李樹軍，于 杰，王志永，邢國強(qiáng)

(河北省電力研究院，石家莊 050021)

通常將火電廠鍋爐內(nèi)許多作用一致、平行排列的管子連在一起的筒形部件稱為聯(lián)箱或集箱。聯(lián)箱主要由筒體、封頭、長短管接頭焊接而成。由于聯(lián)箱的材料種類多、壁厚大，焊縫多，制造時孔加工、焊接、熱處理及無損檢測等工作量都相當(dāng)大，制造質(zhì)量容易出現(xiàn)問題；聯(lián)箱在系統(tǒng)中主要起匯集、混合、再分配工質(zhì)的作用，運行工況惡劣，長期承受高溫、高壓及交變應(yīng)力作用，尤其是高溫過熱器、減溫器聯(lián)箱極易出現(xiàn)裂紋等危害性缺陷。因此，安裝和運行階段聯(lián)箱的無損檢測顯的尤為重要。

1 安裝階段典型缺陷

1.1 聯(lián)箱對接焊縫表面裂紋

1.1.1 缺陷情況

某新建電廠2臺600 MW機(jī)組，在對筒體對接焊縫進(jìn)行磁粉檢測時發(fā)現(xiàn)40余個聯(lián)箱的三通與筒體對接焊縫、筒體對接焊縫、封頭焊縫存在表面裂紋。聯(lián)箱材質(zhì)分別為SA335-P12、SA106-C、SA335-P91。材質(zhì)為SA335-P12、SA106-C的聯(lián)箱，其對接焊縫表面裂紋大多出現(xiàn)在焊縫熔合線處，主要為周圈斷續(xù)裂紋(如圖1所示)；材質(zhì)為SA335-P91的聯(lián)箱，其對接焊縫表面裂紋大多出現(xiàn)在焊縫上，主要為細(xì)小裂紋(如圖2所示)。部分裂紋在打磨消除后，復(fù)檢時出現(xiàn)新的裂紋，表明裂紋具有延遲性，最終將所有聯(lián)箱全部返廠處理。

規(guī)格φ3 355.6 mm×66.68 mm，材質(zhì)SA335-P12

規(guī)格φ609.6 mm×120 mm，材質(zhì)SA335-P91

1.1.2 無損檢測要點

在對聯(lián)箱對接焊縫進(jìn)行無損檢測時，必須增加焊縫表面磁粉檢測，否則上述缺陷無法及時發(fā)現(xiàn)，造成缺陷漏檢。磁粉檢測要點如下：

a. 采用交流電磁軛。由于聯(lián)箱多為厚壁部件，故宜采用交流電磁軛。當(dāng)采用便攜式直流電磁軛檢測厚壁工件時，由于直流電滲入深度較大，對近表面缺陷檢測有利，但在同樣的磁通量時，滲入深度越大，磁通密度就越小，雖然提升力滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但工件表面檢測靈敏度卻達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，因此對厚壁工件檢測時不宜采用便攜式直流電磁軛。同時ASME《鍋爐壓力容器規(guī)范》(2004版)第V卷也特別強(qiáng)調(diào)：“除了厚度小于6 mm的材料之外，在相等提升力的條件下，對表面缺陷的檢驗使用交流電磁軛優(yōu)于直流電磁軛或永久磁軛”。

b. 使用反差增強(qiáng)劑。磁粉檢測對缺陷磁痕的識別與分析主要以肉眼觀察為主。對比度指某個顯示和圍繞這個顯示的表面背景之間的亮度和顏色之差，磁粉與工件表面的對比度越高，缺陷磁痕越易識別，檢測靈敏度越高，反之缺陷則易造成漏檢。因此建議磁粉檢測過程中使用反差增強(qiáng)劑，可有效提高對比度，進(jìn)而顯著提高檢測靈敏度和缺陷檢出率。常規(guī)磁粉檢測的磁粉多為紅色或黑色，被檢工件表面多為灰褐色，磁粉與工件表面的對比度較低。文獻(xiàn)[1]中指出，紅色顯示與白色背景之間的對比度為6∶1，黑色顯示與白色背景之間的對比度為9∶1，因此磁粉檢測中白色反差增強(qiáng)劑配合黑色磁粉使用，可形成白色背景之上的黑色磁痕顯示，提高了對比度，進(jìn)而提高檢測靈敏度和缺陷檢出率。圖2裂紋缺陷若不使用反差增強(qiáng)劑極易造成漏檢。

c. 把握檢測時機(jī)。除在制造過程中進(jìn)行必要的磁粉檢測外，最終熱處理后也應(yīng)增加一次磁粉檢測。同時，DL/T 869-2004《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》規(guī)定“對容易產(chǎn)生延遲裂紋和再熱裂紋的鋼材，焊接熱處理后必須進(jìn)行無損檢驗”，JB/T 4730.4-2005《承壓設(shè)備無損檢測:第5部分 滲透檢測》規(guī)定“檢測時機(jī)對于緊固件和鍛件的磁粉檢測應(yīng)安排在最終熱處理后進(jìn)行”。由于制造廠檢測時機(jī)不對，在最終熱處理后未進(jìn)行磁粉檢測，使大量缺陷無法在制造廠內(nèi)及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致全部集箱返廠處理，延誤工期，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 聯(lián)箱對接焊縫層間微裂紋

