关于压力容器无损检测涡流检测技术的探讨

摘要：换热器是最常见的压力容器类型之一，主要用于石油、化工、电力、供热等各种。国内外检验金属管最常用的方法为涡流检测方法，本文综合阐述了压力容器用管材制造和压力容器使用过程中的涡流检测技术。

关键词：压力容器;涡流;焊缝

引言：

常用的换热金属管包括铁磁性的碳钢和合金钢钢管以及非铁磁性的不锈钢钢管、等等。涡流检测方法主要包括制造过程中的铁磁性钢管和非铁磁性金属管材的涡流检测技术、在用铁磁性钢管的远场涡流检测技术、在用非铁磁性金属管的涡流检测技术和金属压力容器壳体焊缝表面裂纹的复平面分析涡流检测技术。

一.涡流检测的国家标准

目前国内普遍开展的是制造过程中各种金属管的涡流检测，并制定了如下检测标准：

GB/T 5126 铝及铝合金冷拉薄壁管材涡流探伤方法

GB/T 5248 铜及铜合金无缝管涡流探伤方法

GB/T 7735 钢管涡流探伤检验方法

GB/T 12604 .6 无损检测术语 涡流检测

GB/T 12969 .2 钛及钛合金管材涡流检验方法

GB/T 14480 涡流探伤系统性能测试方法

JB 4730 锅炉、压力容器及压力管道无损检测

目前开展较多的为在用换热器非铁磁性金属管检测工作则刚刚开始，但这两方面均无现成的检测标准，目前在JB 4730 修订报批稿的第六部分中已经加入这两方面的内容。

二.新制铁磁性钢管的涡流检测

对新制钢管进行涡流检测的目的，主要是控制钢管的产品质量，发现钢管上可能存在的通孔和表面裂纹等缺陷。检测通孔的方法通常采用穿过式线圈，检测表面裂纹的方法通常采用扁平放置式线圈。

铁磁性钢管检测必须具有磁饱和装置，以便对检测线圈的检测区域施加足够强的磁场，使其磁导率趋于常数。铁磁性钢管涡流检测的频率范围一般在1-500kHz 之间。

（一）检测方法

穿过式线圈检测钢管，一般为多线圈结构，多线圈可以是分列式或初级线圈、双差动线圈等。扁平放置式线圈检测，为线圈旋转钢管轴向移动的扫查方式，钢管旋转线圈轴向移动的扫查方式，使用这种方法时，钢管的外径没有限制。

（二）对比试样

对比试样应与被检对象具有相同或相近规格、牌号、热处理状态、表面狀态和电磁性能。采用对比槽形试样时，槽的形状为纵向矩形槽，平行于钢管的主轴线。槽的宽度≯1 .5mm ，长度为25mm ，其深度为管子公称壁厚的5 %，最小深度为0.3mm ，最大深度为1.3mm 。

三.新制非铁磁性金属管的涡流检测

非铁磁性金属管主要包括奥氏体不锈钢无缝钢管、铜及铜合金无缝管、铝及铝合金无缝管、钛及钛合金无缝管，这些管材的外径一般≯ 50mm ，管材的壁厚≯5mm 。

与铁磁性金属管相比，非铁磁性金属管的涡流检测不需要磁饱和装置，但对铜镍合金管材，有时也使用磁饱和装置，使被检区域达到磁饱和后进行检测。非铁磁性金属管涡流检测的频率范围一般在1 ～ 125kHz 之间。

新制非铁磁性金属管涡流检测采用通孔对比试样，即在一定长度的管材上沿轴向加工5 个相同孔径的通孔，其中2 个通孔分别距管端100mm ，中间3个通孔沿圆周方向相隔120°±5°均匀分布。

四.在用换热器铁磁性钢管的远场涡流检测

与新制钢管的涡流检测方法不同，在用换热器管的涡流检测只能采用内穿过式探头，由于钢管的口径较小，内穿过式探头采用磁饱和装置非常困难，因此对于在用换热器铁磁性钢管通常采用远场涡流检测方法，而不采用磁饱和状态下的常规涡流检测技术。

