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，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)需要有合理的無損檢測方法對(duì)閥體進(jìn)行全面檢查，超聲波對(duì)內(nèi)部裂紋非常敏感，利用超聲檢測技術(shù)可以有效的檢測出裂紋的深度、長度、高度等信息，磁粉檢測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，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)的檢測方法。

2 內(nèi)部裂紋的超聲檢測

2.1 鑄鋼件閥門超聲檢測依據(jù)

參照《鑄鋼件超聲檢測 第2部分：高承壓鑄鋼件》GB/T7233.2-2010標(biāo)準(zhǔn)和《承壓設(shè)備無損檢測 第3部分：超聲檢測》JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)，用橫波斜探頭作為主要檢測手段，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)壁來校核，實(shí)際工程中可以采用閥門端部的結(jié)構(gòu)反射來校核，將反射波調(diào)至滿屏80%，再增加12～20dB作為檢測靈敏度。

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 缺陷檢測及判斷

檢測前查閱閥門相關(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°掃查無缺陷回波。

2.5 裂紋測長及測高

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

測長：采用端點(diǎn)6dB法測長，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度。

測高：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(見圖2)，若L1＝L2則該裂紋垂直于檢測面，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 裂紋測高示意圖

3 鑄鋼件閥門磁粉檢測

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

3.1 檢測表面準(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)行全面無損檢測，采用以上檢測方法，超聲檢測發(fā)現(xiàn)閥門的背部位置有兩條裂紋，裂紋1：長度=25mm；上端點(diǎn)～下端點(diǎn)=32.5～53.4mm，缺陷波幅很高、波峰陡峭（見圖3)。用角磨機(jī)磨開后，滲透檢測時(shí)滲透速度非常快、顯像清晰（見圖4)，表明該裂紋開口較寬。

圖3 裂紋波形

圖4 磨開后裂紋滲透檢測顯像

裂紋2：長度=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）為磨開后裂紋滲透檢測顯像圖

圖5 事故檢測圖

磁粉發(fā)現(xiàn)閥門的肩部有長為35mm、80mm、65mm的三條裂紋，詳見圖6，從裂紋的形態(tài)來看呈條狀或樹枝狀，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，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 表面開口裂紋下端點(diǎn)波形

5 結(jié)束語

閥門鑄造過程中本身的鑄造缺陷在運(yùn)行過程中可能擴(kuò)展形成裂紋，采用超聲檢測可有效地查出埋藏在閥體內(nèi)部的裂紋，并可精準(zhǔn)地檢測出裂紋的測量其長度和自身高度；磁粉檢測可檢出表面和近表面裂紋，兩種檢測方法綜合實(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