[科普中国]-高速探头技术

探头技术

在20世纪，探头被广泛地应用于SG和换热器传热管的常规检测，性能可靠，可以准确检测和定位体积性缺陷，如磨损、点蚀等，检测速度可达到1000mm/s1。

高速探头高速探头对在直管段的轴向裂纹是很敏感的，但在管板上部(TTS)和弯管过渡区，由于管壁几何变形引起的大干扰信号会显著减少探头的检出能力。特别是20世纪80年代，传热管上出现的大量晶间裂纹(IGA)、内外壁轴向或周向应力腐蚀裂纹(SCC)后，高速的检测能力已经不能满足电站安全性要求，其中一个主要的局限性是对圆周方向裂纹的检出率远远低于轴向的，因为在传热管壁上产生的感应电流的流动方向平行于线圈缠绕方向，周向裂纹的出现不会对感应电流造成实质的影响，除非金属流失量达到一定程度。

为了能够有效地检出SCC这类金属流失量小的缺陷，旋转探头(MRPC)及+Point探头技术先后得以发展。这些表面探头与马达单元相连，可以在传热管内以螺旋式运动，克服了高速探头的局限性，能够检测轴向和周向裂纹，也能提供缺陷形态方面的信息。周向裂纹对涡流信号的干扰因素赋予了旋转探头检测周向裂纹的能力。

+Point探头+Point探头由2个正交的线圈组成，采用差动模式连接，能够同时检测到材料变化和几何变形如提离的影响，可以检测轴向和周向的缺陷并能对二者加以区分。有些旋转探头端部还可以由2种类型的探头进行组合，提高缺陷检出率。然而旋转探头最大的不足在于检测速度慢，开始时速度大约只有高速探头的1/120，随着高速探头以及高扭矩马达的发展，但两者间的差距还是相差80倍。同样，这些探头通常需要采用弹簧进行压紧，保证其贴近传热管表面，以减少提离效应，因为提离可能会导致探头检测能力下降。而且传热管内部出现的磁性沉积物在很大程度上会减少探头的寿命，马达直径过小也会导致探头更加脆弱。由于上述原因，在过去的10年里采用+Point探头检测大量传热管上出现的SCC时，特别是TTS区域，检测所需的时间与成本显著增加。

阵列探头20世纪90年代末，具有发射/接收(T/R)功能的阵列探头技术被开发出来。与传统的阻抗探头技术相比，T/R技术具有更加优越的性能。在容易产生提离现象的传热管几何变形区域如弯管区或管板过渡段，它们能将信噪比提高5～10倍。由于采用阵列排布，探头不需要采用可运动的部件，因而增加了探头的稳定性。而T/R探头具有指向性，为了保证T/R线圈组对缺陷的敏感性，探头设计可以进行优化，使其对不同的裂纹方向都有最大的响应。目前，2种常见的阵列探头是X-probe和Intelligent探头。

X-probe是一种快速且一次通过就能完成传热管检测的T/R阵列探头，在探头顶部的组合线圈能够实现周向和轴向同时检测。每排的线圈数量取决于传热管的直径，可以在8～19个之间变化。只要对传热管进行单次扫查，探头内部的电子电路就能保证线圈组对轴向、周向和体积性缺陷进行区分，显示出与旋转探头具有同等的检测能力。即使是进行全管检查，探头的扫查速度也可达1000mm/s，能够顺利通过弯管区。如果将高速探头整合到阵列探头上，那么检测时间就能进一步缩短，并且消除了使用不同类型探头复检的需要

从2002年开始，Intelligent探头就在美国和中国台湾省开始现场试验。2003年在美国的电站执行了实际检测工作，并于2005年完成EPRI附录H的认证工作。与高速和MRPC探头相比，无论是检测速度还是发现的缺陷深度，其优势都十分明显。Intelligent探头结合了高速和阵列线圈技术，能够一次性检测出所有类型的缺陷。采用与传热管非接触设计使探头更加耐用、性能稳定且可进行快速推拔。这类探头设计时采用了倾斜式驱动线圈排列和具有高速探头能力的薄膜拾取线圈，对所有缺陷类型都相当敏感，并提供缺陷的特征信息。每个探头都有内置的前置放大器电路，可屏蔽电磁干扰并提高信噪比，有利于微小缺陷信号的检测和识别。

探头技术和ET仪器的发展总是相辅相成、一同进步的。仪器技术上采用多频率输入、多通道数、高采集速度、同步触发、时间间隔多路复用技术以及更大的带宽，使得目前的探头技术越来越先进。但探头在耐辐照性能、抗电磁干扰、区分不同的缺陷类型以及耐磨性等方面还需进一步发展2。