胡剛
(大連鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院,遼寧 大連 1 1 6 0 1 3)
金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)在電站鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)中的應(yīng)用
胡剛
(大連鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院,遼寧 大連 1 1 6 0 1 3)
金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)是利用金屬磁記憶效應(yīng)來(lái)檢測(cè)部件應(yīng)力集中部位的一種快速無(wú)損檢測(cè)方法。本文簡(jiǎn)要介紹了磁記憶檢測(cè)技術(shù)的基本原理和檢測(cè)儀器,通過(guò)在電站鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)中應(yīng)用磁記憶檢測(cè)的實(shí)例,討論了將磁記憶檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于電站鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)的可行性及局限性。
金屬磁記憶;電站鍋爐;內(nèi)部檢驗(yàn)
電站鍋爐的部件多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此,在電站鍋爐的內(nèi)部檢驗(yàn)中,無(wú)損檢測(cè)的工作量很大。使用超聲波、磁粉、滲透等常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法,不但檢測(cè)速度慢,檢測(cè)部位還必須進(jìn)行清理打磨,拖長(zhǎng)了檢驗(yàn)周期。同時(shí),常規(guī)無(wú)損檢測(cè)抽查樣本的選擇具有隨意性,不但容易出現(xiàn)漏檢情況,還會(huì)造成人力和物力的浪費(fèi)。
磁記憶檢測(cè)技術(shù)是利用金屬磁記憶效應(yīng)來(lái)檢測(cè)部件應(yīng)力集中部位的一種無(wú)損檢測(cè)方法。利用磁記憶檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè),無(wú)需對(duì)被檢測(cè)部位進(jìn)行清理打磨,檢測(cè)速度快。筆者在電站鍋爐的內(nèi)部檢驗(yàn)中,首先應(yīng)用磁記憶檢測(cè)技術(shù)對(duì)未經(jīng)打磨的部件進(jìn)行檢測(cè),找出存在應(yīng)力集中的焊縫和表面,再將其做為常規(guī)無(wú)損檢測(cè)的檢驗(yàn)重點(diǎn)。此方法不但加快了檢驗(yàn)速度,而且提高了缺陷的檢出率,效果良好。
在載荷的作用下,材料內(nèi)部的不連續(xù)部位(如形狀、結(jié)構(gòu)或缺陷)會(huì)造成應(yīng)力的不均勻分布,出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明,在地磁作用的條件下,鐵磁性金屬材料的應(yīng)力集中部位導(dǎo)磁率最小,而在表面形成最大的漏磁場(chǎng)。
圖1 鐵磁性金屬材料應(yīng)力集中部位表面漏磁場(chǎng)分布圖
通過(guò)計(jì)算可得應(yīng)力集中部位表面漏磁場(chǎng)的分布如圖1所示,由圖1看出,在鐵磁性金屬構(gòu)件應(yīng)力集中部位的表面上形成的漏磁場(chǎng)的水平分量Hx具有最大值,而垂直分量Hy則穿越零線(xiàn),改變符號(hào)。
金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)正是利用了這一特性,通過(guò)測(cè)定鐵磁性金屬構(gòu)件表面漏磁場(chǎng)Hy分量的變化及其過(guò)零點(diǎn)的位置,判斷構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力集中部位。
基于金屬磁記憶原理,俄羅斯動(dòng)力診斷公司開(kāi)發(fā)了T S C系列應(yīng)力集中磁指示儀及其配套數(shù)據(jù)處理軟件MM-C Y S T E M(圖2、3)。該系列產(chǎn)品配有專(zhuān)用多通道鐵磁探測(cè)式傳感器,能夠根據(jù)測(cè)得的磁場(chǎng)法向分量Hy強(qiáng)度值和變化特性,對(duì)設(shè)備的應(yīng)力變形狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)并測(cè)定應(yīng)力集中區(qū)。由于T S C系列磁記憶檢測(cè)儀功能齊全、靈敏度較高、適用性強(qiáng),目前已經(jīng)在多個(gè)國(guó)家得到推廣和應(yīng)用。
