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汪冬兵 发表于 2012-4-16 10:34:47 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
电磁涡流检测是六大常规无损检测方法之一,虽然发展较晚,但由于它的一些独特优点,在许多工程领域得到越来越广泛的应用,尤其近年来随着电脑技术的发展和远场涡流技术的推广,其应用日益普及,尤其在石化系统更成为一种不可或缺的无损检测手段。
一.        涡流检测原理
涡流检测技术所依据的原理是电磁感应现象。因此检测对象必须是导体。检测仪产生一个高频交变电流,周围就会有交变电磁场,于是附近的导体工件就会感应出旋涡状电流---涡流。涡流的幅值和相位与工件的磁导率、电导率、几何形状、内部缺陷等因素有关。这些因素都影响涡流的变化,从而也使检测线圈的电压和阻抗发生变化,测出这些变化,就可分析出工件的缺陷壁厚等信息。
由于影响涡流的因素很多,实际上,凡是能使涡流发生变化的因素,都能被检测到,所以涡流的应用范围很广。例如:缺陷检查,尺寸(壁厚)测量,电导率测量、材料分选、涂层测厚、叶片裂纹检查、在线质量控制等等。

  涡流检测原理的几个基本理论表达式如下:
由交变电流产生磁场:安培环路定理     
由交变磁场产生感生电动势:法拉第电磁感应定律      
感生电动势产生涡电流   
   关于激励线圈和涡流的电压电流磁场的相位关系如下图:
        
二.涡流检测的几个问题
1.趋肤效应
  涡流在工件内并不是均匀分布的,随着深度的增加,涡流密度呈指数规律衰减,其相位呈线性滞后。   式中δ为标准渗透深度
     标准渗透深度与电流频率材料电导率和磁导率有关
在一个标准渗透深度处的涡流密度衰减到表面涡流密度的37%。

同时随着深度增加,涡流相位也线性滞后。
由此可知,涡流检测适用于表面及近表面的缺陷检测,对于工件内部较深处的缺陷由于涡流很弱,就不易检测到。一般认为,对于非铁磁性工件,15mm以下的缺陷就很难发现了。
2.提离效应、填充系数、末端效应
反映检测探头与工件之间电磁耦合情况的参数——提离效应。当探头与工件紧密接触时,耦合最好,涡流也最强;探头与工件离开一定距离时,电磁耦合变差,涡流也急剧衰减。一般探伤检测应尽量减少提离效应,使探头与工件尽可能紧密耦合,但有时也可利用提离效应,例如进行表面涂层测厚。
对于管棒形工件而言,检测探头与工件的耦合程度——填充系数,即探头线圈有效面积与管内截面积的比值。为保证检测效果,填充系数越大越好,因此在检测现场换热器管子时,被测管必须事先进行有效的清洗,以保证探头的顺利插入及适当的检测精度。
在工件边缘或管子的末端,由于电磁场的畸变,使涡流检测不能有效进行,——末端效应,即存在一定的检测盲区。根据检测探头和具体工件的不同,这个盲区有大有小,一般应采取措施尽量减小末端效应,例如可减小探头线圈,对探头加屏蔽等。
3.频率选择
对涡流检测的参数来说,最重要的是检测频率的选择。由上述趋肤效应可知:频率越高,则涡流的渗透深度越小,但信号的相位可分离性越好;反之频率降低,虽然涡流的渗透深度增加,但信号相位不易分离,且涡流强度也会降低,因此恰当地选择检测频率是非常重要的。对于管子检测而言,通常采用如下的经验公式:
    式中 为检测频率   为被测管电阻率   为管壁厚度
4.多频检测技术
在役设备检测中常会遇到许多干扰信号,采用多频检测技术可以有效抑制干扰,提高检测的准确率。
多频技术采用两个或多个频率施加在探头上,利用缺陷与干扰在不同频率下的相位和幅值差异,经过技术处理来抵消掉干扰信号而保留真实缺陷信号。例如在管子检测中可以抵消管外支撑板信号,这在实际检测中很有用。
5.涡流信号的判别
根据检测目的不同,检测工件不同,检测线圈的形式不同,所测得的信号阻抗图也不同。以检测换热器列管为例,对列管探伤时的信号阻抗图为不同幅值和相位的“8”字形,其相位与缺陷深度相对应,而幅值主要对应于缺陷体积及走向。见下图:


