鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用分析

蔡紅磊

（河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院保定分院 河北保定 071000）

1 無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)概述

無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)即在檢驗(yàn)階段充分運(yùn)用光、磁、聲波等介質(zhì)，使接受檢驗(yàn)工件不產(chǎn)生任何破損的技術(shù)。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全面檢查工件內(nèi)部、表面性質(zhì)與狀態(tài)如腐蝕、焊接、運(yùn)作狀況等，可使檢驗(yàn)人員充分掌握設(shè)備的具體運(yùn)行情況，為后續(xù)檢修、維護(hù)工作奠定技術(shù)基礎(chǔ)[1]。

2 用于鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)

2.1 超聲波檢驗(yàn)法

應(yīng)用超聲波檢驗(yàn)法開展鍋爐壓力容器無(wú)傷檢驗(yàn)，其原理為運(yùn)用超聲波在介質(zhì)傳播過(guò)程中所發(fā)生的遇到界面產(chǎn)生反射性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)缺陷檢驗(yàn)，該方法具有靈敏度高、穿透力強(qiáng)、檢驗(yàn)效率高特點(diǎn)，且超聲波探傷檢驗(yàn)儀設(shè)備具有重量輕、對(duì)人體無(wú)害、體積小的特點(diǎn)，可快速檢驗(yàn)壓力容器、管道或是鍋爐的缺陷，目前被廣泛應(yīng)用于壓力容器、鍋爐等領(lǐng)域安全評(píng)定工作中。通常全新安裝壓力容器、管道或是鍋爐會(huì)采用X射線進(jìn)行抽查檢驗(yàn)，然而針對(duì)已運(yùn)行或使用的壓力容器、管線的探傷檢驗(yàn)，X射線在部分情況下會(huì)受地下作業(yè)、高空作業(yè)的限制。因此，超聲波更加適用于已經(jīng)使用過(guò)的壓力容器、管線的檢驗(yàn)[2]。

2.2 滲透檢驗(yàn)法

滲透檢驗(yàn)是以毛細(xì)作用為基礎(chǔ)原理，專門用于檢查表面開口缺陷的無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)。此方法是將特制滲透液涂抹在壓力容器、管線的檢驗(yàn)表面，使特制液體滲入壓力容器、管線上肉眼無(wú)法看出的裂縫、缺口、凹坑缺陷之中，隨后通過(guò)顯示劑將滲入容器、管線的缺陷部位的特制液體顯現(xiàn)于工件表面，使工作人員明確壓力容器存在的開口缺陷，如晶間腐蝕、疲勞裂紋、應(yīng)力腐蝕及焊縫與熱影響區(qū)域的表面開口缺陷等[3]。滲透檢驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)性較好、操作便捷、設(shè)備簡(jiǎn)單、檢驗(yàn)結(jié)果相對(duì)直觀；缺點(diǎn)在于針對(duì)埋藏于表層以下的缺陷無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效檢驗(yàn)，僅適用于暴露在壓力工件表面缺陷的無(wú)損檢驗(yàn)[4]。

2.3 磁粉檢驗(yàn)法

壓力容器、管線多數(shù)為鐵磁性材料工件，若表面或是內(nèi)淺處出現(xiàn)缺陷就必然存在基體材料不連續(xù)性的特點(diǎn)，被磁化后，磁力線出現(xiàn)局部畸變進(jìn)而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)。利用磁粉檢驗(yàn)法，即在工件表面涂抹磁粉，基于合適的光照條件下磁粉會(huì)被漏磁場(chǎng)吸附并形成肉眼可見的痕跡，而痕跡的尺度、形狀、位置若出現(xiàn)不連續(xù)性則表示缺陷位置位于該處，可讓檢驗(yàn)人員直觀了解缺陷的大小、形狀、位置及缺陷嚴(yán)重程度[5]。磁粉檢驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)在于可檢驗(yàn)出磁體材料表面、近表面的缺陷，可直觀展現(xiàn)缺陷的形狀、大小、位置與嚴(yán)重程度，不會(huì)受工件的形狀與大小限制，且可重復(fù)進(jìn)行缺陷驗(yàn)證；缺點(diǎn)在于無(wú)法檢驗(yàn)奧氏體不銹鋼材料及其他非鐵磁性材料，且在缺陷方向、磁化方向近似平行或同工件表面夾角＜20°的情況下，難以快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)缺陷，同時(shí)磁粉難以發(fā)現(xiàn)表面淺顯、寬度較大及鍛造褶皺的缺陷[6]。

3 鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用的案例分析

3.1 鍋爐管線焊縫檢驗(yàn)

