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奧氏體不銹鋼管內壁腐蝕層厚度的渦流檢測仿真試驗

來源:至德鋼業 日期:2021-03-30 03:14:22 人氣:6377

 浙江至德鋼業有限公司針對耐熱奧氏體不銹鋼管內壁腐蝕層厚度測量難的問題,建立了典型腐蝕狀態下奧氏體不銹鋼結構的有限元仿真模型,提出了采用低頻渦流檢測內壁腐蝕層厚度,并用高頻渦流測量外壁氧化層厚度以對低頻檢測結果進行修正的檢測方法.結果表明,腐蝕層厚度增加會引起低頻渦流檢測信號幅值和阻抗模的增加,而外壁存在的氧化層會對檢測信號造成干擾.腐蝕層厚度和氧化層厚度對渦流檢測信號影響的變化規律與仿真結果具有一致性.


 耐熱奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)在高(gao)(gao)溫下具(ju)有較高(gao)(gao)的(de)(de)強度、良(liang)好(hao)的(de)(de)蒸汽(qi)氧(yang)化耐性(xing)(xing)、良(liang)好(hao)的(de)(de)爐(lu)(lu)(lu)面(mian)腐(fu)蝕耐性(xing)(xing)和足夠的(de)(de)結構穩定性(xing)(xing),被(bei)廣泛應用(yong)于制氫(qing)轉換爐(lu)(lu)(lu)和乙(yi)烯裂(lie)解爐(lu)(lu)(lu)等。該不(bu)銹鋼(gang)一般工作(zuo)(zuo)溫度為(wei)600~1000℃,壓力為(wei)2~3 MPa,在長期高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)壓的(de)(de)工作(zuo)(zuo)環境(jing)下,管(guan)(guan)的(de)(de)內(nei)外壁(bi)難免會產生(sheng)腐(fu)蝕(碳(tan)化)和氧(yang)化產物(wu),如(ru)圖(tu)所示.外側氧(yang)化層與基(ji)體(ti)(ti)結合牢固,內(nei)側腐(fu)蝕層疏松.腐(fu)蝕層是(shi)由于爐(lu)(lu)(lu)管(guan)(guan)在高(gao)(gao)溫下工作(zuo)(zuo)時(shi),處(chu)于材(cai)料的(de)(de)敏化溫度范圍,并且(qie)材(cai)料鉻(ge)(ge)的(de)(de)含(han)量(liang)較高(gao)(gao),能(neng)引起貧(pin)(pin)鉻(ge)(ge)效應,發生(sheng)鉻(ge)(ge)碳(tan)化物(wu)的(de)(de)沉淀和奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)基(ji)體(ti)(ti)中鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)的(de)(de)減少.當鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)下降到鈍化所需要的(de)(de)極(ji)限含(han)量(liang)12.5%以下時(shi),貧(pin)(pin)鉻(ge)(ge)區(qu)與晶(jing)粒間將構成腐(fu)蝕微電(dian)池(chi),貧(pin)(pin)鉻(ge)(ge)區(qu)處(chu)于活化狀(zhuang)態(tai)作(zuo)(zuo)為(wei)陽(yang)極(ji),晶(jing)粒是(shi)陰(yin)極(ji),并且(qie)貧(pin)(pin)鉻(ge)(ge)區(qu)面(mian)積小(xiao),晶(jing)粒面(mian)積大(da),形成小(xiao)陽(yang)極(ji)大(da)陰(yin)極(ji)腐(fu)蝕狀(zhuang)態(tai),造(zao)成貧(pin)(pin)鉻(ge)(ge)區(qu)嚴(yan)重(zhong)的(de)(de)腐(fu)蝕,進(jin)而使(shi)得(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)管(guan)(guan)性(xing)(xing)能(neng)下降,使(shi)用(yong)壽命縮短.根據(ju)至(zhi)德鋼(gang)業的(de)(de)研究,當腐(fu)蝕層厚(hou)度達到管(guan)(guan)厚(hou)的(de)(de)7.5%時(shi),奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)管(guan)(guan)的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)開始出現較為(wei)明顯的(de)(de)下降.當腐(fu)蝕層厚(hou)度超過管(guan)(guan)壁(bi)厚(hou)的(de)(de)39%時(shi),奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)管(guan)(guan)的(de)(de)綜(zong)合性(xing)(xing)能(neng)已不(bu)能(neng)滿(man)足制氫(qing)轉化爐(lu)(lu)(lu)等對管(guan)(guan)道安全運行的(de)(de)最(zui)低要求,必須進(jin)行割管(guan)(guan)處(chu)理。因此,準確測量(liang)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)管(guan)(guan)內(nei)壁(bi)腐(fu)蝕層厚(hou)度,可以對制氫(qing)轉換爐(lu)(lu)(lu)和乙(yi)烯裂(lie)解爐(lu)(lu)(lu)等的(de)(de)運行狀(zhuang)況進(jin)行有效評估,保證其生(sheng)產的(de)(de)安全進(jin)行。