6.关于远场涡流检测
在常规涡流检测中,由于趋肤效应的存在,对于磁导率很高的碳钢等铁磁性材料基本无法进行有效的检测。以前都是采用局部磁饱和方法,但局限性很大。后来在对涡流电磁场的深入研究中发现了远场涡流现象,并发展了远场涡流检测技术。
研究表明:在检测线圈附近的电磁场最强,涡流的绝大部分能量也都集中在这里,称之为近场区;但同时还有约1%的能量会穿透管壁向外发散并沿管壁传播,此处直接耦合的近场能量为零,称之为远场区,若在此处放置高灵敏度的检测线圈,即可检测到传播路径上的管壁缺损。这种远场检测技术对碳钢管道检测十分有效,尤其是对体积型缺陷。缺点是检测速度较慢,对于微细裂纹型缺陷,一般效果很差。而且由于检测探头较长,它的末端效应也比较严重,造成较长的涡流检测盲区。
   



三.对比试样

涡流检测是一种比较式测量,因此检测前必须按照标准先制作对比试样。制作试样的材质和规格尺寸必须与被测工件完全相同,并严格按照有关标准加工,有时也可根据被测工件的实际腐蚀缺陷来加工,甚至有时也可直接以现场获得的有典型缺陷的工件作为对比试样。
对比试样的作用有两个:

1.        用来对仪器进行校准。
2.        用来作为检测出的缺陷信号的判别依据。
根据被测工件的形状,对比试样可分为管棒类、平板类等。

典型的管状对比试样如下图:



下图为平板裂纹对比试样:

四.关于检测探头
  就探头的形状来划分,针对不同形状的被测工件,需要制作相匹配的检测探头。常用的有平面式、点式、外穿式、内插式、马鞍形等。

按探头线圈的连接方式分,可分为差动式和绝对式等。

五.最基本的涡流检测设备组成
    涡流检测系统必须要有高频电流产生、传感器(检测探头)及信号处理单元。
典型的涡流检测系统方框图如下:
   
六.涡流检测的特点
     1.非接触测量,无需耦合剂
       由于检测线圈通过电磁感应使被测工件产生涡流,故不需要任何耦合剂,探头也不必接触到工件,可实现非接触测量。
2.检测速度快,可应用于生产线上零件的快速检测
3.可直接与电脑连接处理数据
4.测量范围广  凡是影响工件内涡流的因素都可以被检测到
5.一般来说,只适用于表面和近表面的缺陷检测
6.检测结果不直观,需专门的阻抗图分析
7.需要有与被检测管完全一样的对比样管(包括材质和尺寸)


七.涡流检测的应用领域
    1.机械工业生产线的产品快速检测。如管棒材、汽车零件加工等。
2.航空工业飞机检修,涡轮叶片裂纹及蒙皮下裂纹、起落架检测。
3.石化系统、电力系统的各类热交换器列管役前检查及在役检测。
4.核电站、核潜艇的核岛部分蒸发器列管检测。
5.材料工业的材料分选、热处理状态、应力测量等。
6.各种零件设备的表面涂层测厚。

八、公司检测业绩
我公司从事涡流检测已经二十五年(并且我们一直都是专门进行涡流检测)。检测的范围包括:换热器管束的列管探伤、测厚,汽轮机叶片探伤,衬里焊缝缺陷探伤及空冷器翅片管束的探伤和测厚。到目前为止,我公司已检测设备约两千多台(检测管束约三百万根),并且我们现在每年约检测设备两百五十多台(管束约二十五万根)。
在冷换设备检测方面,针对空冷器翅片管束的检测是我公司的一大特色,目前国内还没有其他单位进行过有效的检测。我们的检测结果通过与合肥通用所合作进行的解剖分析结果完全一致。
目前,我们已经检测的设备材料包括:碳钢、合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相钢和铜管、钛管、锆管、INCONEL系列、INCOLOY、哈氏合金等系列材料以及双金属复合管等。应该说,对于所有导电材料的换热管束,只要设计加工出对比样管,都可以进行涡流检测。到目前为止我们检测的冷换设备管束的尺寸:外径为Φ12mm-Φ42mm,管壁厚尺寸为1mm-8mm。
我公司目前已拥有各种材质及尺寸的对比样管三百多支。
针对板状设备的检测,我们也具有相应的笔式探头和马鞍形探头。
我公司每年检测的业务领域包括:石化、石油、电力、海洋油田、机械制造及冶金行业等,业务涉及全国各地各类企业(包括国有、民营、合资及外资独资企业)。
在检验检测资质方面,我们已取得ISO9001及国家技术监督局颁发的涡流检测资质证书。

