凝汽器作為核電廠常規(guī)島的重要組成部分，其安全可靠性直接影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而傳熱管作為凝汽器的主要換熱組件，是凝汽器最重要的部分。傳熱管材料為鈦合金，傳熱管管口與管板之間采用“脹管+密封焊”的形式連接，其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖 1 凝汽器管口區(qū)域結(jié)構(gòu)示意

目前，主要采用Bobbin探頭對凝汽器傳熱管進(jìn)行渦流檢測，在近管口區(qū)域受脹管過渡段及管板邊緣的影響，該區(qū)域（整個管板區(qū)域+管板內(nèi)邊緣往內(nèi)部10 mm）為檢測盲區(qū)[1]，在役檢查階段往往需要對近管口區(qū)域補(bǔ)充進(jìn)行目視檢測。某電廠大修期間，目視檢測發(fā)現(xiàn)接排出水側(cè)近管口區(qū)域存在大量劃傷，如圖2所示。劃傷距管口約30 mm，該位置屬于管板區(qū)域，使用Bobbin探頭進(jìn)行渦流檢測時(shí)，未發(fā)現(xiàn)異常信號顯示。同時(shí)，由于該劃傷位于傳熱管內(nèi)壁，且劃傷較細(xì)（長度小于0.5 mm），采用傳統(tǒng)測量方法無法確定該缺陷的深度。

圖 2 近管口區(qū)域劃傷示意

為解決該缺陷的檢出問題，并給出半定量的檢測方案，可采用的渦流檢測技術(shù)有MRPC、管陣列、表面陣列等?？紤]到該缺陷屬于表面開口缺陷且位于管板區(qū)域，為盡量降低結(jié)構(gòu)信號的影響，擬采用更高頻的表面陣列渦流檢測技術(shù)實(shí)施檢測[2]，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證其檢測能力。

1. 表面陣列渦流檢測原理

陣列渦流檢測基于常規(guī)的渦流檢測技術(shù)，主要通過設(shè)計(jì)合理的傳感器結(jié)構(gòu)使渦流探頭陣列化，并利用數(shù)字信號處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)完成信號的激勵、運(yùn)放、采集、調(diào)理、顯示等功能，從而實(shí)現(xiàn)快速、高效的數(shù)字化檢測。與傳統(tǒng)單探頭渦流檢測相比，陣列渦流檢測采用電子學(xué)技術(shù)，對傳感器單元進(jìn)行分時(shí)切換，通過單次掃查就能達(dá)到傳統(tǒng)單探頭渦流檢測多次掃查的檢測效果。傳統(tǒng)渦流單探頭掃查與陣列渦流探頭掃查原理示意如圖3所示。

圖 3 傳統(tǒng)渦流單探頭掃查與渦流陣列探頭掃查原理示意

表面陣列渦流檢測技術(shù)是陣列渦流技術(shù)在表面檢查中的特殊應(yīng)用，其主要特點(diǎn)是檢驗(yàn)頻率較常規(guī)陣列渦流技術(shù)的高。陣列線圈部分由多組按照一定方式排布的T/R（發(fā)射/接收）線圈組成[3]。目前的表面陣列渦流探頭多采用雙排線圈結(jié)構(gòu)，其中一排線圈與另一排線圈在周向錯開一個線圈半徑的距離，如圖4所示。

圖 4 陣列渦流探頭結(jié)構(gòu)示意

2. 檢測設(shè)備及工藝方案

2.1 檢測設(shè)備

試驗(yàn)采用ZETEC生產(chǎn)的Miz-200A型渦流檢測儀（見圖5）。選用SURFXTS0023型柔性薄片式表面陣列探頭（見圖6），其長度為56 mm，線圈排列形式為2×16（列×行），中心頻率為1 MHz~4 MHz。

圖 5 Miz-200A型渦流儀實(shí)物

圖 6 SURFXTS0023型薄片式表面陣列探頭實(shí)物

柔性表面陣列探頭結(jié)構(gòu)的局限性，導(dǎo)致其穩(wěn)定性以及與被檢工件的貼合性較差，故試驗(yàn)設(shè)計(jì)了一款輔助工裝（見圖7），以使探頭能夠較大程度地貼合被檢工件，提高檢測穩(wěn)定性及靈敏度，并在探頭表面加裝了一層保護(hù)膜，以免探頭受損。

圖 7 輔助工裝結(jié)構(gòu)示意

使用時(shí)，將探頭的長軸與輔助工裝的長軸對齊，同時(shí)將探頭的短軸中心線與工裝手柄端圓弧中心線對齊，并使用耐高溫耐磨的膠帶將探頭固定在工裝上。探頭和工裝的組合示意如圖8所示。

圖 8 探頭和工裝的組合示意

參考劃傷的型式，在對比試件上設(shè)計(jì)了6個長度為10 mm，深度不同的周向線性槽。對比試件人工缺陷參數(shù)如表1所示（傳熱管壁厚為0.7 mm），尺寸示意及實(shí)物如圖9所示。

圖 9 對比試件尺寸示意及實(shí)物

2.2 檢測工藝

（1）檢測頻率

渦流標(biāo)準(zhǔn)滲透深度δ可用公式?=1????（f為頻率，μ為材料磁導(dǎo)率，σ為材料電導(dǎo)率）表示，可見檢測頻率越低，渦流能量滲透深度越大，管外側(cè)管板對缺陷信號的影響就越大。故在針對表面開口較淺的缺陷進(jìn)行檢測時(shí)，為減小管外側(cè)管板的影響，并得到盡可能高的檢測靈敏度，應(yīng)提高檢測頻率。而檢測頻率越高，待檢件表面形成的噪聲信號對缺陷信號的影響就越大，從而導(dǎo)致信噪比降低。因此，為了同時(shí)兼顧高靈敏度和高信噪比，在使用不同的檢測頻率對對比試件進(jìn)行信號采集和分析后，最終將頻率設(shè)置為1 MHz。

（2）檢測要求

在被檢件上的掃查速度不得超過在對比試件上校準(zhǔn)時(shí)的掃查速度，信噪比大于3，數(shù)字化率應(yīng)不小于每毫米2個點(diǎn)。

（3）掃查方式

掃查速度不應(yīng)超過200 mm/s，施加在探頭上的壓力應(yīng)足以保持其與被檢件的接觸。掃查時(shí)，將探頭伸入管內(nèi)，再沿管內(nèi)拉出并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；周向旋轉(zhuǎn)一定角度后，再次重復(fù)之前的探頭伸入、拉出采集操作，直至覆蓋周向360°。相鄰兩次掃查時(shí)的探頭覆蓋率應(yīng)不小于50%。探頭掃查示意如圖10所示。

圖 10 探頭掃查示意

（4）對比試件的校準(zhǔn)

對對比試件上的人工缺陷進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，觀察各軸向通道，選取深度為0.1 mm的線性槽的最大幅值信號，定義為0.5 V，相位調(diào)整至90°，并歸一化至其他軸向通道。對比試件人工缺陷的信號響應(yīng)參數(shù)如表2所示（幅值測量方式為VMx，下同），信號響應(yīng)圖譜如圖11所示。