 在(zai)臨(lin)界鉻含量(liang)以下,奧氏體基體在(zai)室溫下表現(xian)出(chu)(chu)鐵磁(ci)(ci)行為,其(qi)特征允許使用(yong)磁(ci)(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)來檢(jian)(jian)(jian)測(ce)腐蝕層(ceng)情況。現(xian)存方法(fa)中常(chang)常(chang)將磁(ci)(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)耦合在(zai)不(bu)銹鋼管外壁(bi),利用(yong)磁(ci)(ci)飽和降(jiang)低管外壁(bi)氧(yang)化層(ceng)對(dui)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)號的(de)(de)(de)影響,通(tong)過磁(ci)(ci)通(tong)密度的(de)(de)(de)變化從而測(ce)量(liang)出(chu)(chu)腐蝕層(ceng)的(de)(de)(de)厚度.該(gai)方法(fa)較(jiao)為復雜,在(zai)現(xian)場不(bu)易操作,而且受到偏置磁(ci)(ci)場的(de)(de)(de)影響,霍(huo)爾傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)值會存在(zai)偏差(cha).因此(ci),浙江至(zhi)德鋼業(ye)有限公司提出(chu)(chu)了先采用(yong)低頻渦流檢(jian)(jian)(jian)測(ce),再利用(yong)高頻渦流檢(jian)(jian)(jian)測(ce)結(jie)果對(dui)數據進行修正,從而得出(chu)(chu)內(nei)壁(bi)腐蝕層(ceng)厚度值的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)方法(fa)。


一、成份組成與磁(ci)學性能測量


 為了盡(jin)可能提高有限元仿真結果的(de)(de)準確性,在構(gou)建(jian)仿真模型前需要了解耐熱奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼管在服(fu)役過程中內(nei)、外壁形成(cheng)的(de)(de)腐蝕(shi)層與養護層的(de)(de)成(cheng)份組成(cheng),因(yin)此,利(li)用掃(sao)描電鏡對(dui)奧(ao)氏(shi)體管內(nei)壁進行了微觀分(fen)析(xi),如(ru)圖所示。


 從圖中奧氏體(ti)不銹鋼管(guan)內壁(bi)的(de)微觀形(xing)貌圖可以看出,其(qi)內壁(bi)覆蓋了大量(liang)的(de)腐(fu)蝕(shi)產物。圖為內壁(bi)腐(fu)蝕(shi)產物的(de)元素能譜圖,具(ju)體(ti)元素組成(cheng)如表所示(shi).從表中可以看出,內壁(bi)的(de)腐(fu)蝕(shi)產物局部含(han)有較多的(de)氧和鐵元素,且(qie)局部發生鋁元素富集。


 為(wei)進(jin)(jin)一步確定內(nei)、外(wai)壁腐蝕產物與氧(yang)化(hua)物的(de)成份,對(dui)內(nei)、外(wai)表(biao)面進(jin)(jin)行了X射(she)線(xian)衍射(she)分(fen)析,如圖所示(shi)。XRD圖譜表(biao)明,奧(ao)氏體管內(nei)壁四氧(yang)化(hua)三(san)鐵的(de)衍射(she)峰值(zhi)較大,外(wai)表(biao)面FeCr2O4的(de)衍射(she)強度(du)峰值(zhi)較大,該結果與EDS分(fen)析結果中元(yuan)素(su)組成吻合,從(cong)而可以推測(ce)內(nei)壁腐蝕層(ceng)主要成份為(wei)四氧(yang)化(hua)三(san)鐵,其(qi)具有較大的(de)磁(ci)導率(lv),會對(dui)渦流(liu)檢測(ce)信號(hao)產生明顯的(de)影響,因此,可以用(yong)渦流(liu)檢測(ce)技術進(jin)(jin)行腐蝕層(ceng)厚度(du)的(de)測(ce)量。


