不锈钢冷凝器是电站机组中更常见的设备之一,是金属监督检验的重点。目前电站机组中使用的不锈钢冷凝器普遍采用小直径不锈钢薄壁管。这种不锈钢冷凝器结构简单、传热效果好,在电力行业中获得广泛的应用。近年来国内多次出现电站机组冷凝器小直径不锈钢薄壁管开裂或腐蚀穿孔泄漏事故,导致锅炉给水品质下降,不锈钢冷凝器换热效率降低,直接影响机组的正常运行。目前国内对冷凝器不锈钢薄壁管的检测主要采用涡流检测法,但涡流差动自比式线圈检测轴向贯穿薄壁管的条状缺陷的灵敏度较低,易出现对这类危险性缺陷的漏检。因此,需要研究高效率、高灵敏的无损检测方法对电站机组用冷凝器管进行检测。提出采用兰姆波检测技术对小直径不锈钢薄壁管进行无损检测,对轴向、周向缺陷的可检性进行试验研究,并对不锈钢冷凝器管进行探索性在役检测。

1􀀁基本原理

当声波导体厚度与声波波长数量级相同时,在声波导体中斜入射纵波不能激发独立存在的纵波和横波,而是以适当的激励角度激励产生由横波和纵波合成的兰姆波。兰姆波在质点振动与传播方式方面具备的特殊性,使之成为薄板(包括金属与非金属材料)检测的有效手段。当棒材的直径或不锈钢冷凝器薄壁管的壁厚满足一定条件时,同样可以激励产生和传播兰姆波。

2􀀁检测探头的设计与制作

2.1􀀁探头的制作

不锈钢冷凝器薄壁管的接触法检测与板材检测显著差异之一为不锈钢冷凝器薄壁管检测要求探头与不锈钢冷凝器薄壁管的接触面为与管外表面形状吻合良好的弧面。为实现在轴向和周向2个方向上的检验,分别制作与不锈钢冷凝器薄壁管轴向弧面和周向弧面形状吻合的探头。

2.2􀀁对比试样的制作

不锈钢冷凝器薄壁管的拉拔与挤压工艺使不锈钢冷凝器薄壁管可能出现轴向或周向的缺陷。轴向传播的兰姆波有利于发现周向缺陷。周向传播的兰姆波有利于发现轴向缺陷。为保证兰姆波检测的可靠性,需从轴向和周向2个方向分别激励兰姆波对不锈钢冷凝器薄壁管进行检测。

3结果分析及应用

3.1􀀁对比试样人工缺陷位置的合理设计对比试样上不同深度的内、外表面的周向或轴向切槽均加工在不锈钢冷凝器薄壁管的同一条母线上。进行周向检测时,只要各轴向切槽之间保持的距离适当,兰姆波探头接收各缺陷反射回波信号便不会相互干扰。试验表明,各切槽之间距离为30mm时各反射回波信号间无干扰。但进行轴向检测时,兰姆波探头接收处于不锈钢冷凝器薄壁管同一母线上的3条槽伤的反射回波信号时,各信号相互干扰。当兰姆波沿正轴向传播时,只有距探头更近的0.5mm切槽的反射回波信号被超声检测仪接收。距探头稍远,深度分别为0.2mm和0.1mm的切槽分别均未被探测到。当兰姆波沿负轴向传播时,外表面上深度为0.1mm

、0.2mm和0.5mm的3条周向人工切槽均被探测出来。从图7b可知,沿负轴向探测时,在90mm探测距离上深度为0.1mm切槽的回波与150mm探测距离上深度为0.5mm切槽的回波的幅度基本相同。该探测条件下,深度为0.5mm切槽的回波比在150mm距离处从C1􀀁A1方向上探测所接收到的回波信号低6dB。

检测不锈钢冷凝器薄壁管内壁缺陷时存在同样的现象。因此,当需要在不锈钢冷凝器薄壁管上加工多个用于调整轴向检测灵敏度的人工缺陷时,应考虑各缺陷之间需间隔一定角度。在实际检测时,如果发现有回波信号,应增加相反方向复查,以确定是否有其它被􀀁遮挡􀀁的信号。同理,周向检测也应如此。

3.2􀀁兰姆波检测不锈钢冷凝器薄壁管的可靠性

从不锈钢冷凝器薄壁管对比试样人工切槽检测的试验结果可知,兰姆波检测技术可发现壁厚为1~2mm不锈钢冷凝器薄壁管内、外壁上深度为0.1mm的缺陷。

3.3􀀁应用实例

对581根􀀁38mm􀀁2mm的TP347不锈钢管进行兰姆波检测,发现2根不锈钢管存在轴向贯通性折叠缺陷,将其中1根解剖后,进行金相分析,分析结果与检测诊断相符。

4􀀁结论

1)兰姆波方法可以检测出不锈钢冷凝器薄壁管内、外壁上的深度为0.1mm的人工切槽缺陷。

2)运用兰姆波技术对不锈钢冷凝器薄壁管进行检测时,应分别从轴向和周向2个方向进行。

3)试验设计时,对比试样上人工缺陷的位置设计方面,应注意避免在声传播方向上产生􀀁重合􀀁。周向检测时,人工缺陷间隔距离应不小于30mm;轴向检测时,人工缺陷应在不锈钢冷凝器薄壁管圆周面上保持适当的间隔角度。

4)兰姆波方法可以替代常规的涡流检测方法对电站不锈钢冷凝器薄壁管进行检测,可及早发现安全隐患、防止其发生大面积泄漏,进而确保电站机组的安全运行。