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(天津市思維奇檢測技術有限公司，天津 300350)

某100 kW超超臨界電廠規(guī)格(直徑×壁厚)為φ54 mm×4 mm,材料為10Cr18Ni9NbCu3BN的再熱器管子頻繁發(fā)生爆管，對該管子進行割管取樣并進行失效分析及相控陣檢測。

1 材料分析

利用斯派克電火花式直讀光譜儀對管子進行材料分析，得到如表1所示的結果(取5次平均值)，結果顯示母材為10Cr18Ni9NbCu3BN，焊材為YT-304H，YT-304H為日本住友焊絲，用于焊接超(超)臨界鍋爐機組的奧氏體不銹鋼。正常Ni含量(質量分數)為16.02%，但是該焊縫Ni含量為14.56%，比正常值偏低，這可能是由于母材Ni含量較低，焊接的過程中發(fā)生了稀釋作用而造成的。

2 顯微組織分析

對未開裂和已經開裂的管子進行顯微組織分析，圖1為未開裂和已開裂焊接接頭的顯微組織分析結果。

表1 實際檢測母材及焊縫成分(質量分數)和標準規(guī)定成分的對比 %

圖1 未開裂和已開裂焊接接頭的顯微組織分析

根據金屬平均晶粒度測定方法[1]，熱影響區(qū)附近母材晶粒度約為3級，母材處晶粒度為9級，完全符合高壓鍋爐用無縫鋼管10Cr18Ni9NbCu3BN的晶粒度要求(7～10級)[2]。根據高壓鍋爐無縫鋼管的晶粒度要求，焊縫的等軸晶處及柱狀晶處組織未見異常，熱影響區(qū)處母材存在晶間腐蝕。

3 無損檢測過程與檢測結果

針對該電廠再熱器小徑管頻繁發(fā)生爆管的現象，對該小徑管割管取樣進行分析，通過金相分析發(fā)現焊縫金相組織為奧氏體+魚骨狀鐵素體，母材為奧氏體，晶粒度約為3級，熱影響區(qū)處存在晶間腐蝕。其部分管子存在宏觀裂紋，這是由于奧氏體不銹鋼小徑管晶間腐蝕發(fā)生以后，會逐漸在運行的過程中不斷延伸，最后發(fā)展成為宏觀裂紋，而宏觀裂紋在運行過程或者啟停過程中極易導致爆管事故的發(fā)生。

通過金相分析，晶間腐蝕長度級別為10～400 μm。對于頻率為7.5 MHz的超聲波橫波，其在鋼中的傳播速度按3 230 m·s-1計算，得到其波長為430 μm。按照超聲波檢測最小分辨尺寸為半個波長的理論，理論上可以發(fā)現部分晶間腐蝕，但是用超聲波方法來檢測晶間腐蝕并不可行，這是由于以下幾方面原因：① 超聲波在尺寸相差不大的晶間腐蝕處衍射作用強，反射強度降低；② 晶間腐蝕方向的不確定性使得反射波束不能保證被探頭接收；③ 由于晶間腐蝕處兩晶粒晶界仍然是緊密結合的，超聲波到達晶間腐蝕時會存在超聲波透射作用，超聲波反射能量降低。

但是如果晶間腐蝕已經發(fā)展成為宏觀裂紋，且宏觀裂紋出現于內表面處且延伸方向垂直于內表面，對其進行超聲檢測時，根據端角反射規(guī)律[3]，如圖2所示，在45°(K1)左右的波束探頭對端角反射會有很強的敏感性，理論上可以檢測出宏觀裂紋。

圖2 超聲端角反射理論示意

根據現行的相控陣超聲檢測標準[4]規(guī)定的相控陣可以檢測的小徑管最小壁厚為6 mm，對于小于6 mm的工件，沒有規(guī)定對比試塊，于是筆者制作了符合現場檢測需要，針對熱影響區(qū)晶間腐蝕開裂的對比試塊，并采取刻槽方式模擬裂紋。試塊以現場割管做成，其規(guī)格(外徑×壁厚)為φ54 mm×4 mm，材料為10Cr18Ni9NbCu3BN,在管子內部焊縫上下熔合線處刻槽，管子外部熔合線處刻槽，槽的尺寸(長×深×寬)為8 mm×0.8 mm×0.3 mm,如圖3所示(圖中F1,F2,F3為刻槽)。

圖3 對比試塊刻槽位置與試塊實物圖片

相控陣設備型號為DOPPLER32/128，探頭型號為7.5S16-0.5x10-D10，楔塊型號為SD10-N60S-AOD55，選擇機油作耦合劑，對焊縫采用上下兩次檢測的方式進行檢測，發(fā)現只有探頭放在本側時能檢測到本側缺陷，各刻槽(F1,F2,F3)的缺陷顯示如圖4所示。

圖4 F1，F2，F3刻槽的相控陣顯示

在現場檢測時，用 F2的一次波和三次波、F3的二次波做靈敏度曲線，對現場取樣的56根管子進行相控陣檢測，共發(fā)現宏觀裂紋6條，然后使用滲透方法進行復檢。相控陣顯示和滲透結果如圖5所示，可見相控陣檢測結果與滲透檢測結果是相符的。

圖5 現場相控陣檢測顯示及滲透檢測結果

4 結論

由顯微組織分析可得出再熱器小徑管存在晶間腐蝕，通過相控陣檢測可以發(fā)現管子的初期宏觀裂紋，但是不能發(fā)現晶間腐蝕。對于發(fā)現宏觀裂紋的管子，可以提前采取更換管子的措施，以防止運行過程中爆管的發(fā)生；對于小徑管的晶間腐蝕，可以通過調整焊縫的化學成份，控制焊縫的加工工藝來改善[5-6]。

參考文獻:

[1] GB/T 6394-2002 金屬平均晶粒度測定方法[S].

[2] GB 5310-2008 高壓鍋爐用無縫鋼管[S].

[3] 鄭暉，林樹青.超聲檢測 [M].北京:中國勞動社會保障出版社，2008.

[4] GB/T 32563-2016 無損檢測超聲檢測相控陣超聲檢測方法[S].

[5] 林曉云. 18-8奧氏體不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕的評定及控制[J]. 理化檢驗-物理分冊, 2007, 43(5): 236-238.

[6] 宋鐸. 防止1Cr18Ni9Ti無縫鋼管晶間腐蝕的方法研究[J]. 理化檢驗-物理分冊, 2007, 43(6): 296-298.