 磁導(dao)率作為(wei)渦流檢測系統中(zhong)(zhong)最重要的參數之一(yi),該數值(zhi)的準(zhun)確性直接影響(xiang)仿(fang)真(zhen)結果的可靠(kao)程度.因此,對(dui)實驗用(yong)管外側氧化層(ceng)(ceng)、中(zhong)(zhong)間奧氏體(ti)和(he)內側腐蝕層(ceng)(ceng)各(ge)自的磁導(dao)率測量是非常(chang)必要的。


二、奧氏體不銹鋼管內(nei)壁(bi)腐蝕(shi)層(ceng)渦流(liu)檢測機理(li)仿真(zhen)


  耐(nai)熱奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼在服役(yi)(yi)過(guo)程中外壁(bi)(bi)會發生氧(yang)化(hua)生成氧(yang)化(hua)層(ceng),內壁(bi)(bi)會發生腐蝕(shi)生成腐蝕(shi)層(ceng).故而(er)研(yan)究在役(yi)(yi)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼管可(ke)將其簡化(hua)為(wei)氧(yang)化(hua)層(ceng)、奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)和腐蝕(shi)層(ceng)組成的(de)(de)(de)三(san)層(ceng)結構(gou),通(tong)過(guo)對三(san)層(ceng)結構(gou)頻域下(xia)渦流檢(jian)測(ce)機理的(de)(de)(de)仿(fang)真計算研(yan)究,可(ke)以直觀(guan)地了(le)解到不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)情況下(xia)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)管的(de)(de)(de)磁場強度變化(hua),通(tong)過(guo)數據處理還可(ke)以進一步了(le)解該模型不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)腐蝕(shi)層(ceng)厚(hou)(hou)度、不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)氧(yang)化(hua)層(ceng)厚(hou)(hou)度以及不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)檢(jian)測(ce)頻率條件下(xia)磁感應強度的(de)(de)(de)變化(hua)規律,從而(er)提出可(ke)行的(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)耐(nai)熱奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼管內壁(bi)(bi)腐蝕(shi)層(ceng)厚(hou)(hou)度的(de)(de)(de)方法。


   1. 仿真模型的(de)建立


  在建立仿(fang)真模(mo)型時,由(you)于檢測方法是局部渦(wo)流點接(jie)觸檢測,所以(yi)可以(yi)用平板來代替管,簡化模(mo)型,減小計算量,對(dui)(dui)該檢測機理的研究不會產生(sheng)大的影響.由(you)于渦(wo)流檢測探(tan)頭與三層板結構均是以(yi)管軸(zhou)線(xian)為中心(xin)呈(cheng)軸(zhou)對(dui)(dui)稱的模(mo)型,故建立了頻域下的二維軸(zhou)對(dui)(dui)稱仿(fang)真模(mo)型,模(mo)型示意(yi)圖如圖所示。


  最終(zhong)效果圖可(ke)通過(guo)對(dui)稱軸旋(xuan)轉得到(dao),如(ru)圖所示(shi).仿真模(mo)型(xing)由空氣域、激勵線(xian)圈、氧(yang)化層、奧氏體層和(he)腐(fu)蝕層組成,各部(bu)分(fen)的(de)尺寸(cun)如(ru)表所示(shi).為了方便更改(gai)模(mo)型(xing)各部(bu)分(fen)尺寸(cun),提高仿真研究效率,對(dui)模(mo)型(xing)各部(bu)位尺寸(cun)以參(can)數(shu)形式設置,同時規劃(hua)了參(can)數(shu)化掃描,可(ke)一次性得出(chu)一組不同尺寸(cun)模(mo)型(xing)的(de)仿真結果。


