曾玉華，楊 帆，劉 輝，馮 盛

(核動(dòng)力運(yùn)行研究所，武漢 430223)

渦流檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、石油化工、航空航天以及核工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)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(dǎo)率和電導(dǎo)率測量等。在對核電站換熱器傳熱管進(jìn)行檢測時(shí)，渦流檢測是效率較高，較有效的檢測技術(shù)之一。

渦流檢測技術(shù)基于電磁感應(yīng)原理，當(dāng)載有交變電流的檢測線圈靠近導(dǎo)體試件時(shí)，由于激勵(lì)線圈磁場的作用，試件中會(huì)感生出渦流，而渦流的大小、相位及流動(dòng)形式受到試件的導(dǎo)電性能等因素的影響，渦流產(chǎn)生的磁場又使檢測線圈的阻抗發(fā)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(jié)論[1]。渦流檢測技術(shù)對缺陷外的各種因素也很敏感，這些因素包括材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)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(yīng)幅值對缺陷深度定量的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

使用OMNI-200R型渦流儀和CEddy ACQ/ANA數(shù)據(jù)采集和分析軟件，對分別加工了點(diǎn)蝕、裂紋、磨損缺陷的傳熱管進(jìn)行渦流檢測。試驗(yàn)所使用的各類標(biāo)定管和試驗(yàn)管均參考ASME(美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)加工，類型如下：① 標(biāo)定管,編號為QS1-3;② 磨損標(biāo)定管，編號為Q1-20-01；③ 磨損類試驗(yàn)管(使用平底槽模擬磨損類缺陷)；④ 點(diǎn)蝕類試驗(yàn)管(使用平底孔模擬點(diǎn)蝕類缺陷)；⑤ 軸向裂紋類試驗(yàn)管(使用軸向窄槽模擬軸向裂紋類缺陷)；⑥ 周向裂紋類試驗(yàn)管(使用周向窄槽模擬周向裂紋類缺陷)；⑦ 斜向裂紋類試驗(yàn)管(使用斜向窄槽模擬斜向裂紋類缺陷)。QS1-3標(biāo)定管的缺陷參數(shù)及結(jié)構(gòu)示意分別如表1和圖1所示；Q1-20-01標(biāo)定管的缺陷參數(shù)及結(jié)構(gòu)示意分別如表2和圖2所示。

表1 標(biāo)定管缺陷參數(shù)(QS1-3)

圖1 QS1-3標(biāo)定管結(jié)構(gòu)示意

表2 標(biāo)定管缺陷參數(shù)(Q1-20-01)

圖2 Q1-20-01標(biāo)定管結(jié)構(gòu)示意

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

使用QS1-3標(biāo)定管制作相位-深度曲線，對點(diǎn)蝕類人工缺陷和裂紋類人工缺陷進(jìn)行渦流檢測，渦流檢測結(jié)果如表3～6所示(表中計(jì)量深度為設(shè)計(jì)的缺陷深度占壁厚的百分比，測量深度為試驗(yàn)測量得到的缺陷深度占壁厚的百分比)。使用磨損標(biāo)定管，制作幅值-深度曲線，對磨損類人工缺陷進(jìn)行渦流檢測，渦流檢測結(jié)果如表7所示。

表3 點(diǎn)蝕類人工缺陷渦流檢測結(jié)果

表4 軸向裂紋類人工缺陷渦流檢測結(jié)果

表5 周向裂紋類人工缺陷渦流檢測結(jié)果

表6 斜向裂紋類人工缺陷渦流檢測結(jié)果

表7 磨損類人工缺陷渦流檢測結(jié)果

2.2 結(jié)果分析

以上述各類人工缺陷試驗(yàn)管的渦流檢測結(jié)果的缺陷幅值為橫坐標(biāo)，缺陷深度偏差百分比為縱坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，可得到缺陷幅值與測量深度偏差的關(guān)系曲線。以該曲線為依據(jù)，采用對數(shù)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(guān)系曲線及趨勢曲線如圖3～7所示。

圖3 點(diǎn)蝕缺陷幅值與測量深度偏差關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)系曲線及趨勢曲線

圖7 磨損缺陷幅值與測量深度偏差關(guān)系曲線及趨勢曲線

由圖3～7可以看出，點(diǎn)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(rèn)為這種趨勢對于不同的缺陷均具有代表性。

在實(shí)際檢測中，渦流檢測測量結(jié)果存在一定的誤差。這些誤差既包括檢測人員、檢測設(shè)備(包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和分析系統(tǒng))帶來的誤差，也包括缺陷的形狀(性質(zhì))、方向和尺寸等產(chǎn)生的誤差。在正常情況下，設(shè)備及檢測人員并不是測量誤差產(chǎn)生的主要原因，檢測方法產(chǎn)生的誤差(如實(shí)際缺陷的大小、位置、形狀和方向等與標(biāo)定管上人工缺陷的差異)才是導(dǎo)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(xiàn)為信號幅值的大小，即缺陷切割渦流感應(yīng)磁場磁力線的能力，當(dāng)缺陷的幅值越大即缺陷切割渦流感應(yīng)磁場磁力線的能力越強(qiáng)，所獲得的渦流檢測信號則包含更多的缺陷信息，當(dāng)缺陷的形狀和方向一定時(shí)，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(jié)果越接近于真實(shí)深度值。

3 結(jié)語

文章對加工了點(diǎn)蝕、裂紋、磨損缺陷的傳熱管進(jìn)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(guān)系，得出隨著缺陷信號幅值的增大，深度定量誤差減小的結(jié)論。