馬寅山 廣州聲華科技有限公司

在火力發(fā)電廠鍋爐四大管線中,鑄鋼閥門由于其成本的經(jīng)濟(jì)性和設(shè)計(jì)的靈活性,得到較多應(yīng)用。但是隨著運(yùn)行時(shí)間加長(zhǎng)，由于應(yīng)力、溫度等因素作用閥體內(nèi)和表面會(huì)產(chǎn)生裂紋，給閥門的正常運(yùn)行留下安全隱患。因此閥門檢驗(yàn)時(shí)需要有合理的無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)閥體進(jìn)行全面檢查，超聲波對(duì)內(nèi)部裂紋非常敏感，利用超聲檢測(cè)技術(shù)可以有效的檢測(cè)出裂紋的深度、長(zhǎng)度、高度等信息，磁粉檢測(cè)可有效的查出表面和近表面的裂紋，綜合兩種方法對(duì)閥門進(jìn)行綜合檢測(cè)，為閥門的安全運(yùn)行提供判斷依據(jù)。

1 裂紋產(chǎn)生機(jī)理

鑄鋼件閥門在生產(chǎn)過(guò)程中，由于工藝制定與實(shí)際操作的偏差，鑄件成分、結(jié)構(gòu)和缺陷數(shù)量及分布在較大范圍會(huì)存在不可避免的變化和波動(dòng)，因此可能會(huì)產(chǎn)生氣孔、縮松縮孔、金屬間化合物、夾雜等缺陷[1]。通?？s松縮孔較易出現(xiàn)在厚斷面、兩交界面的內(nèi)部等，受應(yīng)力作用可能演變?yōu)閮?nèi)部裂紋；氣孔、夾雜等缺陷出現(xiàn)在閥體表面或外層區(qū)域受應(yīng)力作用可能會(huì)萌生成表面、近表面裂紋。裂紋的產(chǎn)生在閥門安全運(yùn)行中存在巨大的安全隱患，以下針對(duì)裂紋的位置不同，選用相應(yīng)的檢測(cè)方法。

2 內(nèi)部裂紋的超聲檢測(cè)

2.1 鑄鋼件閥門超聲檢測(cè)依據(jù)

參照《鑄鋼件超聲檢測(cè) 第2部分：高承壓鑄鋼件》GB/T7233.2-2010標(biāo)準(zhǔn)和《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第3部分：超聲檢測(cè)》JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)，用橫波斜探頭作為主要檢測(cè)手段，以縱波直探頭為輔助。

2.2 探頭選擇

橫波斜探頭2.5P10×10K1；縱波直探頭2.5MHzφ14

2.3 靈敏度調(diào)節(jié)

橫波斜探頭：使用自然的（非人工）平面型缺陷（裂紋尺寸再壁厚方向）或垂直于表面且遠(yuǎn)大于聲束的側(cè)壁來(lái)校核，實(shí)際工程中可以采用閥門端部的結(jié)構(gòu)反射來(lái)校核，將反射波調(diào)至滿屏80%，再增加12～20dB作為檢測(cè)靈敏度。

縱波直探頭：a）距離幅度校正曲線法（DAC）用一系列幾何尺寸相同、聲程不同的反射體（平底孔FBH或橫孔SDH）的回波高度得出；b）距離增益尺寸法（DGS）用一系列理論上計(jì)算出的聲程、儀器增益、垂直于聲束軸線的平底孔直徑的關(guān)系得出。

2.4 缺陷檢測(cè)及判斷

檢測(cè)前查閱閥門相關(guān)資料，了解閥體各位置的厚度、結(jié)構(gòu)形狀等信息。斜探頭作橫向、縱向100%掃查，對(duì)發(fā)現(xiàn)的信號(hào)從波幅、位置、動(dòng)態(tài)波形等方面進(jìn)行分析，加以定性。以下列舉一些在役閥門中可能遇見(jiàn)缺陷的回波特性作為缺陷判別參考：

點(diǎn)狀?yuàn)A雜缺陷波形特征 回波波峰清晰、尖銳，移動(dòng)探頭時(shí)回波迅速消失，探頭旋轉(zhuǎn)90°掃查有同樣的特征。

線狀?yuàn)A雜缺陷波形特征 回波有多個(gè)波峰，探頭延缺陷長(zhǎng)度方向移動(dòng)，波形變化不明顯；探頭前后移動(dòng)波高迅速降低。

裂紋波形特征 回波幅度較高、波峰陡峭尖銳、起波速度快且波前陡峭，探頭前后、左右移動(dòng)波峰交替出現(xiàn)。在缺陷另一側(cè)掃查也有較高的缺陷回波；探頭旋轉(zhuǎn)90°掃查無(wú)缺陷回波。

2.5 裂紋測(cè)長(zhǎng)及測(cè)高

在役閥門檢測(cè)中對(duì)不僅需要準(zhǔn)確的區(qū)分出裂紋缺陷，更重要的是測(cè)定裂紋的幾何尺寸長(zhǎng)度和高度。

測(cè)長(zhǎng)：采用端點(diǎn)6dB法測(cè)長(zhǎng)，用K1探頭發(fā)現(xiàn)裂紋后，探頭沿著裂紋方向左右移動(dòng)，找到裂紋兩端的最大反射波，分別以這兩個(gè)端點(diǎn)反射波高為基準(zhǔn)，繼續(xù)向左、向右移動(dòng)探頭，當(dāng)端點(diǎn)反射波高降低一半時(shí)(或6dB)，探頭中心線之間的距離即為裂紋的指示長(zhǎng)度。