  對仿真模(mo)型進行網(wang)(wang)格(ge)劃(hua)分,其中網(wang)(wang)格(ge)劃(hua)分類型與尺(chi)寸如(ru)表所示,網(wang)(wang)格(ge)單元(yuan)總數為487023。在渦流檢測探頭與氧化層、奧氏體(ti)層、腐蝕層相接(jie)觸的(de)區域,設置(zhi)了(le)(le)20mm×20mm的(de)網(wang)(wang)格(ge)控制邊,對該區域設置(zhi)了(le)(le)最大(da)值(zhi)為0.1mm的(de)網(wang)(wang)格(ge)劃(hua)分標準(zhun).關鍵部位小(xiao)區域的(de)網(wang)(wang)格(ge)細化可以(yi)加(jia)快(kuai)仿真模(mo)型的(de)收斂,提高仿真結果的(de)準(zhun)確性。


  2. 仿真(zhen)模型(xing)渦(wo)流檢測時磁場分布情況分析(xi)

 

  仿真模型采(cai)用低頻(pin)渦(wo)(wo)(wo)(wo)流(liu)進行檢測(ce)時,磁(ci)(ci)力(li)線(xian)可(ke)(ke)以穿過(guo)整(zheng)個試塊,三(san)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)結構(gou)都會形成感生渦(wo)(wo)(wo)(wo)流(liu),故而整(zheng)個模型的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)場(chang)變化(hua)同(tong)(tong)時受(shou)到外側(ce)氧(yang)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)、中間(jian)奧氏體(ti)(ti)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)底端(duan)腐(fu)蝕層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)影響。圖為低頻(pin)渦(wo)(wo)(wo)(wo)流(liu)磁(ci)(ci)場(chang)分布.在100Hz檢測(ce)頻(pin)率下,三(san)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)結構(gou)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)場(chang)強度(du)都遠大于0,而且沿(yan)著氧(yang)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)向腐(fu)蝕層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)過(guo)渡(du)過(guo)程中,磁(ci)(ci)通密度(du)模呈現出衰減(jian)(jian)的(de)(de)(de)趨勢(shi).在到達內側(ce)腐(fu)蝕層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)時,磁(ci)(ci)通密度(du)模較(jiao)其上側(ce)的(de)(de)(de)奧氏體(ti)(ti)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)有(you)(you)明顯的(de)(de)(de)增加,然(ran)后再(zai)逐漸(jian)衰減(jian)(jian).這是(shi)(shi)由(you)于腐(fu)蝕層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)有(you)(you)較(jiao)大的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)導(dao)率,對(dui)磁(ci)(ci)力(li)線(xian)的(de)(de)(de)聚集能(neng)力(li)較(jiao)強造(zao)成的(de)(de)(de).由(you)此(ci)可(ke)(ke)以得出,低頻(pin)渦(wo)(wo)(wo)(wo)流(liu)檢測(ce)時磁(ci)(ci)場(chang)強度(du)會隨腐(fu)蝕層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)的(de)(de)(de)不同(tong)(tong)發生明顯的(de)(de)(de)改變,因(yin)此(ci),采(cai)用低頻(pin)渦(wo)(wo)(wo)(wo)流(liu)檢測(ce)腐(fu)蝕層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)是(shi)(shi)可(ke)(ke)行的(de)(de)(de)。


  運用高頻(pin)渦(wo)(wo)流檢測(ce)(ce)時,由于集膚(fu)效應的(de)(de)影響,磁力線(xian)無法到達內(nei)側腐蝕層(ceng)(ceng),所以仿真(zhen)模(mo)型(xing)的(de)(de)磁場變化(hua)(hua)只(zhi)受到氧化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)與奧氏體(ti)層(ceng)(ceng)的(de)(de)影響,而(er)與腐蝕層(ceng)(ceng)無關.圖(tu)為高頻(pin)渦(wo)(wo)流磁場分布.在1 MHz檢測(ce)(ce)頻(pin)率(lv)下,磁場主要聚集在上(shang)表面,底層(ceng)(ceng)腐蝕層(ceng)(ceng)磁通密度(du)(du)模(mo)幾乎為0。因此,可以采用高頻(pin)渦(wo)(wo)流測(ce)(ce)量氧化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)的(de)(de)厚度(du)(du),同時將(jiang)其(qi)作為修正(zheng)參數(shu)對低頻(pin)渦(wo)(wo)流檢測(ce)(ce)信號進(jin)行(xing)修正(zheng),從而(er)使得腐蝕層(ceng)(ceng)的(de)(de)測(ce)(ce)量值(zhi)更加準確(que)。


