凝汽器作为核电厂常规岛的重要组成部分，其安全可靠性直接影响到机组的安全稳定运行。而传热管作为凝汽器的主要换热组件，是凝汽器最重要的部分。传热管材料为钛合金，传热管管口与管板之间采用“胀管+密封焊”的形式连接，其结构示意如图1所示。
图1 凝汽器管口区域结构示意 目前，主要采用Bobbin探头对凝汽器传热管进行涡流检测，在近管口区域受胀管过渡段及管板边缘的影响，该区域（整个管板区域+管板内边缘往内部10 mm）为检测盲区，在役检查阶段往往需要对近管口区域补充进行目视检测。 某电厂大修期间，目视检测发现接排出水侧近管口区域存在大量划伤，如图2所示。划伤距管口约30 mm，该位置属于管板区域，使用Bobbin探头进行涡流检测时，未发现异常信号显示。同时，由于该划伤位于传热管内壁，且划伤较细（长度小于0.5 mm），采用传统测量方法无法确定该缺陷的深度。 图2 近管口区域划伤示意 为解决该缺陷的检出问题，并给出半定量的检测方案，可采用的涡流检测技术有MRPC、管阵列、表面阵列等。考虑到该缺陷属于表面开口缺陷且位于管板区域，为尽量降低结构信号的影响，拟采用更高频的表面阵列涡流检测技术实施检测，并通过试验验证其检测能力。 1检测方法与设备 表面阵列涡流检测技术是阵列涡流技术在表面检查中的特殊应用，其主要特点是检验频率高于常规阵列涡流技术。阵列线圈部分由多组按照一定方式排布的T/R线圈组成。目前的表面阵列涡流探头多采用双排线圈结构，其中一排线圈与另一排线圈在周向错开一个线圈半径的距离，如图3所示。 图3 阵列涡流探头结构示意 试验采用ZETEC生产的Miz-200A型涡流检测仪。选用SURFXTS0023型柔性薄片式表面阵列探头，长度为56 mm，线圈排列形式为2×16，中心频率为1~4 MHz。 图4 Miz-200A型涡流仪 图5 SURFXTS0023型薄片式表面阵列探头 柔性表面阵列探头结构的局限性，导致其稳定性以及与被检工件的贴合性较差，故试验设计了一款辅助工装，以使探头能够较大程度地贴合被检工件，提高检测稳定性及灵敏度，并在探头表面加装了一层保护膜，以免探头受损。 图6 辅助工装结构示意 使用时，将探头的长轴与辅助工装的长轴对齐，同时将探头的短轴中心线与工装手柄端圆弧中心线对齐，并使用耐高温耐磨的胶带将探头固定在工装上。探头和工装的组合示意如图7所示。 图7 探头和工装的组合示意 参考划伤的型式，在对比试件（传热管壁厚为0.7 mm）上设计了6个长度为10 mm，深度不同的周向线性槽，如图8所示。 图8 对比试件尺寸示意及实物 2检测工艺 1. 检测频率 根据涡流标准渗透深度公式可知，检测频率越低，涡流能量渗透深度越大，管外侧管板对缺陷信号的影响就越大。 故在针对表面开口较浅的缺陷进行检测时，为减小管外侧管板的影响，并得到尽可能高的检测灵敏度，应提高检测频率。而检测频率越高，待检件表面形成的噪声信号对缺陷信号的影响就越大，从而导致信噪比降低。 因此，为了同时兼顾高灵敏度和高信噪比，在使用不同的检测频率对对比试件进行信号采集和分析后，最终将频率设置为1 MHz。 2. 检测要求 在被检件上的扫查速度不得超过在对比试件上校准时的扫查速度，信噪比大于3，数字化率应不小于每毫米2个点。 3. 扫查方式 扫查速度不应超过200 mm/s，施加在探头上的压力应足以保持其与被检件的接触。