锅炉受热面奥氏体不锈钢管弯头表面裂纹涡流检测技术研究.pdf

第 3 1卷第 3期 湖南电力 HU N A N E L E C T R I C P O WE R 2 0 1 1年 6月 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i S S r L 1 0 0 8 0 1 9 8 2 0 1 1 0 3 0 0 2 锅炉受热面奥氏体不锈钢管弯头表面裂纹 涡流检测技术研究 沈丁杰。邹建伟。胡彬 ( 湖南省 电力公 司科学研 究院。湖南 长沙4 1 0 0 0 7 ) 摘要：针对火电厂锅炉受热面奥氏体不锈钢管弯头涡流检测的特点 ，设计制作马鞍型 阵列式涡流探头和对 比试样 ，改进升级 E T 5 5 6 H 多频涡流检测仪 ，并通过试验提 出火 电厂锅炉受热面奥氏体不锈钢管弯头涡流检测的最佳参数。本涡流检测技术不仅方便操 作 ，而且可提 高检测分辨率和灵敏度 ，对于火电厂锅炉受热 面奥氏体 不锈钢 管外表 面 0 4 m m深的周向线性缺陷和 0 5 m m深的轴向线性缺 陷具有较 高的检 测灵敏度 。 关键词：奥氏体不锈钢管；弯头；表面裂纹；涡流检测；马鞍型阵列式涡流探头 中图分类号 ：T G 2 6 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 8 - 0 1 9 8 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 0 5 - 0 3 S t ud y o n e d d y c ur r e nt t e s t i n g t e c h ni q ue o f a u s t e n i t i c s t a i n l e s s s t e e l t ub e e l bo w s u r f a c e c r a c k f o r bo i l e r he a t i ng s ur f a c e i n t he r m a l po we r p l a n t s S H E N D i n g j i e ，Z O U J i a n w e i ，H U B i n ( Hu n a n E l e c t r i c P o w e r C o r p o r a t i o n R e s e a r c h I n s ti t u t e ，C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Fo r e d d y c u r r e n tt e s ti n g c h a r a c t e r i s t i c s o f a u s t e n i t i e s t a i n l ess s t e e lt u b e e l b o w o ft h e b o i l e rh e a ti n g s u r f ace ，s a d d l e a r r a y e d dy c u r r e n t 8 e n s o la n d r e f e r e n c e b l o c k s we re d e s i g n e d a n d ma d e ，a n d ET 一 5 5 6H mu l t i - fq ue n e y e d d y c u r r e n t a n a l y z e r we re i mp r o v ed T h e b est p a r a me t e r s o f ed d y c u r r e n t t e s ti n g o f a u s t e n i t i e s t a i n l e s s s t e e l t u be e l b o w f o r b o il e r h e a t i n g s u rfa c e we re p r o p o s e d b y e x p e r i me n t T h e e d d y c u r r e n t t e s tin g t e c hn i q u e i s e a s y t o o p e r a t e 。