換熱器傳熱管缺陷的渦流檢測信號幅值與深度定量誤差的關系

曾玉華，楊 帆，劉 輝，馮 盛

(核動力運行研究所，武漢 430223)

渦流檢測技術廣泛應用于機械、石油化工、航空航天以及核工業等各個領域，其具有多種用途，如缺陷檢測、厚度測量、腐蝕或侵蝕檢測以及磁導率和電導率測量等。在對核電站換熱器傳熱管進行檢測時，渦流檢測是效率較高，較有效的檢測技術之一。

渦流檢測技術基于電磁感應原理，當載有交變電流的檢測線圈靠近導體試件時，由于激勵線圈磁場的作用，試件中會感生出渦流，而渦流的大小、相位及流動形式受到試件的導電性能等因素的影響，渦流產生的磁場又使檢測線圈的阻抗發生變化，所以測定檢測線圈阻抗的變化，就可以得出被測試件的性能及有無缺陷的結論[1]。渦流檢測技術對缺陷外的各種因素也很敏感，這些因素包括材料的電導率、磁導率、渦流探頭的頻率、被檢對象的幾何特性以及探頭與被檢表面的接近程度等。文章主要分析缺陷響應幅值對缺陷深度定量的影響。

1 試驗設計

使用OMNI-200R型渦流儀和CEddy ACQ/ANA數據采集和分析軟件，對分別加工了點蝕、裂紋、磨損缺陷的傳熱管進行渦流檢測。試驗所使用的各類標定管和試驗管均參考ASME(美國機械工程師協會)標準加工，類型如下：① 標定管,編號為QS1-3;② 磨損標定管，編號為Q1-20-01；③ 磨損類試驗管(使用平底槽模擬磨損類缺陷)；④ 點蝕類試驗管(使用平底孔模擬點蝕類缺陷)；⑤ 軸向裂紋類試驗管(使用軸向窄槽模擬軸向裂紋類缺陷)；⑥ 周向裂紋類試驗管(使用周向窄槽模擬周向裂紋類缺陷)；⑦ 斜向裂紋類試驗管(使用斜向窄槽模擬斜向裂紋類缺陷)。QS1-3標定管的缺陷參數及結構示意分別如表1和圖1所示；Q1-20-01標定管的缺陷參數及結構示意分別如表2和圖2所示。

表1 標定管缺陷參數(QS1-3)

圖1 QS1-3標定管結構示意

表2 標定管缺陷參數(Q1-20-01)

圖2 Q1-20-01標定管結構示意

2 試驗結果及分析

2.1 試驗結果

使用QS1-3標定管制作相位-深度曲線，對點蝕類人工缺陷和裂紋類人工缺陷進行渦流檢測，渦流檢測結果如表3～6所示(表中計量深度為設計的缺陷深度占壁厚的百分比，測量深度為試驗測量得到的缺陷深度占壁厚的百分比)。使用磨損標定管，制作幅值-深度曲線，對磨損類人工缺陷進行渦流檢測，渦流檢測結果如表7所示。

表3 點蝕類人工缺陷渦流檢測結果

表4 軸向裂紋類人工缺陷渦流檢測結果

表5 周向裂紋類人工缺陷渦流檢測結果

表6 斜向裂紋類人工缺陷渦流檢測結果

表7 磨損類人工缺陷渦流檢測結果

2.2 結果分析

以上述各類人工缺陷試驗管的渦流檢測結果的缺陷幅值為橫坐標，缺陷深度偏差百分比為縱坐標建立坐標系，可得到缺陷幅值與測量深度偏差的關系曲線。以該曲線為依據，采用對數趨勢分析制作缺陷幅值與缺陷深度偏差趨勢曲線，各類型的缺陷幅值與深度偏差的關系曲線及趨勢曲線如圖3～7所示。

圖3 點蝕缺陷幅值與測量深度偏差關系曲線及趨勢曲線

圖4 軸向裂紋缺陷幅值與測量深度偏差關系曲線及趨勢曲線

圖5 周向裂紋缺陷幅值與測量深度偏差關系曲線及趨勢曲線

圖6 斜向裂紋缺陷幅值與測量深度偏差關系曲線及趨勢曲線

圖7 磨損缺陷幅值與測量深度偏差關系曲線及趨勢曲線

由圖3～7可以看出，點蝕類、裂紋類、磨損類人工缺陷渦流檢測信號幅值與深度定量偏差的趨勢曲線基本一致，可以認為這種趨勢對于不同的缺陷均具有代表性。

在實際檢測中，渦流檢測測量結果存在一定的誤差。這些誤差既包括檢測人員、檢測設備(包括數據采集系統和分析系統)帶來的誤差，也包括缺陷的形狀(性質)、方向和尺寸等產生的誤差。在正常情況下，設備及檢測人員并不是測量誤差產生的主要原因，檢測方法產生的誤差(如實際缺陷的大小、位置、形狀和方向等與標定管上人工缺陷的差異)才是導致測量誤差的真正原因[2]。缺陷的深度定量也是如此，缺陷的大小在渦流信號中體現為信號幅值的大小，即缺陷切割渦流感應磁場磁力線的能力，當缺陷的幅值越大即缺陷切割渦流感應磁場磁力線的能力越強，所獲得的渦流檢測信號則包含更多的缺陷信息，當缺陷的形狀和方向一定時，在其他影響因素不變的情況下，缺陷幅值越大則深度測量結果越接近于真實深度值。

3 結語

文章對加工了點蝕、裂紋、磨損缺陷的傳熱管進行渦流檢測，并分析了渦流檢測信號幅值與缺陷深度偏差的關系，得出隨著缺陷信號幅值的增大，深度定量誤差減小的結論。