干背式燃油鍋爐后管板裂紋的無(wú)損檢測(cè)

PAGE1PAGE5干背式燃油鍋爐后管板裂紋的超聲波探傷方法張承國(guó)佛山市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所廣東528000摘要關(guān)鍵詞裂紋超聲波探傷1前言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，佛山地區(qū)的燃油鍋爐迅猛增加，尤以2t/h至4t/h的臥式燃油鍋爐為多。該類鍋爐多屬于該類裂紋出現(xiàn)在管板的近縫區(qū)，在角焊縫的表面不但肉眼不能發(fā)現(xiàn)，即使作表面探傷，大多數(shù)也不能發(fā)現(xiàn)。但將支承塊割下，磨去焊縫，大的裂紋，肉眼可以見到，小的裂紋通過(guò)磁粉探傷可以發(fā)現(xiàn)。但是，檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，并非每臺(tái)煙室損壞的鍋爐后管板均出現(xiàn)裂紋，而且一臺(tái)鍋爐的后管板也不是每個(gè)支承塊的連接部位均出現(xiàn)裂紋。因此，都采用割去支承塊進(jìn)行磁粉探傷，會(huì)大大增加工作量。理想的處理方法是：當(dāng)檢查發(fā)現(xiàn)該類鍋爐后煙室隔火板出現(xiàn)漏風(fēng)煙氣短路時(shí)，采用超聲橫波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)裂紋時(shí)，再將支承塊割下，進(jìn)行邊磁粉探傷，邊打磨消除或補(bǔ)焊修復(fù)處理。這樣可收到既省工省時(shí)，又降低檢驗(yàn)維修費(fèi)用的效果。裂紋形成的原因鍋爐后管板的材料是20g，壁厚16mm，支承塊的材料是1Cr18Ni9Ti，規(guī)格150×30×6，采用奧302焊條雙面角焊連接。后管板的結(jié)構(gòu)如圖1。由于是異種鋼（珠光體鋼與奧氏體鋼）焊接，在制造時(shí)會(huì)存在以下主要問(wèn)題：①熔合區(qū)存在一個(gè)脆性交界層；②熔合區(qū)的碳擴(kuò)散；③熔合區(qū)的熱應(yīng)力。由于奧氏體鋼的熱膨脹系數(shù)比珠光體鋼大30~50%，在焊后冷卻或運(yùn)行時(shí)加熱和冷卻過(guò)程中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。在運(yùn)行時(shí)，后煙室隔火板與后管板密封不好，煙氣短路，約1000℃的高溫?zé)煔鉀_刷支承塊，造成管板與支承塊之間的溫差很大，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。由于鍋爐煙室的損壞情況不同，鍋爐開啟的頻繁程度不同，不同的鍋爐，不同位置的支承塊產(chǎn)生的熱應(yīng)力存在差異，所以后管板與支承塊的連接部位出現(xiàn)前述的情況。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)的裂紋，深度多為1～4mm，基本與管板表面垂直；長(zhǎng)度多為4～8mm，與焊縫約呈45°，其分布如圖2所示。探傷方法3.1儀器與探頭的選擇針對(duì)被檢測(cè)工件缺陷的特點(diǎn)，即存在的裂紋能構(gòu)成類似端角反射的幾何條件，且只能用二次波探測(cè)。我們做了不同K值探頭時(shí)，不同深度的表面裂紋狀人工缺陷的反射實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)1：實(shí)驗(yàn)布置如圖3。實(shí)驗(yàn)條件。①儀器：CTS-22型；“抑制”關(guān)；“增益”最大；基準(zhǔn)波高80％；深度1∶1調(diào)整。②試塊：CSK-ⅠA、CSK-ⅢA。③探頭：頻率2.5MHz，晶片尺寸8×12，K值分別：1.0，1.5，2.0。④耦合劑：機(jī)油。⑤試件：材料20g，規(guī)格300×30×16兩件，分別在一個(gè)面上加工有深1、2mm和3、4mm，寛均是0.5mm的平底槽，如圖3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所示。表1為不同K值，不同裂紋深度超聲波的反射當(dāng)量（以φ1×6孔為基準(zhǔn)）表1裂紋深度反射當(dāng)量（dB）（mm）K值12341.0＋15＋17＋19＋231.5＋8＋14＋18＋222.0＋3＋9＋13＋16注：表中裂紋深度為人工裂紋狀缺陷深度，下同。結(jié)果分析①由表1可見，K1、K1.5的探頭對(duì)端角反射較K2探頭強(qiáng)，裂紋深度＜2mm時(shí)，K1探頭靈敏度較其它K值探頭高得多。②由表2可見，只有K1探頭的最高反射在端角上，即深度在32mm處，其反射對(duì)應(yīng)深度位置K1表2為不同K值，不同裂紋深度，最大反射波的讀出深度位置表2裂紋深度讀出深度（mm）（mm）K值12341.0323232321.529292929.52.0323334353.2靈敏度的調(diào)整由表1可見，用K1探頭探測(cè)1mm深的人工裂紋，其反射當(dāng)量比φ1×6孔大15dB，因此探傷時(shí)按照J(rèn)B41152－81標(biāo)準(zhǔn)，靈敏度不低于測(cè)長(zhǎng)線，再加上表面耦合補(bǔ)償6dB作為實(shí)際探傷靈敏度即可。3.3缺陷定量由于鍋爐的管板是不允許存在任何裂紋的，探傷的目的就是檢測(cè)有否裂紋，一經(jīng)判定是裂紋，就須割下支承塊作邊磁探，邊打磨消除處理，故不需按JB1152－81標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行缺陷定量判廢。