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 410007）

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 410007）

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ET-556H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 mm深的周向线性缺陷和0.5 mm深的轴向线性缺陷具有较高的检测灵敏度。

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

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TP304H和TP347H奥氏体不锈钢管。近几年来，某些300 MW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600 MW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)。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。

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间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测分辨率和灵敏度，在传统的ET-556H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AΦ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 Ф38 mm，Ф45 mm，Ф51 mm，Ф54 mm，Ф57 mm，Ф63 mm的备用奥氏体不锈钢管(材质为TP347H或TP304H)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 0.2 mm，0.4 mm，0.6 mm，0.8 mm，1.0 mm，1.5 mm，2.0 mm，2.5 mm 的周向槽和 2 个深度分别为0.5 mm，1.0 mm 的轴向槽人工缺陷(槽宽0.2 mm、长25 mm)，分别用来模拟周向和轴向线性缺陷;并按标准GB/T 7735—2004《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Φ45 mm规格马鞍型阵列式涡流探头，连接改进升级前ET-556H多频涡流检测仪，检测规格为Φ45 mm、材质为TP347H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ET-556H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ET-556H多频涡流检测仪，检测规格为Φ51 mm、材质为TP304H的对比试样上的各人工缺陷，发现当数据线为30 m时，增益80 dB才勉强可分辨各人工缺陷，且信号幅值极低;当数据线为60 m时，增益80 dB才勉强可分辨深度≥1.0 mm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ET-556H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40 dB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Φ57 mm、材质TP304H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GB/T 7735—2004《钢管涡流探伤检验方法》验收等级B的检验要

图4 Φ57 mm对比试样0.4 mm深周向槽阻抗图

图5 Φ57 mm对比试样0.5 mm深轴向槽阻抗图

图6 Φ57 mm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300 MW，锅炉为HG-1025/18.2-WH10型亚临界一次中间再热自然循环汽包炉，于1996年12月投产。分隔屏夹持管下弯头规格为Φ51 mm×6 mm，材质为TP304H。

采用本技术对其分隔屏24根夹持管共48个下弯头及附近直管进行100%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

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

(1)本技术设计制作的马鞍型阵列式涡流探头结构轻巧、操作方便，且能很好地与被检面吻合;改进升级后的ET-556H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210～260 kHz、二通道60～120 kHz，相位为250°～280°，增益为40～60 dB。

(3)本技术提高了对缺陷信号的检测分辨率和灵敏度，对于奥氏体不锈钢管外表面0.4 mm深的周向线性缺陷和0.5 mm深的轴向线性缺陷具有较高的检测灵敏度，且周向缺陷的检测灵敏度高于轴向缺陷，能满足奥氏体不锈钢管各种危险性缺陷检出的要求。

(4)本技术能够对在役及原材料受热面奥氏体不锈钢管弯头进行快速、有效的检测，及时发现问题。

Study on eddy current testing technique of austenitic stainless steel tube elbow surface crack for boiler heating surface in thermal power plants

SHEN Ding-jie，ZOU Jian-wei，HU Bin
(Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

For eddy current testing characteristics of austenitic stainless steel tube elbow of the boiler heating surface，saddle array eddy current sensors and reference blocks were designed and made，and ET-556H multi-frequency eddy current analyzer were improved.The best parameters of eddy current testing of austenitic stainless steel tube elbow for boiler heating surface were proposed by experiment.The eddy current testing technique is easy to operate，and can improve the detection resolution and sensitivity.Especially it is with high sensitivity for 0.4 mm deep circumferential linear defects and 0.5 mm deep axial linear defects of outer surface of austenitic stainless steel.

austenitic stainless steel tube;elbow;surface crack;eddy current testing;saddle array eddy current sensor

TG26

A

1008-0198(2011)03-0005-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.002

2010-09-21

沈丁杰(1981— )，男，汉族，湖南邵东人，硕士研究生，主要从事电站锅炉压力容器检验、电站金属部件检验检测等工作。