涡流检测在国内外能源制造业标准中的差异

2014-04-16马彦利王浩然中国第一重型机械股份公司核电石化事业部大连市锅炉压力容器检验研究院

经济技术协作信息 2014年11期

关键词：原理

马彦利王浩然/.中国第一重型机械股份公司核电石化事业部；.大连市锅炉压力容器检验研究院

涡流检测在国内外能源制造业标准中的差异

马彦利1王浩然2/1.中国第一重型机械股份公司核电石化事业部；2.大连市锅炉压力容器检验研究院

文章介绍涡流检测的基本原理，并通过比较国内外不同能源制造业标准中的差异来对涡流检测进行简要梳理。关键词：涡流检测；原理；能源制造业；标准差异

无损检测技术是能源产业制造过程中一种重要的检测方和手段。常见的无损检测方法包括超声、射线、磁粉、涡流、渗透、声发射、目视等，它们有各自的使用范围和优缺点。其中涡流检测提供了一种独特的高灵敏度、非直接接触检测方法，在能源产业制造过程中的得到了广泛使用，并占有十分重要地位［1，2］。

一、涡流检测的基本原理

一个线圈在忽略电匝之间电容情况下，可用一个电阻和电感串联的电路表示，即线圈自身的复阻抗可用公示1表示。

Z=R+jXL=R+jωL……（1）

其中，XL为线圈电抗，为线圈激励的角频率，L为线圈电感。

公示也可用线圈阻抗图表示。当探头线圈靠近金属导体时，由于电磁感应作用，在金属导体中产生感应电流，此感应电流被称为涡流，该涡流反过来又对探头线圈产生影响。该过程可通过等效电路对其进行说明。

涡流检测中，检测仪器输出的信号是来自检测线圈在被检材料表面感应出涡流后，涡流反过来影响检测线圈阻抗的幅值和相位的变化。

二、涡流检测在国内外标准中的比较

涡流检测技术在能源制造业中应用广泛，包括金属管、板、焊缝、涂层、结构复杂工件等的裂纹探伤、材料成分和杂质含量鉴别、热处理状态鉴定、混料分选、薄层测厚等诸多方面。但最为常见也最为重要的应用领域是对管材的检测。以下对国内JB／T4730－2005《承压设备无损检测》、法国RCC－M《压水堆核岛机械设备设计与制造规范》（2000版加2002补遗）和美国ASME《锅炉压力容器规范》2004版中相关管材涡流检测进行简要介绍并比较其异同。

1.适用范围。JB／T4730中规定涡流检测对于铜及铜合金无缝管，可检测管材的壁厚小于或等于3mm，外径小于或等于50mm；对于铝及铝合金管，可检测管材的壁厚小于或等于2mm，外径小于或等于38mm；对于钛及钛合金管，可检测管材的壁厚小于或等于4.5mm，外径小于或等于30mm。其它材质管材可参照执行。而对于钢管则规定外径不小于4mm的钢管都可以进行检测。

法国RCC－M MC6000中规定对外径小于65mm、壁厚大于0.75mm小于或等于3mm的管材可进行涡流检测。没有明确管材材质，可理解其对材质限制无要求，铁磁性和非铁磁性都可进行涡流检测。

ASME第Ⅴ卷第8章中管材涡流检测中没有明确其适用范围。其第Ⅲ卷NB分卷中NB2551中规定外径小于64mm的管材可进行涡流检测。第Ⅴ卷B分卷参考性标准SE－243《换热器和冷凝器用铜与同合金无缝管的涡流检测》中规定本标准适用于外径小于等于79.4，壁厚大于0.4mm小于3mm的铜管涡流检测，如供方同意可用于推荐尺寸以外的管子检测。

从上面的描述中可以看出，RCC－M的叙述比较明确，ASME的较为灵活，而JB／T4730中没有规定壁厚下限，对检测的选择可能会产生一定的影响，应加以注意。

2.对比试样。对比试样是用于评价被检产品质量的标准，既借助于对比试样上的人工缺陷与被检件上的自然缺陷显示信号的幅值对比来对被检件进行评定和验收。常用的人工缺陷为通孔和槽。

对比试样材质和尺寸对涡流检测的有效性有较大影响，三个标准都规定对比试样的直径、标称壁厚、冶金和表面状态应与被检验件相一致。ASME第Ⅴ卷第8章建议对比试样应为被检材料的一部分。

对于对比试样上的人工缺陷，JB／T4730中规定：对于钢管，可根据外径尺寸选择通孔直径或根据壁厚选择槽深。选择槽时，槽深为壁厚的5%，最小0.3mm，最大1.3mm。对于非磁性管材，对比试样上应根据不同材质的外径尺寸选择通孔直径（钛合金通孔直径为定值0.8mm），但没有与槽相关的叙述。

法国RCC－M MC6000中规定应根据不同材质的壁厚尺寸选择不同的通孔直径。壁厚尺寸越大，通孔直径越大。热交换器管还应考虑外径尺寸。

ASME第Ⅴ卷第8章T833规定“除非本规范相关章节中有规定，参考不连续性应是横向切槽或通孔”。第Ⅴ卷B分卷参考性标准SE－243《换热器和冷凝器用铜与同合金无缝管的涡流检测》中引用的B111、B395等规定可根据壁厚和外径尺寸选择槽深或根据外径尺寸选择通孔直径。第Ⅲ卷NB分卷中NB2554则规定在一个对比试样上应同时开槽和通孔，槽的深度不得大于0.1mm或5%壁厚（取两者中较大值），通孔的直径为1.5mm。

槽型人工缺陷比通孔人工缺陷更能代表管材在制造过程中的缺陷情况。但相对于通孔人工缺陷，槽型人工缺陷的加工难度更大，所以在编制检测工艺时应综合考虑被检件的性能和使用状况，选择合适的人工缺陷。并在尽可能的情况下，选择槽型对比试样，以便于更好的评价被检件的完整性。

3.验收标准。JB／T4730、RCC－M和ASME标准都规定涡流检测管材的信号低于对比试样人工缺陷的的信号时，管材是可接受的。但对其的附加说明却各有强调之处。

JB／T4730.6中8.2.3规定：经检验发现有尺寸（包括深度）超过验收标准缺陷的管材，可复探或应用其他检测方法加以验证。若仍然有超过验收标准的缺陷，则该管材为涡流检测不合格品。也就是说，即使有超过人工缺陷的信号，只要可以确定不是缺陷产生的信号（采用其他方法），管材就可以继续使用。这种谨慎的做法表明了涡流检测的高灵敏度和影响因素多的特点。

而RCC－M中则强调涡流检测的边缘效应。边缘效应是指当检测线圈探头靠近工件边缘时，涡流会发生畸变，并产生很强的干扰信号。因此，如RCC－M M3304《用于1、2级和3级设备的奥氏体不锈钢钢管（热交换器管除外）》中，特别强调不能充分进行涡流检测的端部必须切除。