蔡紅磊

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

1 無損檢驗技術(shù)概述

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

2 用于鍋爐壓力容器檢驗中無損檢驗技術(shù)

2.1 超聲波檢驗法

應(yīng)用超聲波檢驗法開展鍋爐壓力容器無傷檢驗，其原理為運用超聲波在介質(zhì)傳播過程中所發(fā)生的遇到界面產(chǎn)生反射性質(zhì)來實現(xiàn)缺陷檢驗，該方法具有靈敏度高、穿透力強、檢驗效率高特點，且超聲波探傷檢驗儀設(shè)備具有重量輕、對人體無害、體積小的特點，可快速檢驗壓力容器、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)域安全評定工作中。通常全新安裝壓力容器、管道或是鍋爐會采用X射線進行抽查檢驗，然而針對已運行或使用的壓力容器、管線的探傷檢驗，X射線在部分情況下會受地下作業(yè)、高空作業(yè)的限制。因此，超聲波更加適用于已經(jīng)使用過的壓力容器、管線的檢驗[2]。

2.2 滲透檢驗法

滲透檢驗是以毛細(xì)作用為基礎(chǔ)原理，專門用于檢查表面開口缺陷的無損檢驗技術(shù)。此方法是將特制滲透液涂抹在壓力容器、管線的檢驗表面，使特制液體滲入壓力容器、管線上肉眼無法看出的裂縫、缺口、凹坑缺陷之中，隨后通過顯示劑將滲入容器、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]。滲透檢驗法的優(yōu)點在于經(jīng)濟性較好、操作便捷、設(shè)備簡單、檢驗結(jié)果相對直觀；缺點在于針對埋藏于表層以下的缺陷無法實現(xiàn)有效檢驗，僅適用于暴露在壓力工件表面缺陷的無損檢驗[4]。

2.3 磁粉檢驗法

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，被磁化后，磁力線出現(xiàn)局部畸變進而產(chǎn)生漏磁場。利用磁粉檢驗法，即在工件表面涂抹磁粉，基于合適的光照條件下磁粉會被漏磁場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]。磁粉檢驗法的優(yōu)點在于可檢驗出磁體材料表面、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，不會受工件的形狀與大小限制，且可重復(fù)進行缺陷驗證；缺點在于無法檢驗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 鍋爐壓力容器檢驗中無損檢驗技術(shù)應(yīng)用的案例分析

3.1 鍋爐管線焊縫檢驗

選擇一長度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。為確保管線檢驗滿足規(guī)程要求，制作人工缺陷試件作為焊縫質(zhì)量檢驗依據(jù)：

（1）制作試件。對接直徑377 mm，壁厚10 mm、長度250 mm 管道，焊接階段人為發(fā)生未焊透、氣孔、夾渣缺陷，測試管線缺陷情況詳見表1。

表1 測試管線缺陷（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《壓力容器無損檢測》[7]超聲波檢驗進行K2 探頭入射點測試，以1∶1 比例進行水平掃描距離調(diào)整，制作距離為波幅曲線，設(shè)置檢驗靈敏度，于示波屏劃出后設(shè)置4 dB 表面粗糙補償度以及曲面補償分貝值[8]。

（3）打磨探測面。新出廠鋼材基本無腐蝕現(xiàn)象，無須打磨操作，而長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，故檢驗階段應(yīng)保證表面粗糙度Ra=6.3 μm。

（4）開展檢驗。探傷檢驗前，首先應(yīng)對人工試驗管線開展焊縫檢驗，隨后開展15.3 km 鍋爐壓力管道檢驗，通過對長除角焊縫之外的供給2 642 個對接接頭檢驗后，發(fā)現(xiàn)該管線合格率僅為31%，存在1 830 個對接接頭根部未焊透，最嚴(yán)重未焊透部位為150 mm。發(fā)現(xiàn)缺陷后，開展實物解剖檢驗，發(fā)現(xiàn)確實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)缺陷的接頭必然會嚴(yán)重影響鍋爐壓力管線的正常運行。

本次檢驗利用超聲檢驗法，有對長度為15.3 km在用鍋爐壓力管道實現(xiàn)無損檢驗，有效發(fā)現(xiàn)1 830個對接接頭根部未焊透現(xiàn)象，充分論證超聲波檢測法十分適用于鍋爐壓力管線檢驗工作，可在日常鍋爐壓力管線檢修、維護中廣泛推廣應(yīng)用[9]。