選擇一長(zhǎng)度15.30 km、使用壓力2.0 MPa、管徑377 mm，壁厚10 mm 的鍋爐供熱管線開展管線焊縫檢驗(yàn)。為確保管線檢驗(yàn)滿足規(guī)程要求，制作人工缺陷試件作為焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)依據(jù)：

（1）制作試件。對(duì)接直徑377 mm，壁厚10 mm、長(zhǎng)度250 mm 管道，焊接階段人為發(fā)生未焊透、氣孔、夾渣缺陷，測(cè)試管線缺陷情況詳見表1。

表1 測(cè)試管線缺陷（10 mm 試件厚度）

（2）超聲波探傷儀準(zhǔn)備。采用CTS-26 超聲波探傷儀，試塊采用CSK—IA、CSK—IIIA，調(diào)試儀器階段，首先依據(jù)JB/T 4730.1—2005《壓力容器無(wú)損檢測(cè)》[7]超聲波檢驗(yàn)進(jìn)行K2 探頭入射點(diǎn)測(cè)試，以1∶1 比例進(jìn)行水平掃描距離調(diào)整，制作距離為波幅曲線，設(shè)置檢驗(yàn)靈敏度，于示波屏劃出后設(shè)置4 dB 表面粗糙補(bǔ)償度以及曲面補(bǔ)償分貝值[8]。

（3）打磨探測(cè)面。新出廠鋼材基本無(wú)腐蝕現(xiàn)象，無(wú)須打磨操作，而長(zhǎng)期使用的鍋爐壓力管線雖已設(shè)有防腐、保溫措施，但仍存在一定程度腐蝕，故檢驗(yàn)階段應(yīng)保證表面粗糙度Ra=6.3 μm。

（4）開展檢驗(yàn)。探傷檢驗(yàn)前，首先應(yīng)對(duì)人工試驗(yàn)管線開展焊縫檢驗(yàn)，隨后開展15.3 km 鍋爐壓力管道檢驗(yàn)，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)除角焊縫之外的供給2 642 個(gè)對(duì)接接頭檢驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)該管線合格率僅為31%，存在1 830 個(gè)對(duì)接接頭根部未焊透，最嚴(yán)重未焊透部位為150 mm。發(fā)現(xiàn)缺陷后，開展實(shí)物解剖檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在大量根部未焊透嚴(yán)重接頭，距離表面深度為4～5 mm，這些超標(biāo)缺陷的接頭必然會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐壓力管線的正常運(yùn)行。

本次檢驗(yàn)利用超聲檢驗(yàn)法，有對(duì)長(zhǎng)度為15.3 km在用鍋爐壓力管道實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢驗(yàn)，有效發(fā)現(xiàn)1 830個(gè)對(duì)接接頭根部未焊透現(xiàn)象，充分論證超聲波檢測(cè)法十分適用于鍋爐壓力管線檢驗(yàn)工作，可在日常鍋爐壓力管線檢修、維護(hù)中廣泛推廣應(yīng)用[9]。

3.2 在用/生產(chǎn)中的鍋爐換熱器檢驗(yàn)

3.2.1 在用鍋爐換熱器檢驗(yàn)

對(duì)一鍋爐機(jī)組在用碳鋼材質(zhì)管殼式換熱器進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)，該批設(shè)規(guī)格為筒體16 MnR，管板16 MnⅢ，管10#，設(shè)計(jì)溫度-10/200℃，該換熱器在使用階段故障表現(xiàn)為內(nèi)部泄漏。將設(shè)備停用后打開上下管箱，肉眼觀測(cè)發(fā)現(xiàn)上管板、下管板部位存在較多腐蝕坑，為檢驗(yàn)詳細(xì)泄漏部位，首先簡(jiǎn)單使用肥皂泡檢驗(yàn)法、氨檢漏法開展檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)裂紋，隨后依次運(yùn)用無(wú)損檢驗(yàn)下滲透檢驗(yàn)技術(shù)、磁粉檢驗(yàn)技術(shù)開展缺陷檢驗(yàn)工作。

滲透檢驗(yàn)階段，將特制液體均勻涂抹于經(jīng)過(guò)氨檢漏與肥皂泡檢驗(yàn)法發(fā)現(xiàn)的存在表面裂紋的上管板、下管板及所有發(fā)現(xiàn)表面裂紋管道-管板角焊縫，待特制液體滲入換熱器缺陷部位后，檢驗(yàn)人員目視發(fā)現(xiàn)該換熱器上管板部位約50%左右的管子-管板角焊縫存在裂縫現(xiàn)象。完成滲透檢驗(yàn)后開展磁粉檢驗(yàn)，將磁粉均勻涂抹于基于氨檢漏與肥皂泡檢驗(yàn)法發(fā)現(xiàn)表面裂紋的部位，根據(jù)磁粉吸附后痕跡的尺度、形狀、位置，判斷上管板部位幾乎所有管端角焊縫都有裂紋現(xiàn)象存在，甚至一部分管端角焊縫裂紋已經(jīng)向管板、管端部?jī)?nèi)表面進(jìn)行延伸[10]。

