螺栓失效的检测与分析

螺栓失效的检测与分析

1螺栓面的拉应力引起的泄漏在发电厂，螺母是重要的紧凑零件，如锅炉、蒸汽机、蒸汽管道或其他承受管道的其他固定部件。螺钉的工作时，由于螺钉的拧紧，它被拉得很深，因此螺钉起到了法国结合面的压力，使连接的两个结合面紧密相连，避免泄漏。然而，在日常使用中经常会出现故障，这给能源生产带来了隐患，并造成了严重的机械碎败事故。要消除所用螺栓中的隐患,提高螺栓的质量,首先必须弄清螺栓失效原因,采取措施对螺栓的制造安装及使用过程进行质量检验。2螺栓使用过程中产生的引起1)螺栓所用材质不良,造成钢材的持久塑性降低,缺口敏感性高,运行过程中,易产生脆性组织使之发生脆性断裂,另外钢材的冶金质量不好,非金属夹渣物过多,螺纹疏松等宏观缺陷都会促使螺栓脆断。2)螺栓的加工工艺不当也会引起持久塑性降低和缺口敏感性增加。3)螺栓结构设计不合理,加工质量不好,螺纹根部圆角半径太小,造成严重局部应力集中,使螺栓过早地损坏。4)在安装检修时,紧固或松解螺栓如初紧力过大或人为的扳手捶撞,及其热紧时加热方法不当螺栓偏斜等使螺栓受到拉剪弯扭应力而产生了微裂纹。5)在使用过程中的螺栓处于高频振动状态,且机组频繁启停,使螺栓受到热疲劳应力而产生疲劳裂纹。了解了螺栓失效的原因,弄清了情况,方可知螺栓失效产生的断裂基本上是微裂。要消除其隐患,必须对其加工品及使用品的螺栓进行探伤检验,而在探伤方法中,唯有超声波探伤最佳。但是,在超声波探伤中,目前对螺栓的检验技术要求及结果评定还没有具体的专业技术标准。为此笔者收集了大量的技术资料,根据JB4730-94《压力容器无损检测》标准,结合多次大修对螺栓检验中的经验,制定了相应的判定标准。3试验方法和评估标准3.1超声探伤用接头性能仪器:A型脉冲反射式超声波探伤仪,符合JB/T10061-1999《A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件》要求。探头:按JB/T10062-1999超声探伤用探头性能测试方法》中的规定进行测试,不应有明显双峰;频率2.5～5MHz的直探头,晶片直径=12～14mm。耦合剂:20#～50#机油。3.2场所存放的位置检验员应清楚地了解被检螺栓在现场或其它场所存放的位置数量规格材质等。螺栓应清理干净,端部露出金属光泽。表面粗糙度应优于6.3μm,而且要编号便于记录。3.3螺栓的调节时基扫描线的调节应按螺栓长度比例进行,螺栓的检验灵敏度应在螺栓上进行调节,即是选取无缺陷的螺栓,将选用的直探头放在螺栓平顶边缘部位。调节衰减器,使螺栓螺纹波幅在荧光屏上清晰地出现,最大螺纹波幅不超过40%屏高,以此作为检验灵敏度。3.4影响螺栓检验的伪缺陷波3.4.1在检验扫查过程中,发现螺栓底波明显降低或消失,螺纹处异常波幅大于荧光屏满刻度80%以及其它部位缺陷波幅大于80%屏高的螺栓应判废。3.4.2在检验扫查过程中,螺栓底波无明显降低,螺纹处异常波幅虽大于40%屏高但小于80%屏高以及其它部位出现波幅小于80%屏高的缺陷反射讯号,应查明原因,凡属裂纹性质的缺陷反射波幅,均作判废处理,非裂纹性质可作为合格。3.4.3在检验扫查过程中,螺栓底波无明显降低,螺纹处无异常波幅大于40%屏高,其它部位无明显缺陷反射波幅的螺栓,均为合格。但是实际检验时,由于受到探伤的限制和侧边边界条件的影响,重要部位裂纹的检出灵敏度较低,尤其是检验带中心孔的长螺栓时,由于扩散声束在中心孔和丝扣上多次反射而产生许多变形波与入射波互相叠加干涉的结果,改变了声场的指向性和对称性,使反射回波十分杂乱,不仅给判定缺陷带来了困难,而且降低了检出灵敏度,所以要得到真实正确的检验结果,应该在超声波反射回波上分清真伪缺陷波,经过多年的检验对比分析,总结出影响螺栓检验灵敏度的伪缺陷波有1)迟波:当纵波直探头置于螺栓端部时,扩散纵波波束在侧壁产生波型转换,转换成横波,此横波在另一侧面又转换为纵波,最后经底面反射回到探头,从而在示波屏上出现一个回波,由于转换的横波声程长、波速小,传播时间较直接从底面反射的纵波长,因此转换后的波总是出现在第一次底波B1之后,故称迟波为H1、H2(见图1)。2)变形波:即纵波直探头置于螺栓端部时,其扩散波束在侧壁产生波型变换,且相互叠加,在螺纹丝扣上反射回波,在第一次底波B之前与丝扣裂纹反射回波相似,细查可看四周情况相同,用手沾着机油拍打,变形波会跳动。其声程的经验公式即X变=L-a+1.52d(见图2)。3)退刀槽波:纵波直探头置于螺栓端部时,在螺纹退刀槽部位产生反射回波,声程近似本端螺纹长度,仔细检查螺栓四周都有,且回波的高度位置不变(见图3)。4)圆角螺纹反射波:纵波直探头置于螺栓端部时其螺纹与光杆过渡的圆角弧面产生反射波,声程基本上是XR=b+d,细查四周都有,回波波幅高度不变(见图4)。5)顶孔杂波:纵波直探头置于螺栓端部时,带有顶孔的螺栓会有顶孔杂波,位于始波附近,当探头移开顶孔时,杂波消失。经过上述对伪缺陷波的识别总结,在现场螺栓检验中,其超声波显示屏上反射波的特性可一目了然,正确判定所检验螺栓的质量,将上述方法应用于平圩电厂及广东深圳大亚湾核电站的大修中效果良好,至今未出现因螺栓失效而造成的设备事故。但是要保证螺栓的使用质量万无一失,除定期超声检验外,还要对螺栓的加工、安装、检修的工艺掌握好,确保螺栓的质量。4断螺栓的加工1)控制螺栓的硬度和金相组织,如果发现硬度偏高或金相组织出现严重网状晶界时,应考虑重新进行热处理。2)改进螺栓结构,电厂发现的断螺栓大多为双头螺柱。这种螺柱光杆部分的直径与螺纹直径相等,无过渡圆角,存在着严重的应力集中,断裂部位常常发生在旋入端螺纹与光杆交界处。为