3.2 在用/生產(chǎn)中的鍋爐換熱器檢驗

3.2.1 在用鍋爐換熱器檢驗

對一鍋爐機組在用碳鋼材質(zhì)管殼式換熱器進行無損檢驗，該批設(shè)規(guī)格為筒體16 MnR，管板16 MnⅢ，管10#，設(shè)計溫度-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，肉眼觀測發(fā)現(xiàn)上管板、下管板部位存在較多腐蝕坑，為檢驗詳細(xì)泄漏部位，首先簡單使用肥皂泡檢驗法、氨檢漏法開展檢驗，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)裂紋，隨后依次運用無損檢驗下滲透檢驗技術(shù)、磁粉檢驗技術(shù)開展缺陷檢驗工作。

滲透檢驗階段，將特制液體均勻涂抹于經(jīng)過氨檢漏與肥皂泡檢驗法發(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。完成滲透檢驗后開展磁粉檢驗，將磁粉均勻涂抹于基于氨檢漏與肥皂泡檢驗法發(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、管端部內(nèi)表面進行延伸[10]。

這次針對在用鍋爐換熱器的無損檢驗，首先基于設(shè)備的實際運行狀況，即故障表現(xiàn)及初步檢驗方法獲取了缺陷的性質(zhì)與部位，隨后運用滲透檢驗、磁粉檢驗法依次開展工作，檢驗結(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。檢驗結(jié)果表明，磁粉檢驗相比滲透檢驗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

某鍋爐設(shè)備生產(chǎn)廠家生產(chǎn)階段發(fā)現(xiàn)一臺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，隨即決定對該換熱器所有焊縫利用超聲波檢驗法開展無損檢驗工作，便于及時發(fā)現(xiàn)未完全燒穿的孔。

檢驗階段，設(shè)備采用超高頻、微晶片超聲相控陣技術(shù)，并以機械傳動技術(shù)作為輔助，利用周向步進電機開展周向掃查，于掃查階段同時進行記錄與顯示。掃查過程中，依據(jù)規(guī)劃路徑開展空間掃描，超聲相控陣檢測儀利用編碼器獲取位探頭獲取的超聲信號，并利用計算機處理形成3D 實時圖像，結(jié)合設(shè)備所帶的軟件精確測定缺陷的長度、面積、波幅值。超聲相控陣檢驗技術(shù)原理圖詳見圖1。

圖1 超聲相控陣檢驗技術(shù)原理

超聲波檢驗階段，運用超聲相控陣開展該管子-管板焊縫檢驗，檢驗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，超聲相控陣檢驗示意圖詳見圖2。

圖2 超聲相控陣檢驗

檢驗階段，探頭置于管線中心軸線，超聲波基于水進入鋼中，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間傳輸至給定點，于給定點形成聚焦聲場，布置設(shè)備階段晶片沿著管子進行軸向排列，開始檢驗后使用電子線進行掃查，一直到整個探頭對管子的掃描完畢。

該實驗利用超聲相控陣對制造中的鍋爐換熱器進行無損檢驗，快速、準(zhǔn)確地檢測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 超聲相控陣對管子-管板焊縫檢驗結(jié)果

由圖3 可知，超聲檢測技術(shù)可快速、準(zhǔn)確地檢驗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、維護的有效手段[11]。

4 結(jié)語

本文對鍋爐壓力容器無損檢測技術(shù)應(yīng)用進行深入探究，詳細(xì)介紹無損檢測技術(shù)中的超聲波檢驗、滲透檢驗、磁粉檢驗，同時基于案例分析，論證無損檢驗技術(shù)在鍋爐壓力容器檢驗中的應(yīng)用方法與效果。在實際生產(chǎn)當(dāng)中，鍋爐機組管理人員應(yīng)加強對鍋爐壓力容器設(shè)備的監(jiān)督工作，在及時發(fā)現(xiàn)缺陷的基礎(chǔ)上參考本文提出的無損檢測技術(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)定的運行狀態(tài)，為企業(yè)帶來穩(wěn)定的經(jīng)濟效益。