 3. 低頻渦(wo)流(liu)條(tiao)件(jian)下檢測信號(hao)變化規律(lv)分析


  根據(ju)對(dui)(dui)現(xian)場(chang)替換下的(de)實(shi)驗用不(bu)銹(xiu)鋼管統計,發(fa)現(xian)外(wai)壁氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層厚(hou)(hou)度(du)(du)(du)都不(bu)超(chao)過0.8mm,所(suo)(suo)以在(zai)(zai)研究低頻(pin)(pin)條件(jian)下不(bu)同厚(hou)(hou)度(du)(du)(du)的(de)腐蝕(shi)層對(dui)(dui)渦流(liu)檢(jian)測(ce)(ce)信號的(de)影(ying)響變化(hua)(hua)時,選取了0.8mm的(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層厚(hou)(hou)度(du)(du)(du)為(wei)基礎條件(jian).通(tong)(tong)過在(zai)(zai)頻(pin)(pin)域下的(de)仿真研究發(fa)現(xian),固定氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層厚(hou)(hou)度(du)(du)(du),在(zai)(zai)不(bu)同檢(jian)測(ce)(ce)頻(pin)(pin)率(100~1000Hz )下,隨(sui)(sui)著腐蝕(shi)層厚(hou)(hou)度(du)(du)(du)的(de)增加(jia),渦流(liu)檢(jian)測(ce)(ce)信號的(de)變化(hua)(hua)規(gui)律相同.其中,在(zai)(zai)100 Hz 檢(jian)測(ce)(ce)頻(pin)(pin)率進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)(ce)時,探(tan)頭正下方(fang)磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)(du)(du)Bz的(de)變化(hua)(hua)情況(kuang)如(ru)(ru)圖所(suo)(suo)示(shi).在(zai)(zai)探(tan)頭內徑中心(xin)正下方(fang)磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)(du)(du)為(wei)最大值(zhi)且保持不(bu)變,在(zai)(zai)2.5mm處(chu)磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)(du)(du)開(kai)始以線性函數(shu)(shu)關(guan)系(xi)遞減.經(jing)過對(dui)(dui)數(shu)(shu)據(ju)歸一化(hua)(hua)處(chu)理(li),如(ru)(ru)圖所(suo)(suo)示(shi),以0 mm厚(hou)(hou)腐蝕(shi)層為(wei)參(can)考零點,隨(sui)(sui)著腐蝕(shi)層厚(hou)(hou)度(du)(du)(du)的(de)增加(jia),探(tan)頭正下方(fang)磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)(du)(du)B z與(yu)參(can)考零點的(de)差值(zhi)也在(zai)(zai)變大.由于渦流(liu)是對(dui)(dui)線圈內的(de)磁(ci)通(tong)(tong)量總體(ti)值(zhi)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)(ce),并且該仿真模(mo)(mo)型是軸對(dui)(dui)稱的(de),所(suo)(suo)有的(de)仿真數(shu)(shu)據(ju)都是從旋轉之后的(de)三維模(mo)(mo)型而來,所(suo)(suo)以對(dui)(dui)圓形橫截面區域內磁(ci)感應(ying)強(qiang)度(du)(du)(du)數(shu)(shu)據(ju)進(jin)行(xing)積(ji)分處(chu)理(li),如(ru)(ru)圖所(suo)(suo)示(shi).在(zai)(zai)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層厚(hou)(hou)度(du)(du)(du)、檢(jian)測(ce)(ce)頻(pin)(pin)率固定時,隨(sui)(sui)著腐蝕(shi)層厚(hou)(hou)度(du)(du)(du)的(de)增加(jia),探(tan)頭正下方(fang)磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)(du)(du)B z的(de)積(ji)分呈拋物線的(de)函數(shu)(shu)關(guan)系(xi)增加(jia)。


