發(fā)電廠電磁無損檢測的最新應(yīng)用

1、 電磁無損檢測在發(fā)電廠的應(yīng)用姜茜編譯摘要電磁無損檢測(NDT)法是指用于像水輪機(jī)葉片、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、護(hù)環(huán)及管式熱交換器等電廠關(guān)鍵設(shè)備檢測的渦流試驗(yàn)法。單頻或多頻渦流測試技術(shù)已與基于自動(dòng)化計(jì)算機(jī)的無損檢測系統(tǒng)相結(jié)合，成為快速提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)的磁場檢測器。借助它，可作出機(jī)組是否繼續(xù)運(yùn)行、還是維修和/或更換部件的重要決定。關(guān)鍵詞發(fā)電廠渦流檢測(ET) 無損檢測(NDT)檢查1 引言電磁無損檢測(NDT)法是指渦流試驗(yàn)(ECT，ET)，它已廣泛用于諸如汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)葉片、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、護(hù)環(huán)以及管式加熱交換器等電廠關(guān)鍵設(shè)備的檢查。單頻、倍頻或多頻渦流檢測技術(shù)已與利用自動(dòng)化計(jì)算機(jī)的無損檢測系統(tǒng)相結(jié)合，成為快速提

2、供現(xiàn)場數(shù)據(jù)的磁場檢測器。借助它，可以做出關(guān)于機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行、維修或更換部件的重要決定。由于渦流檢測可以遙測，靈敏度高，速度快，所以成為目前許多應(yīng)用場合的最佳無損檢測方式。渦流檢測是一種用于的表面和淺表層檢測的無損檢測方式，可以檢測裂紋、坑蝕、壁減薄、磨損等缺陷，采用渦流檢測的被測材質(zhì)必須是像銅、黃銅、不銹鋼、鉻鎳鐵合金及鈦等導(dǎo)電且磁導(dǎo)率不變的的材料。對于鐵磁材料，可以采用諸如磁飽和或遙測磁場渦流檢測等特殊技術(shù)。渦流透入深度以及檢測缺陷的靈敏度在很大程度上與用于勵(lì)磁探頭線圈的交流電的頻率有關(guān)。頻率越高，對缺陷的靈敏度越高；頻率越低，透入深度越深。但缺陷檢測的靈敏度在減弱降低。因此檢查員必須慎重選擇

3、頻率，使渦流透入試件到所要求的檢測深度，檢測出所關(guān)心的缺陷。對于管形件檢查來說，常常選擇這樣一種頻率，當(dāng)進(jìn)行同一掃描時(shí)，該頻率用于內(nèi)外表面上的缺陷檢測。渦流檢測法優(yōu)于無損檢測法之處還在于速度快、試件接觸壓力最小、能自動(dòng)檢測、可以遙測，以及表面清潔工作量最小等。同時(shí)，其靈敏度也與液體滲透法或磁粉探傷法等其它無損檢測法相當(dāng)，甚至優(yōu)于那些方法。渦流檢測也有一些限制，舉例來說，探頭必須能覆蓋檢測面等，也就是說，小直徑探頭僅覆蓋小面積。同時(shí)，被測材料必須是導(dǎo)電材料，這就限制ETR用于金屬件。檢測材料應(yīng)有恒定的磁導(dǎo)率，這就限制它只能用于如鐵磁性碳鋼一類物件。此外，為了提供可靠的數(shù)據(jù)，必須培訓(xùn)高水平的人員培

4、訓(xùn)和要求其俱備豐富經(jīng)驗(yàn)。ASNT規(guī)定的二級測試員必須有80小時(shí)的課時(shí)培訓(xùn)，同時(shí)，能做本文討論的特殊的渦流檢測試驗(yàn)，檢測的測試員還要進(jìn)行40多小時(shí)的專業(yè)培訓(xùn)，包括多頻渦流檢測數(shù)據(jù)分析、葉片遙測及用于發(fā)電機(jī)部件檢測的各種渦流檢測法。除課堂培訓(xùn)外，另要求至少一年以上實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。目前，許多有關(guān)熱交換器管渦流檢測技術(shù)都是基于1960年H.Libby在Battelle西北實(shí)驗(yàn)室建所做的工作。1960和1970年代，該技術(shù)即被轉(zhuǎn)換用于美國核艦艇熱交換器的檢測。美國核電廠隨后利用渦流檢測技術(shù)檢測壓水堆的熱交換器,該技術(shù)也廣泛適用于火電廠、制冷站和其它擁有大型熱交換器的類似設(shè)備。渦流檢測目前最新進(jìn)展是基于光學(xué)