（一）检测设备

远场涡流检测仪器采用10Hz ～ 5KHz 的低频激发，探头内分别设置远场涡流激励线圈和检测线圈，而且激励线圈与检测线圈的间距为被检管子内径的2-3 倍。

（二）检测

检验前，首先对在役铁磁性钢管内表面进行清洗，使之满足检测要求;使用远场涡流检测对比试样时，调整工作频率和其它工作参数，使电磁场能较好地穿透管壁，并使仪器的连续平衡速率或滤波参数适应探头的移动速度，最终使系统达到所要求的灵敏度。

对钢管进行检测时，尽可能地使探头速度恒定平稳，探头在管内的检测速度视所用仪器和选择的参数而定，一般≯10m/min ;检测过程中，使用从远场涡流检测对比试样管获得的数据作为衡量仪器缺陷检测能力的标准，判断被检管是否存在缺陷。

五.在用换热器非铁磁性金属管的涡流检测

与新制管材检测的目的不同，在用设备检测的目的是发现换热管在使用过程中可能产生的壁厚均匀腐蚀减薄、局部腐蚀坑、与管子支撑板接触部位的磨损、裂纹等缺陷。因此，对检测仪器功能有较高的要求，对比试样也是针对这些缺陷的检测而设计的。

（一）检测设备

检测设备除具有一般仪器常有的功能外，还应具备至少应有2 个独立可选频率，频率范围为1kHz ～ 1MHz 。仪器需具备差动和绝对通道的检测能力，能够检测出管子壁厚均匀减薄、裂纹、腐蚀坑和磨损等缺陷。仪器应具有相位调节、滤波、混频处理等单元，并有相应的报警设置、阻抗平面显示以及可靠的记录装置。

（二）检测

检验前，首先对在役非铁磁性管内表面进行清洗，使之满足检测要求;使用检测对比试样，调整工作频率和其它工作参数，最终使系统达到所要求的灵敏度。

对管子进行检测过程中，尽可能地使探头速度恒定平稳，探头在管内的检测速度视所用仪器和选择的参数而定。检测过程中，使用从检测对比试样管获得的数据作为仪器缺陷检测能力的衡量标准，判断被检管是否存在缺陷。

六.压力容器壳体焊缝表面裂纹的涡流检测

采用涡流技术可以在不去除表面涂层的情况下探测金属材料的表面裂纹，然而，常规涡流方法只适用来检测表面光滑的母材上的裂纹，对焊缝上的裂纹检测却会因焊缝在高温熔合时产生的铁磁性变化。

（一）检测设备

用于金属焊缝表面裂纹检测的仪器除应具有复平面相位和幅度的分析和显示功能外，还应至少具备以下功能检测频率在1kHz-1MHz 的范围内任意选择。在预计最大涂层厚度的情况下可使校准试块上1mm 深的人工缺陷在显示屏达到满屏显示，同时0 .5mm 深的人工缺陷信号的幅度至少大于1mm 深缺陷信号的50 %。

（二）检测

1.频率选择

应根据灵敏度、提离和其它不希望出现的信号将频率调到最佳。通常情况下，建议采用约100kHz 的检测频率。

2.仪器校准

校准是通过将探头在对比试样上划过V 形槽进行的，V 形槽表面应先覆盖上一层非导体弹性板，其厚度等于或大于被测构件涂覆层的厚度;进行灵敏度调整，使1mm 深的V 形槽信号幅度约为满屏高度的80 %;校准检查应周期性进行。

3.扫查检测

检测的可靠性高度依赖于线圈与被测表面之间的方向，检测时应确保探头以最佳的角度划过被检部位的表面;差动式探头灵敏度受缺陷与线圈夹角的影响，因此在检测过程中应注意控制角度。

结束语：

换热金属管是必用元件之一，通过换热管可使不同介质达到热量迅速交换的目的。换热器的管壳中具有流动的高温、高压、易燃、易爆和有毒等介质，因此，控制新制换热管的质量和及时检测在用换热管出现的腐蚀、冲蚀等壁厚减薄缺陷，对确保换热器的安全运行十分必要。

参考文献：

[1] 周乐，张志文.  无损检测及其新技术[J]. 重庆工学院学报. 2006（08）

[2] 王在峰.  压力容器无损检测新技术的原理和应用[J]. 机械管理开发. 2007（03）

[3] 李小亭，沈功田.  压力容器无损检测——涡流检测技术[J]. 无损检测. 2004（08）