a n d c a n i mp r o v e t h e d e t ecti o n r eso l u t i o n and s e n s i t i v i t y Es p e c i Ml y i t i s wi t h h i g h s e n s i ti v i ty for 0 4 mm d e e p e i r c u n ffe r e n t i a l l in e a r d e f ect s and 0 5 mm d e e p a x i a l l i n e a r d e e ts o f o u t e r s u rfa c e o f a u s t e n i t i c I l1 e 8 8 s t e e 1 Ke y wo r d s：a u s t e n i t i c s t a i n l e s s s t e e l t u b e；e l b o w；s u rf ace c r a c k；e dd y c u r r e n t t est i n g；s a d d l e a r r a y e d d y c u r r e n t s e n s o r 随着技术的发展，火电机组向高参数、大容量 发展，大量采用高等级金属材料，如锅炉受热面管 子大量采用 T P 3 0 4 H和 T P 3 4 7 H奥氏体不锈钢管。 近几年来，某些 3 0 0 M W机组亚临界锅炉分隔屏夹 持管奥氏体不锈钢管弯头长期运行后，在内、外弯 位置产生表面横向晶界腐蚀裂纹而发生爆管；某些 6 0 0 M W机组超 ( 超)临界锅炉高温过热器、高温 再热器奥氏体不锈钢管弯头因在制造过程中固溶处 理不到位，运行较短时间后就产生表面横向应力腐 蚀裂纹而发生爆管。 目前，由于尚未有一种成熟检测技术可对火电 厂锅炉受热面奥氏体不锈钢管弯头进行有效检测， 本文针对其检测现场环境恶劣、需远距离作业的特 收稿 日 期：2 0 1 0 0 9 - 2 1 点，提出一种操作方便、能对不锈钢管弯头进行快 捷有效检测的涡流检测技术。 1 试验设备 1 1 探头设计制作 为提高检测效率，特设计了马鞍型阵列式涡流 传感器。传感器根据被检奥氏体不锈钢管外径大小 设计 ，由数个两两互为激励和接收的二维阵列点式 涡流线圈排列组成，可覆盖钢管半个圆周面，仅需 轴向扫查一次即可实现对不锈钢管弯头半个外弧面 的检测。 另外，设计将传感器安装于双叉式探头支架 上，支架两端设置可轴向滚动的滚轮 ( 如图 1 ) 。 5 第 3 l 卷第 3期 湖南电力 2 0 1 1年 6月 由此，可使传感器在操作过程中自动调整转角与被 检面进行吻合，降低探头摆动带来的信号干扰。 盘 图 1 探 头设计 示意 图 1 2 涡流检测仪改进升级 为解决现场涡流检测探头数据线延长带来 的诸 多问题， 如仪器输出功率大大降低、 探头驱动信号和 缺陷检测信号极大衰减和空问磁场等噪声信号成倍 增加等 ， 以及提高仪器对缺陷信号的检钡 4 分辨率和 灵敏度 ， 在传统的 E T 5 5 6 H多频涡流检测仪内部增 加了内置放大模块和探头功率驱动模块 ， 如图 2 。 图 2改造后 电路 原理 示 意 图 另外 ，为降低弯头曲率不均匀带来的提离信号 和传感器中各点式涡流线圈之间引起的互感信号的 干扰，进一步提高检测信噪比，对原有传统的A一 多频混合运算法进行优化，将用2 个约为倍率的 激励频率同时对同一个涡流传感器进行驱动，改为 用双频混合激励频率对二维阵列涡流传感器两两进 行驱动。 1 3对比试样设计制作 为评价仪器、 探头的检测效果和建立评价奥氏 体不锈钢管弯头检测质量标准 ， 根据 国内各火电厂 锅炉受热面奥氏体不锈钢管材质 、 规格情况， 采用 6 根外径大小分别为 (I) 3 8 in n l ， 5 r llr n ， (I) 5 1 m m， (I) 5 4 m ill ， (I) 5 7 m ln ， ( )6 3 In n的备用奥氏体不锈钢管( 材质 为 T P 3 4 7 H或T P 3 0 4 H ) 设计制作了6 种不同规格的 对比试样。