裂紋與其它反射訊號(hào)的判別及裂紋深度的估算4.1裂紋與其它反射訊號(hào)的判別現(xiàn)場(chǎng)探傷時(shí)，可根據(jù)后管板裂紋長(zhǎng)度的方向一般與角焊縫約呈45°分布的特點(diǎn)，將探頭作與焊縫夾角約45°和135°的前后、左右、擺動(dòng)掃查，當(dāng)后管板存在裂紋時(shí)，使用K1探頭，深度1∶1調(diào)整，在熒光屏?xí)r間軸32mm位置可找到裂紋最高的反射波，換算成水平距離，剛好在角焊縫位置。與此同時(shí)，在35～36mm處一般會(huì)出現(xiàn)一個(gè)更強(qiáng)的反射訊號(hào)，當(dāng)用手沾機(jī)油拍打距探頭遠(yuǎn)處的角焊縫表面時(shí)，后者波峰跳動(dòng)。波峰跳動(dòng)的發(fā)射訊號(hào)是角焊縫表面反射波，這是不難區(qū)分的。因此，探測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)前者的反射訊號(hào)，可判為該處有裂紋存在。裂紋深度的估算當(dāng)后管板發(fā)現(xiàn)存在裂紋時(shí)，若能估算出裂紋的深度（裂紋是表面開口裂紋，其深度即自身高度，下同），以后的修理工作就能心中有數(shù)，同時(shí)也為用戶的生產(chǎn)安排提供方便。為此，我們做了不同K值探頭時(shí)，不同深度的表面裂紋人工缺陷的深度測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)2：實(shí)驗(yàn)布置與實(shí)驗(yàn)1同，如圖3所示。實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)1同。實(shí)驗(yàn)方法：用不同K值探頭在熒光屏?xí)r間軸上找出各裂紋的最大反射深度位置，即表2數(shù)據(jù)，然后將探頭慢慢平穩(wěn)向前移動(dòng)，觀察熒光屏，發(fā)射波有否由高慢慢降低，然后逐漸回升的現(xiàn)象，若反射波回升到最高時(shí)，記下時(shí)間軸上的位置。該反射波暫稱為開口裂紋的端點(diǎn)反射波。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。表3為不同K值，不同裂紋深度的最大反射波和裂紋端點(diǎn)最大反射波的讀出深度位置表3裂紋深度（mm）1234K值1.0最大反射波讀出深度（mm）32323232端點(diǎn)反射波無(wú)法分辨無(wú)法分辨無(wú)法分辨無(wú)法分辨1.5最大反射波29292929.5端點(diǎn)反射波無(wú)法分辨無(wú)法分辨無(wú)法分辨無(wú)法分辨2.0最大反射波32333435端點(diǎn)反射波30.5313131結(jié)果分析由表3可見，表面開口裂紋深度在2～4mm時(shí)，使用K2探頭測(cè)試，把測(cè)試出的最大反射波讀出深度減去對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)反射波讀出深度，其差值剛好等于裂紋的深度。上述實(shí)驗(yàn)和分析可得，探傷時(shí)先用K1探頭以每一個(gè)支承塊為一單元進(jìn)行探測(cè)，記下每一單元中裂紋反射訊號(hào)最強(qiáng)點(diǎn)的位置，然后改換K2探頭進(jìn)行裂紋深度測(cè)量。這樣便能較準(zhǔn)確估算出管板各單元裂紋的最大深度情況。對(duì)鍋爐后管板裂紋的處理辦法：將裂紋打磨經(jīng)磁粉探傷確認(rèn)合格后，減薄量＜2mm的作打磨圓滑過(guò)渡處理；≥2mm的作堆焊，然后磨平重新作磁粉探傷處理。因此，超聲波探測(cè)時(shí)，只要判斷出裂紋深度少于或大于等于2mm，便能制定出返修的方案及其工藝。用戶也可根據(jù)返修所需工時(shí)妥善安排生產(chǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)探傷舉例5.1檢測(cè)條件被檢測(cè)鍋爐型號(hào)：WNS2-1.0-Y干背式燃油鍋爐，探測(cè)面經(jīng)打磨光滑，超聲波測(cè)厚15.9mm。儀器：CTS-22型，“抑制”關(guān)；“增益”最大；基準(zhǔn)波高80％；深度1∶1調(diào)整。試塊：CSK-ⅠA、CSK-ⅢA。探頭：2.5P8×12K2。耦合劑：機(jī)油。探傷結(jié)果與實(shí)際情況如表4所示。表4各支承塊對(duì)應(yīng)的后管板裂紋探測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況表4單位：mm支承塊序號(hào)123456探測(cè)深度未發(fā)現(xiàn)＜234＜2未發(fā)現(xiàn)實(shí)際深度未發(fā)現(xiàn)1.83.44.31.2未發(fā)現(xiàn)說(shuō)明：①支承塊序號(hào)如圖1所示；②探測(cè)深度是由K2探頭對(duì)應(yīng)每一個(gè)支承塊裂紋反射訊號(hào)最強(qiáng)位置所測(cè)定的裂紋深度；③實(shí)際深度是將裂紋打磨消除經(jīng)磁粉探傷合格后測(cè)量得出的減薄量；④支承塊序號(hào)1和6的“實(shí)際深度”欄未發(fā)現(xiàn)裂紋，是割下支承塊經(jīng)磁粉探傷確認(rèn)合格。結(jié)論我們用上述的超聲波探傷方法，對(duì)十多臺(tái)后煙室出現(xiàn)煙氣短路現(xiàn)象的干背式燃油鍋爐后管板進(jìn)行了探測(cè)，其探測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況基本相同，尤其對(duì)超探未發(fā)現(xiàn)裂紋的部位進(jìn)行了多次解剖，用磁粉探傷方法復(fù)檢，同樣未發(fā)現(xiàn)裂紋。因此，采用超聲波探測(cè)該