測(cè)高：采用上下端點(diǎn)衍射波法，同樣采用K1探頭置于任一探測(cè)面，找到缺陷波向前緩慢移動(dòng)探頭，當(dāng)找到缺陷的上端點(diǎn)反射波再細(xì)微地移動(dòng)探頭使上端點(diǎn)前出現(xiàn)上端點(diǎn)衍射信號(hào)(見(jiàn)圖1)，記錄回波位置；向后緩慢移動(dòng)探頭，當(dāng)找到缺陷的下端點(diǎn)反射波再細(xì)微地移動(dòng)探頭使下端點(diǎn)后出現(xiàn)下端點(diǎn)衍射信號(hào)(如圖1)，記錄回波位置；將探頭置于另一探測(cè)面以同樣的方法找到上下端點(diǎn)衍射信號(hào)并記錄回波位置(見(jiàn)圖2)，若L1＝L2則該裂紋垂直于檢測(cè)面，其高度ΔH=H2-H1；若L1≠L2則是傾斜裂紋，其傾斜高度AB=[(LΔH)2+ΔH2]1/2

圖1 上下端點(diǎn)衍射信號(hào)

圖2 裂紋測(cè)高示意圖

3 鑄鋼件閥門磁粉檢測(cè)

對(duì)于鐵磁性材質(zhì)閥門采用磁粉檢測(cè)其表面、近表面裂紋具有很高的檢測(cè)靈敏度和檢出效率，可實(shí)現(xiàn)對(duì)閥體表面的100%檢測(cè)。

3.1 檢測(cè)表面準(zhǔn)備

用砂輪機(jī)清理表面油漆或銹層等對(duì)磁粉檢測(cè)操作和磁痕辨識(shí)有影響的物質(zhì)后，噴涂適當(dāng)厚度的反差劑。

3.2 工藝選擇

執(zhí)行JB/T4639-2008《閥門受壓件磁粉探傷檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)；

磁懸液：黑磁膏—水基磁懸液，磁粉與水體積比2%左右；

儀器型號(hào)：MP-A-2L和CDX-4B，磁軛法、交叉磁軛法組合使用。

檢測(cè)部位：閥體100%的外表面，閥門肩部、腹部、冒口部位為重點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域。

4 工程案例

某電廠1000MW超超臨界機(jī)組啟動(dòng)循環(huán)泵進(jìn)口電動(dòng)閥在機(jī)組檢修時(shí)要求進(jìn)行全面無(wú)損檢測(cè)，采用以上檢測(cè)方法，超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)閥門的背部位置有兩條裂紋，裂紋1：長(zhǎng)度=25mm；上端點(diǎn)～下端點(diǎn)=32.5～53.4mm，缺陷波幅很高、波峰陡峭（見(jiàn)圖3)。用角磨機(jī)磨開(kāi)后，滲透檢測(cè)時(shí)滲透速度非?？?、顯像清晰（見(jiàn)圖4)，表明該裂紋開(kāi)口較寬。

圖3 裂紋波形

圖4 磨開(kāi)后裂紋滲透檢測(cè)顯像

裂紋2：長(zhǎng)度=42 m m；上端點(diǎn)～下端點(diǎn)=34.4～43.7mm，圖5中a)為裂紋上端點(diǎn)波形圖，在端點(diǎn)波峰前有一個(gè)較矮的波峰，即為上端點(diǎn)衍射信號(hào)；b)為裂紋下端點(diǎn)波形圖，端點(diǎn)波峰后有下端點(diǎn)衍射信號(hào)；c）為磨開(kāi)后裂紋滲透檢測(cè)顯像圖

圖5 事故檢測(cè)圖

磁粉發(fā)現(xiàn)閥門的肩部有長(zhǎng)為35mm、80mm、65mm的三條裂紋，詳見(jiàn)圖6，從裂紋的形態(tài)來(lái)看呈條狀或樹(shù)枝狀，尖端極細(xì)都有擴(kuò)展的跡象。消除裂紋時(shí)發(fā)現(xiàn)所有裂紋都是由內(nèi)向外裂開(kāi)，并且大部分裂紋的起始都是砂?；蚴强s孔。

圖6 裂紋磁痕顯示

其中圖6b)中的裂紋經(jīng)超聲輔助測(cè)高發(fā)現(xiàn)，裂紋自身高度達(dá)26.7mm，下端點(diǎn)波形如圖7所示。

圖7 表面開(kāi)口裂紋下端點(diǎn)波形

5 結(jié)束語(yǔ)

閥門鑄造過(guò)程中本身的鑄造缺陷在運(yùn)行過(guò)程中可能擴(kuò)展形成裂紋，采用超聲檢測(cè)可有效地查出埋藏在閥體內(nèi)部的裂紋，并可精準(zhǔn)地檢測(cè)出裂紋的測(cè)量其長(zhǎng)度和自身高度；磁粉檢測(cè)可檢出表面和近表面裂紋，兩種檢測(cè)方法綜合實(shí)施為閥門的安全評(píng)估提供可靠地依據(jù)。

1 Murakami Y,Endo M.Effect of defects inclusions and inhomogeneities on fatiger strength .International Journal of Fatigue,1994,16(3):163－182