每一个对比试样采用电火花加工了8 个 深度分别为 O 2 m m， 0 4 m m， 0 6 r n l n ， 0 8 m m， 1 0 ln l n ， 1 5 n l ln ， 2 0 m m， 2 5 m m的周向槽和 2 个深度 分别为0 5 m m， 1 0 F il m的轴向槽人工缺陷( 槽宽 O 2 m il l 、 长2 5 m m) ， 分别用来模拟周向和轴向线性 6 缺陷； 并按标准G B T 7 7 3 5 -2 0 0 4 ( 钢管涡流探伤检 验方法 验收等级 A， B要求分别加工径向通孔各 1 个， 用来模拟点腐蚀、 材料夹杂、 成分偏析、 热处理或 磁性不均匀等缺陷。人工缺陷布置如图3 。 图 3 奥氏体不锈钢管对比试样示意图 2 试验分析 2 1 噪声干扰试验 将设计制作的 ( I ) 4 5 1 1 1 13 1 规格马鞍型阵列式涡流 探头 ，连接改进升级前 E T 5 5 6 H多频涡流检测仪 ， 检测规格为 ( I ) 4 5 m m、材质 为 T P 3 4 7 H 的对 比试样 上的各人工缺陷，发现传感器 中各点式涡流线圈之 间引起 的互感信号和探头摆动 时的提离信号很大 ， 而缺陷信号较弱。 而经优化多频混合运算 升级后 的 E T 一 5 5 6 H多 频涡流检测仪，检测同一对比试样上各人工缺陷， 发现上述干扰现象基本 消除 ，各人工 缺陷信号清 晰、明显 ，信噪比大幅提高。 2 2 信号衰弱试验 用改进升级前 E T 一 5 5 6 H多频涡流检测仪 ，检 测规格为 ( I ) 5 1 mm、材质为 T P 3 0 4 H的对 比试样上 的各人工缺陷 ，发现当数据线为 3 0 m时 ，增益 8 0 d B才勉强可分 辨各人工缺 陷，且信 号幅值极 低； 当数据线为 6 0 m时 ，增益 8 O d B才勉强可分辨深 度1 0 m il l 的人工缺陷。 增加内置放大模块和探头功率驱动模块改进后 的 E T 一 5 5 6 H多频涡 流检测仪 ，检测 同一对 比试样 上的各人工缺陷，发现仅需增益 4 0 d B即可清晰分 辨各人工缺陷。 2 3 对 比试样管人工缺陷阻抗图分析 规格为 5 7 m m、材质 T P 3 0 4 H的对 比试样缺 陷阻抗图如图4 6 所示。 从图4 6 可看到，各人工缺陷涡流信号清晰、 明显，噪声信号基本消除。由此可见，本涡流检测 技术对于奥氏体不锈钢管外表面缺陷具有较高的检 测灵敏度，且对于周向外表面缺陷的检测灵敏度要 高于轴向缺陷，同时能满足标准 G B T 7 7 3 5 -2 0 0 4 钢管涡流探伤检验方法验收等级 B的检验要 一 一 第3 1 卷第3 期 沈丁杰等：锅炉受热面奥氏体不锈钢管弯头表面裂纹涡流检测技术研究 2 0 1 1 年 6月 图4 5 7 mm对 比试样 0 4 m m深周向槽 阻抗图 图 5 5 7 mm对比试样 0 5 m m深轴向槽阻抗图 图6中5 7 m m对比试样 1 4 mm孔径通孔阻抗图 求。 3 现场应用 某电厂 2号机组额定容量 3 0 0 M W，锅炉为 H G 1 0 2 5 1 8 2 - WH1 0型亚临界一次 中间再 热 自然 循环汽包炉，于 1 9 9 6年 l 2月投产。分隔屏夹持管 下弯头规格为 5 1 m m 6 mm，材质为 T t 0 4 H。 采用本技术对其分隔屏 2 4根夹持管共 4 8个下 弯头及附近直管进行 1 0 0 涡流检测，发现 1 根夹 持管 2 个下弯头外弧侧区域均存在大面积周向超标 缺陷信号 ( 如图 7 ) ；对更换下来的弯头进行渗透 检测复查确认为表面微裂纹 ( 如图8 ) 。 4 结论 ( 1 )本技术设计制作的马鞍型阵列式涡流探 图 7 某电厂 2号炉夹持管弯头外弧侧 区域 缺 陷阻抗形 貌 图 图8 某电厂 2号炉夹持管弯头外弧侧 区域渗透 检测复查缺 陷形貌图 头结构轻巧、操作方便，且能很好地与被检面吻 合；改进升级后的 E T 5 5 6 H多频涡流检测仪有效 抑制了检测时的各种噪声信号干扰，降低了数据线 延长带来的信号衰减。 ( 2 )通过试验确定了奥 氏体不锈钢管 涡流检 测的最佳参数：激励频率为一通道 2 1 0 2 6 0 k H z 、 二通道 6 01 2 0 k H z ，相位为 2 5 0 。 2 8 0 。