1.2.1 缺陷情況

某電廠2臺660 MW超臨界空冷機(jī)組3號鍋爐末級過熱器出口管道材質(zhì)為SA335-P91，規(guī)格為φ426 mm×63 mm ，在對其對接焊縫進(jìn)行常規(guī)超聲波檢測時發(fā)現(xiàn)29～35 mm深度范圍內(nèi)周圈多處存在層間缺陷反射信號，按現(xiàn)有超聲波檢測標(biāo)準(zhǔn)多數(shù)缺陷未達(dá)到判廢標(biāo)準(zhǔn)。采用射線方法檢測缺陷不能有效檢出。最終使用TOFD方法對該焊縫進(jìn)行了檢驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該焊縫在深度28～35 mm范圍確實存在多處缺陷，缺陷的深度和長度得以精確直觀顯示。對該缺陷進(jìn)行解剖，在缺陷解剖過程中經(jīng)磁粉檢測，裂紋數(shù)量和長度等與TOFD檢測結(jié)果非常吻合。常規(guī)超聲波檢測在缺陷尺寸方面只能給出模糊的當(dāng)量結(jié)果，而TOFD檢測則可以進(jìn)行精確定量，優(yōu)勢相當(dāng)明顯。圖3、圖4為裂紋解剖過程中實物照片。

圖3 處理過程中磁粉檢測顯示部分裂紋

圖4 現(xiàn)場解剖處理過程裂紋照片

1.2.2 無損檢測要點

SA335-P91鋼為細(xì)晶粒鋼，裂紋多為縱向裂紋(沿焊縫方向)，且裂紋長度較短，沿壁厚方向尺寸較小，對于厚壁部件射線檢測該類型裂紋無法有效檢出，故推薦材質(zhì)為SA335-P91的厚壁聯(lián)箱對接焊縫采用超聲波檢測方法進(jìn)行檢驗，檢驗要點如下。

a. 缺陷波反射高度。常規(guī)超聲波探傷對裂紋等平面型缺陷敏感，但SA335-P91鋼焊縫裂紋較細(xì)小，其裂紋特殊形態(tài)決定了其反射信號波幅不一定超DAC曲線的判廢線，故探傷標(biāo)準(zhǔn)可參照DL/T 820-2002《管道焊接接頭超聲波檢驗技術(shù)規(guī)程》，但掃查靈敏度要相應(yīng)提高，以保證缺陷能有效檢出，對于層間缺陷反射波幅在DAC曲線定量線附近及以上的反射信號要特別注意。

b. 缺陷波動態(tài)波形。在對層間缺陷檢測過程中，應(yīng)根據(jù)其動態(tài)波形、波幅高度、所處位置、缺陷指示長度等，結(jié)合SA335-P91鋼的焊接性能綜合分析，防止缺陷漏檢，對于反射波動態(tài)波形具備裂紋特征的，可從嚴(yán)判傷。

c. TOFD檢測。因TOFD方法具有顯示直觀、測量精度高等優(yōu)點，故在檢測過程中，如果條件允許時應(yīng)增加TOPD檢測，以確定層間微裂紋缺陷是否存在，不推薦使用射線檢驗方法對缺陷進(jìn)行復(fù)核。

2 運行階段典型缺陷

2.1 聯(lián)箱管座角焊縫裂紋

2.1.1 缺陷情況

某電廠4號鍋爐B級檢修過程中，對集汽聯(lián)箱對空排汽、反沖洗等4個管座角焊縫進(jìn)行磁粉檢測，發(fā)現(xiàn)均存在整圈斷續(xù)裂紋。隨后對該聯(lián)箱所有管座角焊縫進(jìn)行了100%檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)20個管座角焊縫均存在不同程度的開裂。裂紋靠近聯(lián)箱側(cè)的熔合線處，沿周向分布。缺陷分布示意見圖5，部分缺陷照片見圖6。

