阵列涡流水冷壁管检测研究 -尊龙凯时官网入口

1.1电厂水冷壁管现状

电厂水冷壁是主要受热面，水冷壁由多列上升管组成，紧贴炉墙形成炉膛四周内壁，水冷壁内壁为向火面，外侧为背火面，向火面直接接触炉膛火焰。

1.2水冷壁管常见问题

电厂在运行期间经常出现水冷壁爆管现象，从某电厂爆管后的水冷壁取样，对爆管位置进行分析，发现是由热疲劳应力导致的裂纹。在高温运行状态下水冷壁管内表面容易生成氧化皮，管外表面易生成氧化皮和结垢，致使管道内外壁之间造成热传递效果减弱。电厂运行过程中，内侧火焰如果发生周期性的变化，管道内外壁之间出现周期性变化温差，就会产生较大的热疲劳应力，该应力的反复作用，造成了塑性变形损伤累积，从而引起热疲劳裂纹的出现，随着热应力的继续，裂纹扩展延伸，直至管道发生爆裂。

1.3水冷壁管常规检测的局限性

在役水冷壁管的表面无损检测，通常采用渗透、磁粉等检测方法，但是上述方法对表面要求较高，需要大量的打磨工作，而且检测效率很低，检测周期长，而且打磨过程中可能会对管子造成磨损，使得管子壁厚减薄 ，安全性能降低，这样就给电厂运行带来安全隐患和巨大经济损失。而常规单通道涡流检测技术，单次扫查覆盖区域小，检测效率低。

基于上述原因，经实验发现采用多通道多线圈涡流检测和阵列涡流检测可以快速、有效的对水冷壁管进行检测。下面主要介绍多通道多线圈涡流检测方法和阵列涡流检测方法对于水冷壁管缺陷检测效果进行对比。

2.1阵列涡流检测概述

阵列涡流是将多个涡流检测线圈根据被检工件的几何形状来进行特殊设计、封装，通过电子控制和处理来实现对材料和零件快速，有效的缺陷检测。设备运行过程中，借助专属电子控制系统统筹调控各组线圈完成电磁激励与信号采集，再通过专业算法对反馈的电磁感应信号进行运算分析、降噪甄别与数据解析，可精准识别出金属材料与机械零部件表面、近表面潜藏的裂纹、腐蚀坑、材质夹杂、壁厚损耗等各类损伤缺陷。

2.2阵列涡流技术原理

阵列涡流检测技术是通过涡流检测线圈结构的特殊设计，并借助计算机的分析、计算及处理能力，实现对材料零件的快速、有效的检测。阵列涡流技术与传统的涡流检测技术相比，主要不同点在于前者的探头是由多个独立工作的线圈构成，这些线圈按照特殊的方式排布，且激励（又称发射）与检测（又称接收）线圈之间形成两种方向相互垂直的电磁场传递方式，如 右 图所示。线圈的这种排布方式，有利于发现取向不同的线型缺陷，克服了普通检测线圈对缺陷方向性敏感的缺点。

2.3阵列涡流线圈形式

2.4阵列涡流检测设备

mea-128便携式阵列涡流检测仪，支持128 通道，可多通道同步采集支持3d成像，检测灵敏高效。能精准排查各种导电才材质表面及近表面缺陷，适配焊缝、管道等多种工况，符合行业检测标准，机身便携，适用于各类工业无损检测作业。

3.1阵列涡流检测实验研究

对比样管制备（对比样管以15crmo钢为原材料，长为400 mm，尺寸为 φ32×6.2 mm）样管要求表面清洁，不存在油脂、锈迹或其他污染物，表面粗糙度不大于25 μm。样管的加工与鉴定委托中国航发北京航空材料研究所-航空材料检测实验室，加工方式采用电火花电极放电加工，样管中所有刻槽缺陷均垂直于管壁表面，刻槽深度允许的误差为槽深的±15%，或者±0.05 mm。

