多頻渦流儀的兩種檢測工作模式對比

梁鵬飛，袁勝濤，瞿 寧，陳 蔚

（蘇州熱工研究院有限公司，蘇州215004）

目前國內核電機組冷凝器均依靠海水來進行冷卻，其換熱管相應的采用耐海水腐蝕的鈦管制成［1－2，9］，渦流檢測作為一種廣泛采用的薄壁鈦管的檢測手段，可以有效地檢測到管材內外表面損傷、泄漏等缺陷［3－5］。由于多頻渦流儀可以同時進行多個頻率的渦流檢測，具有更高的靈敏度和準確性［6－8］。但目前對于在不同激發模式下多個頻率的渦流檢測特點討論較少，所以在常規的渦流檢測中并未對檢測模式的選擇進行過多的關注和研究，一般只是默認采用“分時激發”模式。筆者通過試驗對比了渦流儀兩種工作模式（“分時激發”和“同時激發”）下檢測結果的差異，能對行業內工作人員起到借鑒作用。

1 儀器、管材及人工缺陷

筆者用到的檢測系統及被檢管如圖1所示。其中被檢管是電火花加工的鈦管標定樣管，其材料為TITANIUM B338Gr2，規 格 為φ22.225 mm×0.5mm，樣管上分別加工了人工缺陷：①寬度為1mm、傷深0.05 mm 的內環槽。②φ1.5mm通孔。③φ3mm、傷深為0.34 mm 的外壁平底人工傷。④φ5mm、傷深為0.23 mm 的外壁平底人工傷。⑤環向上間隔90°的4 個φ5 mm、傷深為0.12mm的外壁平底人工傷。

圖1 渦流檢測系統外觀照片

檢測用內穿型外徑為20.2 mm 的Bobbin 探頭，由廈門EDDYSUN 公司生產。檢測儀器為西班牙tecnatom 公司生產的ETBox2i型渦流儀。該渦流儀具備兩種工作模式，分別為“分時激發模式（Multiplexation）”和“同時激發模式（Simultaneous injection）”。

2 兩種工作模式下的工作原理

在分時激發模式下的工作原理如圖2所示，渦流儀的每一個信號激發周期被分為數個時間窗口（t1，t2，t3，t4），在不同的時間窗口只進行單一頻率（f1，f2，f3，f4）的信號激發和接收。

在同時激發模式下的工作原理如圖3所示，渦流儀將不同頻率的渦流信號進行調制后在整個信號激發周期同時進行激發和接收。

圖2 分時激發模式下的激發信號

圖3 同時激發模式下的激發信號

3 對比試驗及結果

使用相同的儀器、探頭以及檢測參數分別在兩種工作模式下對樣管進行了十次檢測，檢測頻率設置為200，300，400，500kHz，通孔處信號幅值設定為8V，相位設定為40°，取十次檢測結果的平均值來比較兩種工作模式下檢測結果的差異。其中同時激發模式下的檢測結果平均值如表1所示，分時激發模式下的檢測結果平均值如表2所示。

表1 同時激發模式下的檢測結果

表2 分時激發模式下的檢測結果

通過比較兩種工作模式下的檢測結果，可見其相互之間相位的差異并不十分明顯，只是在檢測外壁傷深較淺缺陷（人工傷序號4、5）時，“分時激發”模式下的檢測信號在相位上幾乎完全相同，無法分辨。而同時激發模式下對外壁淺傷深缺陷的分辨率相對較高，4號與5號人工傷信號相位相差在3°～5°之間。

圖4是內傷（1號人工傷）在兩種模式下檢測信號幅值比較，從中可以看出，同時激發模式下的內壁缺陷信號幅值普遍高于分時激發模式下的幅值。

圖4 兩種模式下內傷信號幅值比較

圖5是對外傷（3號和4號人工傷）在兩種模式下的檢測信號幅值進行的比較，從中可以看出，外壁缺陷在分時激發模式下的信號幅值更高。

圖5 兩種模式下外傷信號幅值比較

4 結論

（1）兩種工作模式下的檢測結果存在差異，但差異并不大。

（2）對于傷深較淺的外傷缺陷，分時激發模式下的檢測結果在相位上區分度較低。

（3）兩種方法相比較而言，分時激發模式下外壁缺陷檢測的幅值靈敏度較高，同時激發模式下內壁缺陷檢測的幅值靈敏度較高。

（4）對檢測靈敏度要求不高時，兩種工作模式均可，對檢測靈敏度要求較高時，可根據內外傷檢測側重選擇不同的工作模式。

（5）考慮到在役冷凝器換熱鈦管的外傷概率較高，且淺傷深的外傷缺陷危害性不大，所以建議在檢測中使用分時激發模式。

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