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钛合金换热器传热管胀接区的涡流检测

来源:涡流检测 时间:2020-07-12 作者:无损检测资源网 浏览量:

摘要:针对传热管胀接区涡流检测的难点,研究了旋转涡流检测工艺,通过对模拟试样、换热管管板试样胀接区的试验确定了合适的涡流检测工艺参数,并结合胀接管的解剖、渗透检测结果对比验证了检测方案的有效性。在应用中对几千余处换热管胀接区进行了检测,经水压试验、泄漏检测验证,接热管胀接区的旋转涡流检测工艺是可靠的。

孙鹏远,李斌,王伏言,王海登(中国船舶重工集团公司第七二五研究所,洛阳471000)

关键词:张接区;旋转涡流;工艺参数;泄漏检测

钛合金换热器的轻量化与耐蚀性优于钢制换热器的,目前已逐步应用到海洋、核电等领域,但由于钛合金成本较高,总体应用比例小,生产过程的检测与质量控制手段也在不断进步。传热管是换热器的重要组成部分,在进行热交换的同时,也承担着冷却系统压力边界的职能,其质量检测十分重要,是设备安全运行的重要保证。根据经验,钛合金换热管的检测需要结合原材料生产、过程加工等多个流程来实施,而换热器生产过程中的胀接易产生裂纹、微裂纹等缺陷,必须实施针对性的检测。

换热器传热管的检查通常是通过涡流检测的方法来实现的,一般采用轴绕式探头(BOBBIN探头)进行,轴绕式探头线园直径与传热管管径接近,涡流场覆盖范围大,检测效率高[]。传热管胀接区的受力影响区长度较小,且附着在管板之上,轴绕式探头的涡流场受管板信号的干涉严重,尽管通过混频技术可以抑制管板信号的影响,但检测灵敏度会降低。

无损检测证书挂靠提到的上述原因外,轴绕式线园只能沿换热管纵向移动检测,不能实施360°周向精细扫查,纵向裂纹的定位与检出率均难以满足需求。为了解决管板干涉与无法精细扫查的问题,必须采用小直径线园减小涡流场的范围,增加扫查路径控制能力。笔者通过对模拟试样、换热管管板试样胀接区的试验确定了合适的工艺参效,并结合胀接管解剖、渗透检测结果对比验证了检测方案的有效性。

1涡流检测原理

涡流检测是以电磁感应为基础的一种常规的无损检测方法,主要适用于导电材料,是目前钛合金薄壁管材检测的重要手段。点式旋转探头是放置式线园的一种,属于放置式探头结构的延伸,检测时在线因激发的交变磁场作用下,被检测工件表面会感应出涡流。涡流场的分布由线固激励信号、线圈直径、被检材料等多种因素决定,对于管材,其属于规则结构,点式线园的涡流场分布不受所处周向位置的影响,在激励信号保持不变的条件下,其接收的信号相对稳定,具备实施检测的基本条件。管材的壁厚T、半径R、提离高度h、电导率和磁导率的变化以及缺陷等均会影响线园的阻抗]。若保持其他因素不变,仅将缺陷引起阻抗变化的信号取出,经仪器放大并于以检测,就能达到检测的目的,涡流检测原理示意如图1所示。

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点式旋转探头以平面线圈为基础,通过旋转装置(马达单元)为探头提供旋转动力或手动提供驱动,点式旋转探头和自动旋转装置外观如图2所示。

点式旋转探头通常采用栅格式扫查方式进行扫查,探头线园垂直于被检零件的表面,旋转装置提供旋转动力实现对被检管材圆周方向的扫查,该次扫查周期完成后探头向前步进,实现下一个周期的扫查]。扫查过程中控制步进的长度以保证扫查区域边界重叠覆盖,防止检测过程中出现漏检的情况。

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探头线园通常设计得非常小,具有较高的检测灵敏度,但这种探头的检测速度较轴绕式探头大为下降。

因此,点式旋转探头通常用于对轴绕式探头检测盲区的补充检测,或对轴绕式探头发现的可疑信号进行确认,并且该种探头可以测量缺陷的轴向长度和周向宽度,但不具备对缺陷深度精确定量的能力。

点式旋转探头涡流检测除了可以实现对胀接区表面及近表面的缺陷检测之外,还可用于零件局部检测和非规则工件的检测。

点式旋转探头的检测效果很大程度上取决于线图外形与被检测零件形面的吻合状况,良好的吻合是保证检测线圈平稳扫描、与被检测零件形成最佳电磁耦合的重要前提。实际应用中,可通过定置专用探头解决与被检测零件形面吻合的问题。涡流检测中提离效应、边缘效应等都会对点式旋转探头的阻抗产生较大影响,实际应用中采用适当的电学方法抑制磁通量的变化,从而降低提高效应的影响;边缘效应会引发涡流流动路径的畸变,这种干扰信号很强,一般会远远大于所要检测的信号,涡流检测中往往会利用一些电的或者机械的方法来消除边缘效应。

2涡流检测工艺

2.1涡流检测装置试验设备如下:爱德森EEC-39TG涡流仪;规格为16mm的点式探头,探头线圈直径为5mm,用自动旋转装置提供旋转动力。

试验由手动驱动为自动旋转探头的前进提供驱动力,试验过程中不仅要保持探头的稳定且需要控制扫查速度。扫查时保持匀速,扫查速度由选择探头的转速n及线圈有效覆盖范围的直径d决定,涡流扫查方式示意如图3所示,线圈以螺旋状路径和盖整个检测区域,一般应保证20%的重叠覆盖,故扫查速度,可由式(1)表示。

υ≤0.8·n·d(1)试验中,旋转枪的旋转速度为300r·min,检测线圈的有效覆盖范固直径约为5mm,由式(1)可计算出,应不大于20mm·s1。因为探头是螺旋式前讲的,为了保证探头的缺陷检出率,应控制探头

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