3.2阵列涡流检测实验研究（不同裂纹长度）

对比样管1：模拟裂纹深度、宽度不变，改变裂纹长度，裂纹与轴向呈90°，深度为0.5mm，宽度为0.1mm，长度l分别为2mm，3mm，4mm，5mm，7mm，10mm，15mm。

不同裂纹长度对涡流信号的影响，在对裂纹长度特征参数的研究中得出，在裂纹宽度，深度特定的情况下，裂纹长度与幅值大小近似呈线性关系，幅值大小随裂纹长度的增加而逐渐增高，相位大小保持在（118.9-122.7）之间，变化不大。

3.3阵列涡流检测实验研究（不同裂纹深度）

对比样管2：模拟裂纹长度、宽度不变，改变裂纹深度，裂纹与轴向呈90°，长度为5mm，宽 度为0.1mm， 深 度l分别为0.3mm，0.4mm，0.5mm，0.7mm，0.8mm，1.0mm， 1.2mm。

不同裂纹深度对涡流信号的影响，在对裂纹深度的特征参数研究中发现，在裂纹宽度，长度特定的情况下，裂纹深度与幅值大小近似呈线性关系，幅值大小随深度的加深而逐渐变大，相位大小保持在（117.9-124）之间，变化不大。

3.4阵列涡流检测实验研究（不同裂纹角度）

对比样管3 ：模拟裂纹长度、深度、宽度不变，改变裂纹角度，长度为5mm，深度为0.5mm，宽度为0.1mm，裂纹与轴向角度分别呈90°，75°，60°，45°，30°，15°，0°。

不同裂纹角度对涡流信号的影响，在对裂纹角度特征参数的研究中发现，即在裂纹其他特征参数不变的情况下，随着裂纹角度不断变大，所得的幅值大小也在随之增加，相位与裂纹角度没有特定关系。

3.5阵列涡流检测实验研究（不同提离高度）

不同提离高度对涡流信号的影响，在对提离特征参数的研究中发现，即在裂纹其他特征参数不变的情况下，随着提离的不断变大，所得的幅值大小在随之递减。对柔性探头进行的提离试验中，当覆盖的厚度膜片达到0.4mm时，涡流信号的幅值大小已降至30%以下，这对检测的可靠性已经产生影响，因此在检测中应尽量避免因提离高度过大而造成的不良影响。

3.6阵列涡流检测实验研究（氧化皮的影响）

氧化皮对涡流信号的影响，在对存在氧化皮样管上裂纹长度特征参数的研究中得出, 在裂纹宽度，深度特定的情况下，裂纹长度与幅值大小近似呈线性关系，幅值大小随裂纹长度的增加而逐渐增多，但检测幅值明显小于光滑样管的检测结果。

4.实验结论

通过探究不同裂纹长度、宽度、深度、倾斜角度、提离高度以及存在氧化皮时对涡流信号的影响，得出：

1、在裂纹宽度，深度特定的情况下，裂纹长度与幅值大小近似呈线性关系，幅值大小随长度的增加而逐渐变大，而相位大小变化不大。

2、在裂纹宽度，长度特定的情况下，裂纹深度与幅值大小近似呈线性关系，幅值大小随深度的加深而逐渐变大，而相位大小变化不大。

3、对于不同倾斜角度对涡流缺陷信号影响的研究得出：随着裂纹角度不断变大，所得的幅值大小也在随之增加，相位与裂纹角度没有特定关系。

4、在对提离特征参数的研究中发现，在裂纹其他特征参数不变的情况下，随着提离的不断变大，所得的幅值大小在随之递减。当覆盖的厚度膜片达到0.4 mm时，涡流信号的幅值已显著降低，这对检测的可靠性已经产生影响，因此在检测中应尽量避免因提离高度过大而造成的不良影响。

5、在对存在氧化皮的样管的长度特征参数对涡流缺陷信号的研究中发现，存在氧化皮样管得出的结论与光滑样管一致，虽然所得幅值略有降低，但仍然能够清晰检测出所有缺陷，这表明阵列涡流检测技术在检测不打磨的水冷壁管时也具有较好的检测精度。