PDF《第X卷第 X 期应用力学学报 Vol.XNo.X》

stainless steel cladding;

multi-frequency eddy current testing;

thickness measurement 第X卷第 X 期仪器仪表学报 Vol.XNo.X 201X 年X月Chinese Journal of Scientific Instrument

1 引言 大型容器在服役过程中,会受到高温、高压、化学腐蚀(常见于盛有化学物质的容器)等恶 劣环境的影响,可能导致容器壁厚减薄、开裂等损伤.由于大型容器内往往存在高温、高压或有 毒气体、液体,一旦容器壁破坏,会导致内部危险物质泄漏,可能造成十分惨重的后果[1-5] .为 减少腐蚀减薄等缺陷, 实际大型容器常采用钢衬加基体的双层结构. 钢衬的存在可以避免容器体 与恶劣环境直接接触,从而防止过度腐蚀,避免灾难性事故的发生,同时需要避免大量使用高价 的不锈钢材料,以降低容器费用.钢衬一般采用爆炸焊方式进行加工制造,其厚度是重要控制指 标.同时,不锈钢钢衬长期服役,可能由于腐蚀而产生减薄,影响其隔离介质、防止腐蚀损伤的 功能.为此,对大型容器钢衬进行役前和在役厚度评估非常重要. 目前容器壁厚度检测常采用的方法是超声检测, 其原理是利用界面回波时间和已知声速进行 评价.由于钢衬的材料声阻抗和容器基体材料接近,且爆炸焊加工往往采用锯齿型界面,不利于 垂直入射波的反射,常规超声检测方法不宜用于钢衬的厚度评价.同时,超声检测需要借助耦合 剂排除空气间隙以实现声能的有效传递,而容器内侧直接暴露于各种恶劣环境,表面情况复杂, 不易进行表面处理,给耦合剂的有效使用带来困难[6-8] .涡流检测具有非接触、检测速度快、成 本低和无需耦合剂等优点[9-14] ,不锈钢钢衬的厚度一般也在涡流趋肤深度范围内,采用涡流检测 对其厚度进行评价具有理论可行性, 但要实现准确有效的厚度评价, 还需要开发有效的信号获取 和处理方法. 基于涡流检测的试件厚度定量无损评价通常利用信号相位或信号幅值大小进行, 但其评价精 度容易受到提离变化等噪声的影响. 多频涡流信号含有更为丰富的检测对象厚度信息, 有效使用 这些信息可以大幅度地降低噪声影响,提高涡流定量评价精度[12-13] .基于这一背景,本文提出了 一种利用同轴互感式涡流检测探头(TR 探头)基于多频涡流检测技术进行不锈钢衬厚度定量评 价的新方法.首先对与待测容器相同材料的双层板结构进行了多频涡流实验,并分析实验结果, 总结了不同激励频率下涡流检测信号的变化规律, 提出了对钢衬厚度有效评价的信号特征量;

其 次基于实验检测结果, 建立了不锈钢衬厚度与检测信号特征量的定量关系, 提出了钢衬厚度评价 新方法,并通过实例验证了其有效性.

2 研究思路 2.1 检测探头 TR 涡流检测探头具有收、发分离的特点,其检测灵敏度和信噪比均高于传统的绝对式饼式 涡流检测探头[17] ,且研究对象为大型容器,其表面为曲面,为了使探头下表面与钢衬表面紧密 贴合以减低提离效应的影响,因此本研究采用同轴 TR 探头结构,其激励线圈置于上部,检出线 圈置于下部,每组线圈匝数为

1000 匝,外部以圆筒屏蔽材料封装,底端的磁芯露出以接触检测 试件,其具体结构和几何尺寸如图

1 所示. (a)探头结构和尺寸(b)探头外观 (a)Structure and geo of the probe (b)Photograph of the probe 图1TR 型涡流探头(单位:mm) 第X卷第 X 期仪器仪表学报 Vol.XNo.X 201X 年X月Chinese Journal of Scientific Instrument Fig.1Designof the TR type ECT probe 2.2 试件 带钢衬大型容器通常具有两层结构,即外层钢材基体和内层不锈钢衬,其横截面结构如图