這次針對(duì)在用鍋爐換熱器的無(wú)損檢驗(yàn)，首先基于設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況，即故障表現(xiàn)及初步檢驗(yàn)方法獲取了缺陷的性質(zhì)與部位，隨后運(yùn)用滲透檢驗(yàn)、磁粉檢驗(yàn)法依次開展工作，檢驗(yàn)結(jié)果論證2 種方法可以準(zhǔn)確、全面、直觀地反映出在用鍋爐換熱器缺陷的具體情況，并快速確定缺陷根源。檢驗(yàn)結(jié)果表明，磁粉檢驗(yàn)相比滲透檢驗(yàn)具有更高的靈敏度與準(zhǔn)確性。

3.2.2 生產(chǎn)中鍋爐換熱器檢驗(yàn)

某鍋爐設(shè)備生產(chǎn)廠家生產(chǎn)階段發(fā)現(xiàn)一臺(tái)處于制造中的鍋爐管殼換熱器出現(xiàn)管程泄露現(xiàn)象，目視宏觀觀察發(fā)現(xiàn)換熱器部分管子-管板焊縫中有燒穿孔現(xiàn)象，生產(chǎn)班組聯(lián)合分析下得出這些管子-管板焊縫中的燒穿孔為焊接操作不當(dāng)導(dǎo)致，隨即決定對(duì)該換熱器所有焊縫利用超聲波檢驗(yàn)法開展無(wú)損檢驗(yàn)工作，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)未完全燒穿的孔。

檢驗(yàn)階段，設(shè)備采用超高頻、微晶片超聲相控陣技術(shù)，并以機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)作為輔助，利用周向步進(jìn)電機(jī)開展周向掃查，于掃查階段同時(shí)進(jìn)行記錄與顯示。掃查過(guò)程中，依據(jù)規(guī)劃路徑開展空間掃描，超聲相控陣檢測(cè)儀利用編碼器獲取位探頭獲取的超聲信號(hào)，并利用計(jì)算機(jī)處理形成3D 實(shí)時(shí)圖像，結(jié)合設(shè)備所帶的軟件精確測(cè)定缺陷的長(zhǎng)度、面積、波幅值。超聲相控陣檢驗(yàn)技術(shù)原理圖詳見圖1。

圖1 超聲相控陣檢驗(yàn)技術(shù)原理

超聲波檢驗(yàn)階段，運(yùn)用超聲相控陣開展該管子-管板焊縫檢驗(yàn)，檢驗(yàn)期間將探頭伸入管口內(nèi)焊縫區(qū)域開展360°周向掃描檢查，超聲相控陣檢驗(yàn)示意圖詳見圖2。

圖2 超聲相控陣檢驗(yàn)

檢驗(yàn)階段，探頭置于管線中心軸線，超聲波基于水進(jìn)入鋼中，利用延遲法控制聲束的傳播，讓所有鏡片發(fā)射出的超聲波于相同時(shí)間傳輸至給定點(diǎn)，于給定點(diǎn)形成聚焦聲場(chǎng)，布置設(shè)備階段晶片沿著管子進(jìn)行軸向排列，開始檢驗(yàn)后使用電子線進(jìn)行掃查，一直到整個(gè)探頭對(duì)管子的掃描完畢。

該實(shí)驗(yàn)利用超聲相控陣對(duì)制造中的鍋爐換熱器進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)，快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出管子角焊縫根部存在的缺陷，即未完全燒穿的孔，詳見圖3。

圖3 超聲相控陣對(duì)管子-管板焊縫檢驗(yàn)結(jié)果

由圖3 可知，超聲檢測(cè)技術(shù)可快速、準(zhǔn)確地檢驗(yàn)鍋爐壓力容器缺陷情況與性質(zhì)，是鍋爐壓力容器、管線日常檢修、維護(hù)的有效手段[11]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)鍋爐壓力容器無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行深入探究，詳細(xì)介紹無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中的超聲波檢驗(yàn)、滲透檢驗(yàn)、磁粉檢驗(yàn)，同時(shí)基于案例分析，論證無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)在鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用方法與效果。在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，鍋爐機(jī)組管理人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鍋爐壓力容器設(shè)備的監(jiān)督工作，在及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷的基礎(chǔ)上參考本文提出的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用方法，快速確定壓力容器缺陷情況與程度，確保鍋爐壓力容器始終處于安全、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，為企業(yè)帶來(lái)穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)效益。