  在渦(wo)流(liu)檢(jian)測(ce)中,檢(jian)測(ce)信(xin)號幅(fu)值變(bian)(bian)化(hua)(hua)是表征檢(jian)測(ce)對(dui)象性能最為重要的參數(shu)之一,如圖所示.氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)厚度為0.8mm時,100 Hz檢(jian)測(ce)頻率下隨(sui)(sui)著腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)層(ceng)厚度的增(zeng)加,幅(fu)值呈線(xian)性函數(shu)關系遞增(zeng),而(er)其角度只在有無腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)層(ceng)處發(fa)(fa)生(sheng)突變(bian)(bian),并不隨(sui)(sui)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)層(ceng)厚度變(bian)(bian)化(hua)(hua)而(er)發(fa)(fa)生(sheng)明(ming)顯(xian)(xian)的改變(bian)(bian).這(zhe)是由于腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)層(ceng)導電率很低,與奧氏(shi)體層(ceng)相比產(chan)生(sheng)的感應渦(wo)流(liu)很弱,對(dui)檢(jian)測(ce)探頭相位角度變(bian)(bian)化(hua)(hua)的影響幾乎可以忽略.通過(guo)對(dui)比發(fa)(fa)現,渦(wo)流(liu)檢(jian)測(ce)信(xin)號幅(fu)值隨(sui)(sui)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)層(ceng)厚度變(bian)(bian)化(hua)(hua)規(gui)律明(ming)顯(xian)(xian),且數(shu)據(ju)易于處理.最終選取檢(jian)測(ce)信(xin)號幅(fu)值作為渦(wo)流(liu)檢(jian)測(ce)奧氏(shi)體不銹鋼管內(nei)壁腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)層(ceng)厚度的表征參數(shu)。


  圖為低頻檢(jian)(jian)(jian)測信(xin)(xin)號隨腐(fu)蝕層(ceng)厚(hou)(hou)度(du)(du)(du)(du)的(de)變化(hua)(hua).當使(shi)用低頻渦流(100~1000Hz )檢(jian)(jian)(jian)測時(shi),只要氧化(hua)(hua)層(ceng)厚(hou)(hou)度(du)(du)(du)(du)固定不變,渦流檢(jian)(jian)(jian)測信(xin)(xin)號幅值(zhi)就會隨著腐(fu)蝕層(ceng)厚(hou)(hou)度(du)(du)(du)(du)的(de)增加(jia)呈線性增加(jia).因此,采(cai)用低頻渦流檢(jian)(jian)(jian)測奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼管時(shi),根據檢(jian)(jian)(jian)測信(xin)(xin)號幅值(zhi)的(de)測量值(zhi)大(da)小得(de)出其內壁腐(fu)蝕層(ceng)厚(hou)(hou)度(du)(du)(du)(du)的(de)方法是正(zheng)確(que)的(de),但還需解(jie)決氧化(hua)(hua)層(ceng)厚(hou)(hou)度(du)(du)(du)(du)的(de)測量問題。


  4. 高頻渦流條件下檢(jian)測信號變化(hua)規律分析


  圖為高(gao)頻(pin)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)號隨(sui)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)和腐蝕層(ceng)(ceng)(ceng)厚(hou)(hou)度(du)的(de)變化(hua)(hua).在(zai)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)頻(pin)率(lv)為100 KH z 時,若氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)厚(hou)(hou)度(du)固定(ding)不變,渦(wo)流檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)號幅值就(jiu)唯(wei)一確定(ding),其(qi)值不隨(sui)腐蝕層(ceng)(ceng)(ceng)厚(hou)(hou)度(du)的(de)變化(hua)(hua)而產(chan)生改(gai)變,這與(yu)圖8得出的(de)結(jie)論(lun)相一致.因(yin)此,在(zai)高(gao)頻(pin)渦(wo)流條件下,通過仿真數(shu)據可(ke)以得出氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)厚(hou)(hou)度(du)變化(hua)(hua)與(yu)渦(wo)流檢(jian)(jian)測(ce)(ce)幅值的(de)關(guan)系,從而解決氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)厚(hou)(hou)度(du)測(ce)(ce)量(liang)的(de)問題.當檢(jian)(jian)測(ce)(ce)頻(pin)率(lv)為100 KH z時,隨(sui)著氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)厚(hou)(hou)度(du)的(de)增加,渦(wo)流檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)號幅值呈線(xian)性增大.在(zai)此頻(pin)率(lv)下對(dui)樣管進行標定(ding)測(ce)(ce)量(liang)之(zhi)后(hou),即可(ke)對(dui)奧氏體(ti)不銹鋼管氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)厚(hou)(hou)度(du)進行測(ce)(ce)量(liang)。