扫查时，将探头伸入管内，再沿管内拉出并进行数据采集；周向旋转一定角度后，再次重复之前的探头伸入、拉出采集操作，直至覆盖周向360°。相邻两次扫查时的探头覆盖率应不小于50%。探头扫查示意如图9所示。 图9 探头扫查示意 4. 对比试件的校准 对对比试件上的人工缺陷进行数据采集，观察各轴向通道，选取深度为0.1 mm的线性槽的最大幅值信号，定义为0.5 V，相位调整至90°，并归一化至其他轴向通道。对比试件人工缺陷的信号响应图谱如图10所示。 图10 对比试件人工缺陷信号响应图谱 根据对比试件上不同深度的人工缺陷信号响应情况，绘制了幅值与伤深的关系曲线，如图11所示。可知随着缺陷深度增加，信号幅值逐渐增大，且存在一定的比例关系。 图11 信号幅值与伤深的关系曲线 因此，可以通过涡流软件对幅值和伤深进行曲线拟合，用于后续缺陷伤深的判定，通过涡流软件拟合后得到的幅值-伤深曲线如图12所示。 图12 涡流软件拟合得到的幅值-伤深曲线 5. 检测重复性试验 由于该工装为手持式，故需要验证其检测重复性。验证时，采用上述工艺对同一缺陷（对比试件上0.1 mm深的周向线性槽）采集16次数据，观察每次采集后的幅值响应，结果可见大部分情况下检测重复性良好，仅有2~3次偏差较大，后续检测过程中，可通过采取多次重复采集、选取重复出现的幅值进行记录的方式，减小人为因素导致的结果不准确性。 3检测能力验证 为验证上述工艺对凝汽器近管口区域划伤缺陷的检测效果，设计加工了模拟试件进行试验验证。模拟试件由管板与带人工缺陷（内环槽）的传热管胀接而成，结构示意及试件实物如图13所示。 图13 人工缺陷结构示意及模拟试件实物 对模拟试件上的人工缺陷进行数据采集和分析，并记录人工缺陷信号响应信息，信号响应图谱如图14所示，可见所有人工缺陷均能有效检出，同时根据图12所示的幅值-伤深曲线可给出缺陷深度当量，伤深最大偏差为6.6%。 图14 模拟试件人工缺陷信号响应图谱 涡流的端部效应会使得表面阵列探头存在盲区，其大小与检测频率、探头线圈尺寸以及与端部的距离有关。由模拟试验可知，距离端部5 mm的0.1 mm深的线性槽能够有效检出，因此该表面阵列技术的盲区不大于5 mm。 4现场应用 某次大修期间，挑选了一些近管口区域存在划伤的传热管进行现场试验，使用加工的工装搭载柔性表面阵列探头，采用上述工艺参数进行检测，检测结果如图15所示。 图15 现场部分近管口区域划伤示意及检测结果 根据幅值-伤深曲线可知，C1R040005幅值为0.7 V，伤深百分比为22%；C2R002012幅值为1.18 V，伤深百分比为37%。经设备工程师评估，确定后续需对其进行跟踪检测。 5结论 1 上述工艺至少能够检出凝汽器近管口区域深度为0.1 mm、宽度为0.13 mm的表面开口缺陷。 2 由模拟试验结果可知，该表面阵列技术的盲区不大于5 mm。 3 信号幅值与伤深存在一定的线性关系，幅值大小可以在一定程度上用于评判缺陷伤深，进而为缺陷评估和处理提供参考依据。 4 探头工装能够有效提高检测稳定性，但仍为手持式，且需多次扫查才能保证覆盖率及准确性，故检测效率低。 作者：张明1，梅兰2，查萌2，胥李1，潘建浩1 工作单位：1.国核电站运行服务技术有限公司 2.中核运维技术有限公司 第一作者简介：张明，高级工程师，主要从事核电在役检查的工作。 来源：《无损检测》2025年5期