九.涡流检测的实际案例

1.甲铵冷凝器列管的应力腐蚀裂纹检测及解剖验证
   在化肥装置中的甲铵冷凝器列管,由于壳侧冷凝液中氯离子的影响,经常会产生外壁的应力腐蚀裂纹。裂纹一旦穿透管壁就会泄漏造成设备腐蚀而停车。为此经常监测应力腐蚀裂纹的产生及发展情况十分必要。而涡流检测目前是唯一行之有效的手段。
下图为列管易发生应力腐蚀的位置图:

检测发现的裂纹缺陷信号图:


   
对有严重缺陷信号的列管,采取堵管或接管修复的方法处理,所拔出的管子在指定位置都能看到明显的裂纹,还有些管子表面看不明显,经解剖后的金相照片可清楚看到微细裂纹的形态和走向。有些已明显穿通管壁。
下面是几根已拔出的管子裂纹的外观照片:

经解剖,裂纹的金相照片如下图:
对于这种设备来说,影响其使用寿命的主要因素就是列管的应力腐蚀裂纹,因此通过定期进行涡流检测,可提前发现列管应力腐蚀的产生和发展,并及时进行修理或更换,杜绝了因泄露造成停车,有效保证了长周期运行。

2.汽提塔钛管腐蚀减薄测量
在某类尿素装置的汽提塔中,列管材质为纯钛。使用中发现,在管子上部一特定位置,总会发生较严重的均匀腐蚀减薄现象,若不能及时发现并处理,爆管的情况也时有发生。但利用涡流检测来监测壁厚的减薄情况,即可随时掌握壁厚的变化,典型的检测曲线如下图:

经拔管解剖,发现在这个部位管内壁严重减薄并形成一道深深的沟槽,如图:






我们对急剧减薄的环形槽部位锯开,并仔细测量该截面各个方位壁厚值
结果如下图:

八个方位的壁厚平均值为1.09mm,而仪器检测的数值为1.05mm,可见误差范围在允许的范围之内。这种检测精度在工程上已完全满足使用要求了。
由此可知,涡流测厚所给出的数据是每根管子最薄截面的各个方位壁厚的平均值。对于均匀腐蚀减薄,误差不大,但有时遇到管子单边减薄或局部方位减薄时,检测数据就不能完全反映最危险点的壁厚了。


在此例中,每年检测管壁的变化情况,找出年平均腐蚀率,即可及时进行处理,杜绝爆管情况的发生。

3.空冷器翅片管腐蚀减薄测量

在炼油厂有大量的空冷器,其换热主要依靠带有铝质翅片的换热管。由于管内油品会对管壁造成冲刷腐蚀,管壁会出现较大面积的凹坑,使管壁减薄,严重时甚至会爆管。
但由于翅片管主体一般为碳钢材质,且外带铝质翅片,其结构也较为复杂,这就给涡流检测带来很大困难。我们经过多次检测实践,不断改进检测探头设计并调整检测参数,结合远场涡流技术通过现场抽管解剖进行分析验证,终于形成了一套针对翅片管的比较成熟的专门检测技术。
检测发现,翅片管的主要问题是管内壁冲刷腐蚀减薄和局部的腐蚀坑,而这种减薄是不均匀的,我们的检测虽能测出最薄的壁厚点,但所得的数值是该截面壁厚的平均值,经解剖验证也证明壁厚偏心减薄的情况。
下面是几个实际检测发现的翅片管减薄现象的检测曲线:



实际解剖翅片管的照片如下图:

可看出,上图是明显的管壁局部减薄,其纵向解剖如下图:


  
对某一根已经爆管 翅片管检测曲线如下图:

由图可见,虽然该管测厚读数为1.50mm,但实际已经爆管,就是由于测厚的平均效应所致,但从图上仍可清楚看到该管的严重问题。
2010年1月,某炼油厂加氢裂化装置的两台高压空冷器连续运行了3年,装置大修期间委托我们公司对这两台空冷器的翅片管束进行涡流检测,检测结果我们认为这两台空冷器翅片管束除了少数管子内壁有冲刷浅沟槽信号外,管子的壁厚未发现有明显的异常腐蚀减薄;后来厂家对这台设备抽取了部分列管进行解剖验证,结果证明除了管束内部有轻微冲刷痕迹外,列管没有明显的异常,直接验证了我们的检测结果。



