5、和便攜式計(jì)算機(jī)的單頻和多頻渦流檢測測試儀。計(jì)算機(jī)采集及數(shù)據(jù)分析已加入系統(tǒng)中，以提高現(xiàn)場數(shù)據(jù)整理分析的速度和精確性，且檢測后立即生成報(bào)告。此外，用于大范圍渦流檢測的特殊探頭設(shè)計(jì)已取得進(jìn)展，這些應(yīng)用包括蒸汽和汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)葉片及其連接區(qū)的遙測、發(fā)電機(jī)長轉(zhuǎn)子的遙測，以及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)圓鐵心裝配表面自動(dòng)檢測的鞍式探頭。基本的ET系統(tǒng)包括單頻、倍頻或多頻儀器，具有為每一應(yīng)用場合特殊設(shè)計(jì)的探頭及與真實(shí)或仿真具有真實(shí)和仿真缺陷的被試件導(dǎo)電率相同的標(biāo)準(zhǔn)。渦流檢測數(shù)據(jù)分析有賴于陰極射線跟蹤范圍或類似設(shè)備上的電子信號的相位角和振幅。檢測部件時(shí)，探頭掃描表面，并提供在導(dǎo)電材料內(nèi)感應(yīng)渦流的磁場。探頭也可作為傳感器來檢

6、測正?；蛟嚰Ｕ娞匦詴r(shí)由畸變引起的磁場微小變化，伴隨其它可變常數(shù)，試件電磁特性中，裂紋將產(chǎn)生巨大變化，圖1和圖2所示汽輪機(jī)葉片就是這樣。圖1葉片根部帶EDM凹槽校準(zhǔn)葉片的渦流信號顯示(箭頭所指部位)(0.3175L mm×0.0508W mm×0.635D mm)圖2L-1級上開裂葉片根部的渦流信號(箭頭部位)，L-1級葉片根部及輪緣外側(cè)遙測渦流檢測試驗(yàn)。試驗(yàn)在2007年進(jìn)行，采用可以同步顯示渦流信號及葉片上探頭位置視頻的儀器(頂部右上角顯示)這種情況下，對儀器在靠近屏幕垂直面生成的缺陷信號和在水平面的無缺陷信號已進(jìn)行了校準(zhǔn)，裂紋信號與其它葉片缺陷(例如坑蝕)明顯不同。2

7、 探頭設(shè)計(jì)對電廠檢測來說，渦流檢測和無損檢測方式可以分成兩種基本技術(shù)，帶探測線圈的系統(tǒng)用于非管形件檢測，而筒式線圈系統(tǒng)則用于管形件的內(nèi)表面。探測線圈如圖3所示，也稱作表面線圈、扁繞線圈、餅形線圈或筆形探頭，所有叫法都用于描述相同的試驗(yàn)線圈類型。探測線圈外形能加工成型符合特殊的幾何圖形，或檢測部件的關(guān)鍵區(qū)域，比如輪葉后沿、葉片與葉盤的連接面(葉片裝上或可拆下)。探頭可以通過手持或采用夾緊裝置保持線圈與被試件垂直。為掃描像護(hù)環(huán)(套或未套上發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子)、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)膛或類似部件的大面積表面，探頭常設(shè)計(jì)成有較大接觸面。圖3典型探測線圈設(shè)計(jì)通常，便攜式單頻或雙頻渦流探測儀器采用探測線圈。然而，對于大面積

8、掃描，儀器可以集成入自動(dòng)表面掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提供各部件探測位置的檢測記錄。任何一個(gè)探頭的基本設(shè)計(jì)要求是獲得試件右角的渦流場，以期預(yù)測缺陷的起因，達(dá)到最大的信號響應(yīng)。所有渦流檢測和無損檢測中最關(guān)鍵的是采用實(shí)際校正的標(biāo)準(zhǔn)件，它具有與被試件相同的導(dǎo)電率與幾何尺寸，以及同樣的的人工或?qū)嶋H缺陷。此外，對編制程序和培訓(xùn)檢查員而言，采用真實(shí)模型模擬接近條件也是非常重要的。第二個(gè)主要渦流檢測系統(tǒng)是基于筒式線圈。筒式繞線線圈、內(nèi)徑線圈和內(nèi)探頭見圖4，這種線圈從管形試件的內(nèi)側(cè)或內(nèi)膛進(jìn)行檢查。筒式線圈用長的半軟軸人工插入和取出，也可用自動(dòng)探頭驅(qū)動(dòng)器插入和取出。圖4典型筒式線圈為控制探頭運(yùn)動(dòng)速度和產(chǎn)生持續(xù)結(jié)果，目前