 5. 不銹鋼管內壁腐蝕層(ceng)厚(hou)度渦(wo)流測量方法


 由于(yu)腐蝕層(ceng)(ceng)厚度(du)(du)與低(di)頻(pin)渦(wo)流(liu)(liu)檢測(ce)信號幅(fu)值(zhi)成正比(bi),外壁的氧化層(ceng)(ceng)厚度(du)(du)會(hui)影(ying)響(xiang)渦(wo)流(liu)(liu)信號的幅(fu)值(zhi),但高頻(pin)渦(wo)流(liu)(liu)可以測(ce)量(liang)出(chu)氧化層(ceng)(ceng)厚度(du)(du),根據(ju)氧化層(ceng)(ceng)厚度(du)(du)選取相關低(di)頻(pin)渦(wo)流(liu)(liu)測(ce)量(liang)幅(fu)值(zhi)與腐蝕層(ceng)(ceng)厚度(du)(du)的關系曲線,可求(qiu)解得(de)出(chu)腐蝕層(ceng)(ceng)的厚度(du)(du)值(zhi).具體實現方法如(ru)下:


   a. 對現場原管進(jin)行(xing)高、低(di)頻渦流(liu)檢測,采集標定(ding)零(ling)點的渦流(liu)信號(hao).


   b. 對具有已知氧化層厚度的(de)樣管進(jin)行高頻渦(wo)流檢測(ce),結(jie)合(he)標定零點繪制出氧化層厚度與渦(wo)流檢測(ce)信號(hao)幅(fu)值的(de)線性關(guan)系圖.在實際檢測(ce)時,通過對高頻渦(wo)流條(tiao)件下(xia)的(de)測(ce)量值與該圖相對應(ying)即(ji)可得到氧化層厚度值.


   c. 對具有(you)已(yi)知腐(fu)蝕層(ceng)(ceng)厚度的(de)標(biao)定樣(yang)管(包含無(wu)氧化(hua)層(ceng)(ceng)與(yu)有(you)已(yi)知氧化(hua)層(ceng)(ceng)兩(liang)種樣(yang)管)進行低頻渦(wo)流檢測(ce),結合標(biao)定零點繪制出(chu)兩(liang)條不同(tong)氧化(hua)層(ceng)(ceng)情況下腐(fu)蝕層(ceng)(ceng)與(yu)渦(wo)流檢測(ce)信號的(de)線(xian)性函(han)數關系圖.在(zai)實際檢測(ce)時,以(yi)高頻渦(wo)流檢測(ce)得出(chu)的(de)氧化(hua)層(ceng)(ceng)厚度為基礎(chu),通過低頻渦(wo)流條件下的(de)測(ce)量值(zhi)(zhi)與(yu)標(biao)定曲線(xian)之間(jian)的(de)函(han)數關系,最后解(jie)出(chu)具體的(de)腐(fu)蝕層(ceng)(ceng)厚度值(zhi)(zhi).


三、實驗(yan)(yan)驗(yan)(yan)證


 根據(ju)仿真(zhen)模型,自制(zhi)了與(yu)(yu)仿真(zhen)模型相同(tong)參(can)數(shu)的渦流(liu)檢測探頭,使(shi)用愛(ai)慕迪(di)便攜(xie)式渦流(liu)儀對(dui)某瀝青股份(fen)有限公司(si)提供的制(zhi)氫轉(zhuan)化爐樣管(guan)在1與(yu)(yu)100 KH z頻(pin)率下(xia)進行檢測實驗.該不銹鋼管(guan)規(gui)格為40mm×6.3mm,設計溫度(du)為855℃,介質溫度(du)為800℃,工作壓力為2.7 MPa.測量得氧化層厚度(du)與(yu)(yu)腐(fu)蝕層厚度(du)數(shu)據(ju)如(ru)表所示。


 為了驗證氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)對檢測結果的(de)(de)影響,在(zai)四(si)個測量點(dian)打磨掉氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)后再次進(jin)行(xing)了檢測.利用(yong)程序(xu)對實驗數據進(jin)行(xing)處理得出了100 與1 KH z檢測頻率下隨(sui)著腐蝕層(ceng)厚度(du)的(de)(de)變化(hua)(hua),有氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)和無氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)情況(kuang)下,檢測信號(hao)幅值的(de)(de)變化(hua)(hua)規律,如圖(tu)所(suo)示。


