廠2號機組額定容量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)對其分隔屏24根夾持管共48個下彎頭及附近直管進行100%渦流檢測，發(fā)現(xiàn)1根夾持管2個下彎頭外弧側(cè)區(qū)域均存在大面積周向超標缺陷信號，對更換下來的彎頭進行滲透檢測復(fù)查確認為表面微裂紋(如圖8)。

四、結(jié)論

   1. 本技術(shù)設(shè)計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;改進升級后的ET-556H多頻渦流檢測儀有效抑制了檢測時的各種噪聲信號干擾，降低了數(shù)據(jù)線延長帶來的信號衰減。

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

   3. 本技術(shù)提高了對缺陷信號的檢測分辨率和靈敏度，對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靈敏度，且周向缺陷的檢測靈敏度高于軸向缺陷，能滿足奧氏體不銹鋼管各種危險性缺陷檢出的要求。

  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行快速、有效的檢測，及時發(fā)現(xiàn)問題。