不銹鋼儲液罐的渦流檢測

彭國平，杜南勝，李洪剛

（廣州市特種承壓設備檢測研究院，廣州 510100）

廣州某公司主要從事研發、生產、銷售用于直接注射到患者體內的藥物，其配制和儲存注射液的容器為不銹鋼儲液罐。因注射液是由弱酸與弱堿配制而成，酸和堿對儲存容器都會產生腐蝕，2011年曾發生一臺儲液罐在使用過程中投放原料口下部的焊縫腐蝕開裂，注射液泄漏污染，整個生產線停產的事故，造成巨大的經濟損失。所以該公司委托筆者單位對其11臺儲液罐焊縫進行檢測。考慮到設備使用的特殊性，因而用戶要求不能使用滲透等常規無損方法，經雙方協商，決定采用渦流檢測為主的無損檢測方法進行檢測。

1 儲液罐基本情況

儲液罐為常壓立式容器，材質為316L不銹鋼，規格：φ3600mm×8mm×4406mm，容積31m3，設計溫度80℃，容器內外表面對接焊縫均去除焊縫余高，拋光處理。儲液罐結構簡圖如圖1所示，圖中Ⅰ位置接管處安裝了攪拌系統，Ⅱ位置為投放原料口即入孔。制造過程中儲液罐焊縫未進行過無損檢測。

圖1 儲液罐結構圖

2 渦流檢測原理

渦流檢測是應用電磁感應原理，將載有正弦波電流的激勵線圈接近金屬表面時，線圈周圍的交變磁場在金屬表面產生感應電流（此電流稱為渦流）。同時產生一個與原磁場方向相反的相同頻率的磁場，并反射到探頭線圈，導致檢測線圈阻抗的電阻和電感的變化，改變了線圈的電流大小及相位（圖2）。因此探頭在金屬表面移動，遇到缺陷或材質，尺寸等變化時，渦流磁場對線圈的反作用不同而引起線圈阻抗變化，通過渦流檢測儀器測量出這種變化量就能鑒別金屬表面有無缺陷或其它物理性質變化。渦流檢測實質上就是檢測線圈阻抗發生的變化并加以處理，從而對試件的物理性能作出評價。

圖2 渦流檢測原理圖

3 檢測方案

3.1 檢測方法的選擇

儲液罐周圍空間要求達到無菌環境，檢測人員及工作人員進入該場所必須按用戶要求穿戴其提供的工作服裝，且進行消毒處理，檢驗過程中盡量少攜帶儀器設備，不得殘留任何與儲存介質無關的物質，進入罐內檢測要求更為嚴格。因而經雙方協商，決定采用渦流檢測方法對11臺儲液罐內外表面焊縫進行100%檢測，若發現不可接受信號，采用射線檢測方法進行復驗。

3.2 檢測依據及驗收標準

（1）渦流檢測參照JB／T 10658—2006《無損檢測 基于復平面分析的焊縫渦流檢測》標準。

（2）射線檢測采用JB／T 4730.2—2005《承壓設備無損檢測 第2部分 射線檢測》標準，Ⅲ級驗收。

3.3 渦流檢測不銹鋼焊縫可行性試驗

（1）儀器設備 采用EMS—2003型智能磁記憶／渦流檢測儀進行檢測，探頭采用絕對點式探頭。

（2）對比試塊 自制與儲液罐材質一致的對比試塊，材質為316L不銹鋼，規格220mm×120mm×5mm，試塊上帶焊縫，焊縫打磨光滑且與試塊相平，試塊上加工三個人工刻槽，深度分別為0.5，1，2mm，槽寬0.15mm，刻槽通過焊縫，如圖3所示。

圖3 自制試塊示意圖

（3）人工刻槽及晃動信號阻抗示意圖 連接儀器設備和探頭等檢測系統，采用100kHz檢測頻率進行檢測，晃動信號及深度為0.5，1，2mm的三個人工刻槽的阻抗圖如圖4和5所示。

（4）阻抗圖分析 人工刻槽信號阻抗圖顯示為：信號走向為開口斜向左上方的倒“C”圓弧形狀，相位5°～15°，且刻槽深度越大，信號幅值越高。晃動信號在水平線上，比較平直。

（5）缺陷判定 根據儀器顯示屏上顯示的阻抗圖相位及幅度，能判斷出缺陷及缺陷深度大小。結合目視宏觀檢驗等手段，來確定信號是否為不可接受信號。對于不可接受信號，必要時，采用射線檢測方法進行復驗，確認缺陷性質及大小等參數。

3.4 儀器調節及檢測要求

（1）調節儀器，使檢測頻率為100kHz，工件表面晃動信號相位為0°，1mm深刻槽信號幅度為滿屏幅度的80%。

（2）記錄標準 記錄信號幅度＞0.5mm深刻槽的缺陷信號。

（3）掃查過程中探頭應盡量保持與焊縫垂直，防止晃動信號的產生，兩次掃查間應有一定的重復距離；對同一部位，至少應在相互垂直的兩個方向分別進行掃查。

（4）發現不可接受信號時，應儲存不可接受信號阻抗圖，以便后期離線分析。

4 檢測結果及分析

11臺儲液罐經過渦流檢測，發現其中1臺儲罐存在以下問題：B1縫外表面存在1處不可接受信號，長50mm，相位角為35°，阻抗示意圖如圖6所示，經射線檢測復查，為點狀氣孔3點，評定為Ⅱ級，合格，外觀檢查焊縫表面未發現問題，信號可能是由于焊材與母材金屬電導率存在差異，引起阻抗圖變化。下封頭外表面A2焊縫上發現1處不可接受信號，阻抗示意圖如圖7所示。經宏觀檢查確認為表面 裂紋缺陷，長8，6，6mm，如圖8所示，裂紋信號走向為開口斜向左上方的倒“C”形狀，類似于人工刻槽阻抗示意圖形狀，相位角為9°，符合人工刻槽相位5～15°范圍，信號幅值在1～2mm人工刻槽信號幅度之間；后使用砂輪打磨裂紋位置，應用滲透檢測方法確認，裂紋全部去除后，磨坑深度為1.8mm。

圖8 A2位置裂紋圖

5 結論

（1）從阻抗圖分析可得，裂紋信號阻抗圖與人工刻槽信號阻抗示意圖走向相同，為開口斜向左上方的倒“C”圓弧形狀，因而檢測時觀察阻抗圖形狀較易識別裂紋缺陷。

（2）從相位角分析可得，裂紋信號相位角9°、人工刻槽信號相位角5～15°，同晃動信號比較，相位角相差不大，在檢測過程中較難區分缺陷信號和晃動信號。

（3）根據不同深度的人工刻槽信號幅度的關系，可知刻槽深度越大，信號幅值越高，該方法同樣適用于表面裂紋缺陷；檢測時可根據信號幅值的大小，結合人工刻槽信號幅度，判別缺陷深度。

可見，應用渦流檢測不銹鋼焊縫表面裂紋的方法是可行的；但是在檢測過程中，若發現不可接受信號，應采用目視檢測或其他無損檢測方法進行復驗，進一步確定信號是缺陷信號，還是由電導率、磁導率、工件形狀、尺寸等因素引起的偽信號，達到去偽存真的效果。