从上面的解剖图可以看出,管子的壁厚没有明显的腐蚀减薄。

4.某石化厂冷却器碳钢管泄漏远场涡流检查
某石化炼厂空冷器发生了泄漏,但该厂不知究竟是哪根管子泄漏,因而也无法进行堵漏修理,为此请我们去检测。由于该设备列管为碳钢材质,必须采用远场涡流技术检测。在先进行了管壁厚度检查后,并未发现问题,进一步进行远场探伤检测,终于在一根管子的靠近管板附近位置发现一明显缺陷信号。后对该管进行堵管处理,开车后发现泄漏完全消除。
如图:


5.CO2汽提塔列管腐蚀减薄拔管验证
在大化肥厂的尿素装置中,汽提塔是一关键设备。其中发生的主要问题是列管的均匀腐蚀减薄问题,为保证设备安全运行,不致因爆管而停车,必须经常对列管壁厚进行监测,找到其腐蚀变化规律,并找出壁厚最薄和检测速率最快的列管进行处理。这就要求快速准确的进行涡流检测。由于列管数量很大,检测工作量也很大,这时涡流检测就显示出独特的优点,检测速度快,电脑数据处理使得数千根管子检测在两三个工作日即可完成。
通常的检测曲线如下:

实际上,这种列管的壁厚减薄规律是从上管口开始逐渐减薄(外径不变,内径增大),到约4~5米处壁厚减薄最严重,一过最薄截面再向下,减薄迅速减少,至壁厚毫无减薄,并出现内壁结垢现象,结垢层最后可达1 mm。如图:


检测精度的实验分析:根据检测数据对所测管子进行当场拔管检验是最可靠的方法。举例如下:拔管管号  61-26
实测壁厚值  最薄截面  1.65mm
            A截面    1.80mm
            B截面    1.85mm
            C截面    1.95mm
拔管后实测(用游标卡尺,精度0.02mm)
  
   
   由以上四个截面的解剖验证数值与仪器检测结果相对比,可以看出:
1)        对截面八个方位壁厚测量的平均值与仪器读数误差均不超过0.05mm。
2)        每个截面各方位壁厚不可能完全一样,总有壁厚值的微小变化,说明腐蚀不可能完全均匀。
3)        因此实际的最危险部位(最薄点)还不能以检测数据为准,必须考虑一个误差量。
4)        冷换设备管束壁厚检测是我公司经过长期实际检测摸索出的独有检测技术,并形成了相应的技术标准,目前中外都没有相应的检测标准。



                                          南京优悦科技有限公司
                                         
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精彩评论44

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happynation 发表于 2012-4-17 11:50:19 | 显示全部楼层
 
恭喜开版 {:soso_e183:} 不是应该五大常规么  UT RT PT MT ET  还有哪项?
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汪冬兵 发表于 2012-4-17 14:19:38 | 显示全部楼层
 
声发射(AE)
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 楼主| jarhua 发表于 2012-4-18 09:16:32 | 显示全部楼层
 
{:soso_e183:}恭喜版主
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汪冬兵 发表于 2012-4-18 10:17:13 | 显示全部楼层
 
{:soso_e113:}
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 楼主| 阿黃 发表于 2012-5-1 14:45:22 | 显示全部楼层
 
汪工您好!
很高興看到一個渦流檢測專家了,我在香港做渦流檢測也有30年了,電廠、核電廠、船廠、煤氣廠、化工廠、酒店、商廈冷凝器等,焊縫以及只要能導電的我都做。
從檢測缺陷到檢測「偷工減料」案例,我把渦流的功能發揮的不錯。從中還找到很多樂趣。
有機會我們好好交流下心得。
kmwong@aes.hk
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汪冬兵 发表于 2012-5-3 13:10:52 | 显示全部楼层
 
欢迎多交流。彼此分享实际体会,增加友谊。
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 楼主| Lookforcracks 发表于 2012-6-28 21:25:34 | 显示全部楼层
 
谢谢分享,支持斑竹不收金币……
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wjjxuey 发表于 2012-12-3 16:43:29 | 显示全部楼层
 
汪版,有涡流的教材吗?最近想了解一下涡流检测,谢谢!

我的邮箱:wjjxuey@sohu.com
随着知识面的拓宽,感觉现在NDE这一块的压力越来越大了,传统技术已经渐渐不能适应目前检测发展的趋势。如果不及时充电,提高自身,将很快被...
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汪冬兵 发表于 2012-12-11 13:50:42 | 显示全部楼层
 
阿黃 发表于 2012-5-1 14:45
汪工您好!
很高興看到一個渦流檢測專家了,我在香港做渦流檢測也有30年了,電廠、核電廠、船廠、煤氣廠、化 ...

希望能多联系,一起探讨涡流检测方面的心得。互相交流实际检测经验。
   13809007715
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