[科普中國(guó)]-高速探頭技術(shù)

探頭技術(shù)

在20世紀(jì)，探頭被廣泛地應(yīng)用于SG和換熱器傳熱管的常規(guī)檢測(cè)，性能可靠，可以準(zhǔn)確檢測(cè)和定位體積性缺陷，如磨損、點(diǎn)蝕等，檢測(cè)速度可達(dá)到1000mm/s1。

高速探頭高速探頭對(duì)在直管段的軸向裂紋是很敏感的，但在管板上部(TTS)和彎管過(guò)渡區(qū)，由于管壁幾何變形引起的大干擾信號(hào)會(huì)顯著減少探頭的檢出能力。特別是20世紀(jì)80年代，傳熱管上出現(xiàn)的大量晶間裂紋(IGA)、內(nèi)外壁軸向或周向應(yīng)力腐蝕裂紋(SCC)后，高速的檢測(cè)能力已經(jīng)不能滿足電站安全性要求，其中一個(gè)主要的局限性是對(duì)圓周方向裂紋的檢出率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于軸向的，因?yàn)樵趥鳠峁鼙谏袭a(chǎn)生的感應(yīng)電流的流動(dòng)方向平行于線圈纏繞方向，周向裂紋的出現(xiàn)不會(huì)對(duì)感應(yīng)電流造成實(shí)質(zhì)的影響，除非金屬流失量達(dá)到一定程度。

為了能夠有效地檢出SCC這類金屬流失量小的缺陷，旋轉(zhuǎn)探頭(MRPC)及+Point探頭技術(shù)先后得以發(fā)展。這些表面探頭與馬達(dá)單元相連，可以在傳熱管內(nèi)以螺旋式運(yùn)動(dòng)，克服了高速探頭的局限性，能夠檢測(cè)軸向和周向裂紋，也能提供缺陷形態(tài)方面的信息。周向裂紋對(duì)渦流信號(hào)的干擾因素賦予了旋轉(zhuǎn)探頭檢測(cè)周向裂紋的能力。

+Point探頭+Point探頭由2個(gè)正交的線圈組成，采用差動(dòng)模式連接，能夠同時(shí)檢測(cè)到材料變化和幾何變形如提離的影響，可以檢測(cè)軸向和周向的缺陷并能對(duì)二者加以區(qū)分。有些旋轉(zhuǎn)探頭端部還可以由2種類型的探頭進(jìn)行組合，提高缺陷檢出率。然而旋轉(zhuǎn)探頭最大的不足在于檢測(cè)速度慢，開(kāi)始時(shí)速度大約只有高速探頭的1/120，隨著高速探頭以及高扭矩馬達(dá)的發(fā)展，但兩者間的差距還是相差80倍。同樣，這些探頭通常需要采用彈簧進(jìn)行壓緊，保證其貼近傳熱管表面，以減少提離效應(yīng)，因?yàn)樘犭x可能會(huì)導(dǎo)致探頭檢測(cè)能力下降。而且傳熱管內(nèi)部出現(xiàn)的磁性沉積物在很大程度上會(huì)減少探頭的壽命，馬達(dá)直徑過(guò)小也會(huì)導(dǎo)致探頭更加脆弱。由于上述原因，在過(guò)去的10年里采用+Point探頭檢測(cè)大量傳熱管上出現(xiàn)的SCC時(shí)，特別是TTS區(qū)域，檢測(cè)所需的時(shí)間與成本顯著增加。

陣列探頭20世紀(jì)90年代末，具有發(fā)射/接收(T/R)功能的陣列探頭技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)。與傳統(tǒng)的阻抗探頭技術(shù)相比，T/R技術(shù)具有更加優(yōu)越的性能。在容易產(chǎn)生提離現(xiàn)象的傳熱管幾何變形區(qū)域如彎管區(qū)或管板過(guò)渡段，它們能將信噪比提高5～10倍。由于采用陣列排布，探頭不需要采用可運(yùn)動(dòng)的部件，因而增加了探頭的穩(wěn)定性。而T/R探頭具有指向性，為了保證T/R線圈組對(duì)缺陷的敏感性，探頭設(shè)計(jì)可以進(jìn)行優(yōu)化，使其對(duì)不同的裂紋方向都有最大的響應(yīng)。目前，2種常見(jiàn)的陣列探頭是X-probe和Intelligent探頭。

X-probe是一種快速且一次通過(guò)就能完成傳熱管檢測(cè)的T/R陣列探頭，在探頭頂部的組合線圈能夠?qū)崿F(xiàn)周向和軸向同時(shí)檢測(cè)。每排的線圈數(shù)量取決于傳熱管的直徑，可以在8～19個(gè)之間變化。只要對(duì)傳熱管進(jìn)行單次掃查，探頭內(nèi)部的電子電路就能保證線圈組對(duì)軸向、周向和體積性缺陷進(jìn)行區(qū)分，顯示出與旋轉(zhuǎn)探頭具有同等的檢測(cè)能力。即使是進(jìn)行全管檢查，探頭的掃查速度也可達(dá)1000mm/s，能夠順利通過(guò)彎管區(qū)。如果將高速探頭整合到陣列探頭上，那么檢測(cè)時(shí)間就能進(jìn)一步縮短，并且消除了使用不同類型探頭復(fù)檢的需要

從2002年開(kāi)始，Intelligent探頭就在美國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣省開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。2003年在美國(guó)的電站執(zhí)行了實(shí)際檢測(cè)工作，并于2005年完成EPRI附錄H的認(rèn)證工作。與高速和MRPC探頭相比，無(wú)論是檢測(cè)速度還是發(fā)現(xiàn)的缺陷深度，其優(yōu)勢(shì)都十分明顯。Intelligent探頭結(jié)合了高速和陣列線圈技術(shù)，能夠一次性檢測(cè)出所有類型的缺陷。采用與傳熱管非接觸設(shè)計(jì)使探頭更加耐用、性能穩(wěn)定且可進(jìn)行快速推拔。這類探頭設(shè)計(jì)時(shí)采用了傾斜式驅(qū)動(dòng)線圈排列和具有高速探頭能力的薄膜拾取線圈，對(duì)所有缺陷類型都相當(dāng)敏感，并提供缺陷的特征信息。每個(gè)探頭都有內(nèi)置的前置放大器電路，可屏蔽電磁干擾并提高信噪比，有利于微小缺陷信號(hào)的檢測(cè)和識(shí)別。

探頭技術(shù)和ET儀器的發(fā)展總是相輔相成、一同進(jìn)步的。儀器技術(shù)上采用多頻率輸入、多通道數(shù)、高采集速度、同步觸發(fā)、時(shí)間間隔多路復(fù)用技術(shù)以及更大的帶寬，使得目前的探頭技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)。但探頭在耐輻照性能、抗電磁干擾、區(qū)分不同的缺陷類型以及耐磨性等方面還需進(jìn)一步發(fā)展2。