圖2 T S C-1 M-4型磁記憶檢測(cè)儀
圖3 T S C-2 M-8型磁記憶檢測(cè)儀
目前,國(guó)內(nèi)的愛(ài)德森(廈門(mén))電子有限公司也已經(jīng)研制出了同類(lèi)產(chǎn)品E MS系列磁記憶檢測(cè)儀及其配套數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)M3 D P S(圖4、5)。
圖4 E MS-2 0 0 0+型磁記憶檢測(cè)儀
圖5 E MS-2 0 0 3+型磁記憶檢測(cè)儀
在大連某公司自備電廠(chǎng)的D G-1 2 0/3 9-2型電站鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)中,筆者在常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行之前,首先應(yīng)用了T S C-1 M-4型磁記憶檢測(cè)儀對(duì)面式減溫器法蘭環(huán)焊縫、給水管道對(duì)接焊縫、上升管對(duì)接焊縫等部位進(jìn)行了檢測(cè)。部分檢測(cè)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)如圖6、7所示。
圖6 給水管道旁路對(duì)接焊縫磁記憶檢測(cè)曲線(xiàn)
從圖6所示的給水管道旁路對(duì)接焊縫(φ7 6×6 mm)檢測(cè)曲線(xiàn)中可以看出,該條焊縫的磁記憶法向分量檢測(cè)信號(hào)平緩,無(wú)明顯的突變和穿越零線(xiàn)的現(xiàn)象,因而可以判斷該條焊縫的狀況良好,不存在應(yīng)力集中。據(jù)此,檢驗(yàn)人員放棄了原定對(duì)該焊縫進(jìn)行的其它檢測(cè)項(xiàng)目。
從圖7所示的減溫器法蘭環(huán)焊縫(φ2 7 3×2 8 mm)檢測(cè)曲線(xiàn)中可以看出,在L=4 8 0~6 0 0 mm之間的磁記憶法向分量檢測(cè)信號(hào)穿越零線(xiàn)4次,突變比較明顯,據(jù)此可以判斷,該部位的焊縫內(nèi)部存在較嚴(yán)重的應(yīng)力集中。
檢測(cè)人員用超聲波探傷儀對(duì)該區(qū)域焊縫進(jìn)行了復(fù)檢,最后確認(rèn)在深度約為2 2~2 8 mm之間存在長(zhǎng)約1 0 0 mm的裂紋。
筆者通過(guò)后續(xù)對(duì)焊縫返修過(guò)程的跟蹤,進(jìn)一步驗(yàn)證了檢測(cè)結(jié)果的正確性。同時(shí),經(jīng)分析認(rèn)為此裂紋的產(chǎn)生原因是由于焊縫附近的蛇形管芯彎頭處有泄漏現(xiàn)象,較冷的減溫冷卻水滴落到溫度較高的減溫器筒壁的焊縫上,導(dǎo)致了焊縫承受很大冷熱溫度的變化而引起熱疲勞,加之焊縫焊接殘余應(yīng)力和法蘭螺栓緊固殘余應(yīng)力的聯(lián)合作用,最終導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。
圖7 減溫器法蘭環(huán)焊縫磁記憶檢測(cè)曲線(xiàn)
金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于電站鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)中,具有無(wú)需對(duì)檢測(cè)對(duì)象表面進(jìn)行打磨等預(yù)處理,檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),它能準(zhǔn)確確定檢測(cè)部件上的應(yīng)力集中區(qū)域,為其他無(wú)損檢測(cè)方法確定檢驗(yàn)重點(diǎn),提高了缺陷的檢出率。
對(duì)存在應(yīng)力集中但暫時(shí)未產(chǎn)生缺陷的部位,可進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控并作為下次檢驗(yàn)的重點(diǎn),以達(dá)到對(duì)缺陷產(chǎn)生部位的預(yù)判和防控的目的,防止突發(fā)性事故的產(chǎn)生。
金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)在擁有眾多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),也不可避免的存在著一定的局限性,即它必須依賴(lài)于其他無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)應(yīng)力集中部位是否存在缺陷以及缺陷的性質(zhì)進(jìn)行確認(rèn),這無(wú)疑限制了該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
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