圖5 集汽聯(lián)箱示意

圖6 部分缺陷實物照片

經(jīng)宏觀檢測發(fā)現(xiàn)集汽聯(lián)箱產(chǎn)生位移，集箱支吊架多處變形、松動、失載，主蒸汽管系支吊架多處松動、失載。針對上述情況，決定擴(kuò)大檢測范圍，對與之相聯(lián)的過熱器出口聯(lián)箱上所有管座角焊縫進(jìn)行表面磁粉檢測，對14根導(dǎo)汽管彎頭進(jìn)行超聲波檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)過熱器出口聯(lián)箱上1管座角焊縫存在長約25 mm表面裂紋(打磨深度約15 mm后消除)。同時，對集汽聯(lián)箱筒體、角焊縫進(jìn)行了金相、光譜、硬度檢查，合格。

2.1.2 無損檢測要點

該鍋爐累積運行超10萬h，經(jīng)分析，聯(lián)箱支吊架松動、失載、變形造成整體產(chǎn)生位移，進(jìn)而在管座角焊縫位置產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時，在運行過程中存在設(shè)備振動以及因機(jī)組啟停產(chǎn)生疲勞載荷，加速裂紋擴(kuò)展，是管座角焊縫開裂的主要原因。在日常檢測過程不能只注重探傷檢測而忽視整個聯(lián)箱以及附屬部件或與其相連接部件的宏觀檢測，尤其應(yīng)注意對支吊架、膨脹指示器等檢測。

2.1.3 金屬監(jiān)督要點

加強(qiáng)對集箱膨脹系統(tǒng)及支吊架系統(tǒng)的日常檢查及維護(hù)，按照相關(guān)規(guī)程要求每年對鍋爐外檢工作一次，及時發(fā)現(xiàn)缺陷，防止支吊架失載或過載。同時，電廠應(yīng)結(jié)合大、小修加強(qiáng)聯(lián)箱管座角焊縫的無損檢測工作，尤其運行超過10萬h的鍋爐，應(yīng)加大磁粉檢測力度和超聲波測厚檢查，及時發(fā)現(xiàn)缺陷，避免由于檢測方法不當(dāng)或者檢測不到位造成設(shè)備損壞。

2.2 聯(lián)箱筒體內(nèi)壁裂紋

2.2.1 缺陷情況

某電廠3號鍋爐二級減溫器聯(lián)箱在A級檢修過程中，經(jīng)內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)其內(nèi)套筒破裂。對聯(lián)箱內(nèi)壁進(jìn)行超聲波檢測，發(fā)現(xiàn)聯(lián)箱下半周軸向900 mm范圍內(nèi)均有較強(qiáng)缺陷反射信號。從缺陷波形特征及反射強(qiáng)度分析，并結(jié)合減溫器運行狀況及工作經(jīng)驗，判斷其內(nèi)壁存在嚴(yán)重龜裂，且部分裂紋具有一定長度及深度，部件示意圖見圖7，解剖后缺陷照片見圖8。

聯(lián)箱規(guī)格φ325 mm×42 mm，材質(zhì)12Cr1MoV

圖8 二級減溫器聯(lián)箱內(nèi)壁裂紋

2.2.2 無損檢測要點

在對聯(lián)箱筒體內(nèi)壁進(jìn)行檢測時，采用超聲波檢測，超聲波檢測結(jié)果準(zhǔn)確與否(主要包括缺陷發(fā)射波定位、定量和定性)，主要取決于探傷靈敏度及判傷標(biāo)準(zhǔn)是否正確，以及探頭K值的選擇是否合適。由于聯(lián)箱內(nèi)壁裂紋的超聲波檢測目前暫無標(biāo)準(zhǔn)可依，該集箱的檢測參照河北省電力研究院科研成果“爐外管彎頭裂紋超聲波探傷工藝導(dǎo)則”進(jìn)行，主要采用對比試塊法和參考曲線法2種方式，結(jié)合缺陷動態(tài)波形進(jìn)行檢驗判斷，效果良好。

2.2.3 金屬監(jiān)督要點

對混合式減溫器聯(lián)箱的金屬監(jiān)督，應(yīng)嚴(yán)格按照《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》要求 “定期對內(nèi)套管、噴頭和內(nèi)壁進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，必要時對聯(lián)箱筒體進(jìn)行超聲波探傷”。尤其當(dāng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)套管破損時，必須對聯(lián)箱筒體內(nèi)壁進(jìn)行超聲波檢測，同時應(yīng)結(jié)合金相組織檢驗和超聲波測厚等其他檢測結(jié)果進(jìn)行判斷。

3 結(jié)束語

由于火電廠鍋爐聯(lián)箱容易出現(xiàn)裂紋等危害性缺陷，因此對安裝和運行階段的典型缺陷進(jìn)行分析總結(jié)，利用提出的方法對聯(lián)箱進(jìn)行監(jiān)督和檢驗，能夠很好的保證聯(lián)箱安全穩(wěn)定可靠運行，對從事金屬監(jiān)督和無損檢測人員來說具有較好的參考價值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡學(xué)知.滲透檢測[M].2版.北京：中國勞動社會保障出版社，2007.