铜管涡流检测技术探讨

(国电华蓥山发电厂,四川渠县635214)

　　摘　要：火力发电厂凝结器、冷油器铜管更换前要对新铜管进行涡流检测，根据多年的检测经验，介绍在火力发电厂铜管涡流检测中的一点经验。
　　关键词：铜管；涡流检测；线圈；灵敏度；相位

　　Abstract: Eddy current detection for new copper tubing should be carried out bef ore the replacement
of copper tubing of condenser and
oil cooler in thermal powe r plant. According to detection experiences of many years, some experiences
abou t eddy current detection of copper tubing in thermal power plant are introduced.
　　Key words: copper tubing;
eddy current detection; coil; sensitivity; phase


　　涡流检测作为一种相对成熟的无损检测方法，在制造厂方面使用的较多，而且大多数是自动 化检测，自动报警、
自动记录、自动分选和自动停车。
但作为运行单位，购买此套自动化设备费用较高、检测数量有限(1台50 MW的机组铜管7 000支左右，100 MW的机组10 000支左右，
而且10年左右才全部更换1次)，所以一般只采用外穿过式人工送管进行检测。
现介绍外穿过式人工送管进行铜管涡流探伤的一点经验。

1基本原理
　　铜管作为一种薄壁管，壁厚是影响涡流分布的一个重要因素。试件的特征频率为：


式中：μr——试件的相对磁导率；
　　σ——试件的电导率；
　　di——试件内径；
　　δ——试件的壁厚。
　　当试件充满线圈时，其有效磁导率μeff由下式计算：
　　

　　
由上式可知，当薄壁管试件充满线圈时，其有效磁导率μeff是f/fg的函数，与其它因素无关。铜管为非磁性材料，
μr=1。当薄壁管试件未充满线圈时，检测线圈电压或阻抗公式为
　　

径；
Da——线圈的有效直径。
　　当铜管规格不变时，检测线圈的电压或阻抗就为定值；当铜管的电导率σ、内径di、壁厚δ变化时就引起阻抗的变化。
这就是铜管涡流检测的基本原理。

2影响线圈阻抗的主要因素
　　在涡流检测中，线圈阻抗或电压与试件的电导率、磁导率、几何尺寸、缺陷情况、线圈至缺 陷的距离及检测频率等有关。
分析比较各因素对线圈阻抗幅值和相位的影响，对于分离混杂在一起的有用信息是十分有利的。
2.1电导率的影响
　　由f/fg=2πfμσr2可知，f/fg随σ增大而增加，当σ较小时，阻抗变化轨迹近似半圆；当σ较大时，阻抗的轨迹偏离半圆，最后斜率倾向于1，即45°。
铜是电的良导体，当被检测的铜管成分较均匀时，阻抗的变化量小；当铜管成分不均匀时(如出现断晶、夹杂等)，
阻抗的变化量就大，通过这种变化可将不合格品检出。
2.2磁导率的影响
　　铜管为非磁性材料，μr=1，因此磁导率不会影响线圈的阻抗的变化。
2.3试件几何尺寸的影响
　　试件几何尺寸通常是指试件的直径，由式2可知，试件直径的变化具有双重影响。不仅影响 f/fg，而且影响填充系数η，
f/fg使线圈阻抗沿曲线方向变化，
η使阻抗沿交线方向变 化。二者共同作用结果，使阻抗沿弦线方向变化。
　　由于电导率变化和直径变化方向存在一定的夹角，因此可以利用相敏检波技术进行鉴别，对 于铜管这种非磁性材料，
f/fg＞4时分辨力较高。
2.4试件缺陷的影响
　　试件缺陷对线圈阻抗的影响可以看作是电导率和几何尺寸两个因素的综合效应。在试件中，缺陷的出现是随机的，
缺陷的位置、深度和形状的综合影响是无法计算的。
　　随着裂纹宽深比的增大，由此引起的阻抗变化与直径的变化存在一定的夹角关系。当裂纹与
直径引起阻抗变化夹角较大时，
说明裂纹深度大，裂纹尖锐，应力集中严重，危害大；反之 就小。
2.5检测频率的影响
　　由于线圈电压或阻抗是频率比f/fg的函数，因此检测频率对线圈阻抗有直接的影响。在检 测过程中，
为了有效地分离各种影响因素，提高检测灵敏度，应尽量选择最佳检测频率。f/ fg过小，
电导率变化方向与直径变化方向夹角小，采用相位分离法困难。f/fg过大，趋 肤效应显著，
对被检试件的近表层和内壁缺陷检出不利。对铜管而言，一般取f/fg=10～4 0比较合适。
2.6提离效应的影响
　　检测线圈与试件表面距离的变化对线圈阻抗有急剧的影响。在实际检测中，应尽可能使检测
线圈与试件表面距离最近。在人工送管对铜管进行检测时，
应注意选择匹配的探头(如规格 为ø25×1，就选用ø25.6的探头)，并采取有效措施保证铜管运送的匀速平稳，
以 免因铜管在线圈中晃动引起的阻抗变化对检测的不利影响。

3检测过程中应注意的几个问题
　　(1) 检测设备使用前应预热10 min左右，确保设备完好可用；每检测1 h左右，用样管对 仪器进行复验，
以确保设备的检测灵敏度。
　　(2) 送管速度的选择：送管速度应根据所用仪器的灵敏度以及对样管缺陷的检出情况来确 定，一般铜管检测送管速度控制在0.5 m/s左右为宜。
　　(3) 对盲区的检测：探头在检测铜管两端时存在端面效应，大约有100 mm左右的盲区。当检 测铜管两端时，
应放慢检测速度，
来回往复进行检测，这样可大大消除盲区的长度，并有可 能分离出有缺陷的试件。
　　(4) 当探头与铜管间隙较大，出现干扰信号较多时应及时更换探头。
　　(5) 检测过程中铜管应轻拿轻放，防止应力脆裂。防止应力脆裂的方法是在260～300 ℃的 低温下进行1～3h的退火，
以降低或消除内应力。