9、熱交換器場合多采用自動(dòng)探頭傳送系統(tǒng)插入和拔出探頭。另外，多頻渦流檢測儀常用于這種場合。圖5顯示了無外管道支持或管道板影響的管道筒式線圈的典型CRT檢測結(jié)果。圖5給出了管路檢查渦流檢測數(shù)據(jù)信號分析的核心，從圖可以確定壁損耗的百分?jǐn)?shù)，以及缺陷是在外表面還是內(nèi)表面。這對探測缺陷起源、缺陷特性以及管壁中的發(fā)生、發(fā)展都是非常重要的資料。圖5CRT屏上薄壁非磁性管校正標(biāo)準(zhǔn)的典型信號響應(yīng)(采用筒式線圈)3 應(yīng) 用渦流檢測在電廠的主要應(yīng)用包括：汽輪機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)葉片渦流檢測對檢測葉片后緣葉片連接區(qū)的缺陷有較高的靈敏度。如圖2所示，渦流檢測配合微型CCD 攝相機(jī)可以遙測汽輪機(jī)區(qū)，不用拆卸和通過進(jìn)入口。大約從200

10、6年開始，對7FA燃?xì)廨啓C(jī)的停機(jī)檢查就成為一項(xiàng)主要任務(wù)，發(fā)現(xiàn)了7FA機(jī)葉盤和葉片的缺陷。從汽輪機(jī)段2個(gè)銦鋼706葉盤上取出葉片，采用特殊渦流探測探頭和標(biāo)樣，對機(jī)組葉片連接處進(jìn)行了探傷檢查。在美國希望后期進(jìn)行百余次這類檢查工作。發(fā)電機(jī)單元或多元渦流探測探頭最近已用于拔出槽楔后檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽齒部(鴿尾槽)，如圖6、圖7和圖8所示。圖6靠近極面的發(fā)電機(jī)槽楔齒部(鴿尾槽)(拔出槽楔后)熱交換器在過去30中， 渦流檢測用于從內(nèi)表面檢查熱交換器管道、冷凝器、給水加熱器及氫冷器，均可采用渦流探測方式檢測墻壁的減薄坑蝕和裂紋。檢測數(shù)據(jù)能用于決定檢查周期和定期更換管子。圖7標(biāo)準(zhǔn)塊上用探測線圈測得的機(jī)械加工缺陷

11、的典型渦流檢測信號，用于模擬槽楔打出后發(fā)電機(jī)槽的尺寸和缺陷。圖示為1.27mm深EDM缺口的渦流檢測信號，信號相位斜向一、三象限。圖8缺口信號及2.54mm深坑的渦流檢測信號?？有盘栃毕蚨⑺南笙?箭頭所指)，由此可判定是裂紋還是坑 最近幾年，采用計(jì)算機(jī)作為現(xiàn)場檢查系統(tǒng)的一部分增強(qiáng)了數(shù)據(jù)分析能力，見圖9。圖9帶筒式線圈的自動(dòng)化渦流檢測系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)多頻渦流、激光光盤數(shù)據(jù)存儲器，數(shù)據(jù)分析軟件及高速探頭頂推器。做這一種檢查時(shí)，筒式線圈探頭插入管子全長，然后抽出，收集管子內(nèi)有管壁減薄、坑蝕或裂紋的渦流檢測數(shù)據(jù)。采用多頻數(shù)據(jù)分析法，可以消除管板和管支承板的信號遮蔽，檢測出該范圍的缺陷，如圖10、圖1

12、1所示。圖10中的渦流檢測數(shù)據(jù)為304不銹鋼冷凝器管(沿長度不同位置有鐵磁管支承)的掃描數(shù)據(jù)。管支承的信號可能會使該處缺陷信號變得模糊不清。曲線A、B、C和D的信號為模擬冷凝器管長度掃描時(shí)的渦流檢測紙帶記錄。A道為不同模式的最佳測試頻率。B道用作不同混合模式的減頻。C道用于消除或抑制強(qiáng)大的鐵磁管支承的信號和提供短缺陷的信息。D道用于絕對模式，提供長缺陷的信息。E道到F道檢查員選定的信號分析用門限區(qū)。圖11中，G為遮蔽缺陷信號的管支承的信號，H為采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析技術(shù)除去管支承信號后的缺陷信號，經(jīng)解釋，缺陷為穿透壁厚88%的的坑蝕熱交換器的渦檢測結(jié)果通常表示管板除鱗，每根圓形管用彩色標(biāo)注，表示管壁損耗的估計(jì)百分值(80%100%，60%80%等)。管子插入，不能進(jìn)行檢查(限制接近，不能清洗等)。然后這些數(shù)據(jù)用彩色餅狀圖表示出缺陷(壁損耗百分?jǐn)?shù))的分布。此外，利用基準(zhǔn)檢查和定期檢查的數(shù)據(jù)，可以確定缺陷起因及發(fā)展趨勢。這些結(jié)果可用于檢測缺陷起因和發(fā)展中的急劇上升，它可以表征運(yùn)行狀態(tài)、水處理或熱交換器中其它問題的變化情況。該結(jié)果也可確定最佳換管時(shí)間(通常當(dāng)規(guī)定數(shù)量管子需要插入時(shí))。4結(jié)語