 從圖中可(ke)以看(kan)出(chu)(chu),當檢測(ce)頻率為(wei)100 KH z時,打(da)磨掉氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)后的(de)檢測(ce)值(zhi)較(jiao)有氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)時的(de)檢測(ce)信(xin)號幅(fu)值(zhi)有明顯降低,而且不論有氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)還是打(da)磨掉氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)后的(de)檢測(ce)值(zhi)都隨著腐蝕層(ceng)厚度的(de)變(bian)(bian)化(hua)保持不變(bian)(bian),這(zhe)與(yu)(yu)仿(fang)真結(jie)果(guo)圖所(suo)得出(chu)(chu)的(de)規(gui)律(lv)(lv)相(xiang)一致。當檢測(ce)頻率為(wei)1 KH z時,有氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)與(yu)(yu)打(da)磨掉氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)后的(de)檢測(ce)值(zhi)都隨著腐蝕層(ceng)厚度的(de)增(zeng)加呈線性增(zeng)大(da),與(yu)(yu)仿(fang)真結(jie)果(guo)圖所(suo)得出(chu)(chu)的(de)規(gui)律(lv)(lv)相(xiang)符(fu).由實驗數據總結(jie)分析(xi)可(ke)驗證(zheng)仿(fang)真模型是正確的(de),根據仿(fang)真規(gui)律(lv)(lv)提出(chu)(chu)腐蝕層(ceng)厚度的(de)測(ce)量方法(fa)是可(ke)行的(de)。


四、結(jie)論(lun)


  浙江至德(de)鋼業有限公司通過構建三層(ceng)結(jie)構(氧(yang)化層(ceng)、奧氏體層(ceng)與腐蝕層(ceng))的(de)二維軸對(dui)稱仿真模型,研究了(le)不同(tong)頻率、不同(tong)氧(yang)化層(ceng)厚度、不同(tong)腐蝕層(ceng)厚度對(dui)渦流檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)的(de)影(ying)響.由仿真結(jie)果(guo)可得:


  a. 隨著氧化層(ceng)與腐蝕層(ceng)厚度的增加(jia),渦流(liu)檢測(ce)信號的幅值會增大(da),而相(xiang)位角基本不變(bian)。


  b. 低頻(pin)(pin)渦流(1 KH z及以下(xia))檢測時,隨著(zhu)奧氏體不(bu)銹鋼管(guan)內壁腐蝕(shi)層厚(hou)度(du)的(de)增加,檢測信號(hao)的(de)幅值(zhi)大致呈線性增加,可以在(zai)此(ci)頻(pin)(pin)率下(xia)進(jin)行腐蝕(shi)層厚(hou)度(du)的(de)測量,但是氧化層厚(hou)度(du)不(bu)同(tong)會影響檢測信號(hao)的(de)分析。


  c. 高(gao)頻(pin)渦流(100 KH z及以上)檢測(ce)(ce)時,奧氏體不(bu)銹鋼管內壁腐蝕(shi)(shi)層(ceng)厚度(du)對檢測(ce)(ce)信號(hao)沒有影(ying)響,檢測(ce)(ce)信號(hao)的(de)幅值隨氧(yang)化層(ceng)厚度(du)的(de)增加大致呈線性增加,可以在(zai)此(ci)頻(pin)率下進行(xing)(xing)氧(yang)化層(ceng)厚度(du)的(de)測(ce)(ce)量,并以此(ci)為條(tiao)件,對低頻(pin)渦流測(ce)(ce)量信號(hao)進行(xing)(xing)分析求解,得到腐蝕(shi)(shi)層(ceng)厚度(du)值。


  同時,在1和100 KH z檢測頻(pin)率下對實(shi)(shi)驗用管(guan)進行測量(liang)(liang)分析(xi),實(shi)(shi)驗數(shu)據所(suo)得的規律與仿(fang)真結果相一致.這(zhe)從實(shi)(shi)驗的角度對該仿(fang)真模型(xing)理(li)論提供了支撐,說明該方法(fa)測量(liang)(liang)在役耐熱奧氏體(ti)不銹鋼管(guan)內(nei)壁腐蝕(shi)層厚度是可(ke)行的。



本文標簽:不銹鋼管  奧氏體不銹鋼管 

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