干背式燃油锅炉后管板裂纹的无损检测

PAGE1PAGE5干背式燃油锅炉后管板裂纹的超声波探伤方法张承国佛山市锅炉压力容器检验所广东528000摘要关键词裂纹超声波探伤1前言随着社会经济的发展，佛山地区的燃油锅炉迅猛增加，尤以2t/h至4t/h的卧式燃油锅炉为多。该类锅炉多属于该类裂纹出现在管板的近缝区，在角焊缝的表面不但肉眼不能发现，即使作表面探伤，大多数也不能发现。但将支承块割下，磨去焊缝，大的裂纹，肉眼可以见到，小的裂纹通过磁粉探伤可以发现。但是，检验过程中发现，并非每台烟室损坏的锅炉后管板均出现裂纹，而且一台锅炉的后管板也不是每个支承块的连接部位均出现裂纹。因此，都采用割去支承块进行磁粉探伤，会大大增加工作量。理想的处理方法是：当检查发现该类锅炉后烟室隔火板出现漏风烟气短路时，采用超声横波检测，发现裂纹时，再将支承块割下，进行边磁粉探伤，边打磨消除或补焊修复处理。这样可收到既省工省时，又降低检验维修费用的效果。裂纹形成的原因锅炉后管板的材料是20g，壁厚16mm，支承块的材料是1Cr18Ni9Ti，规格150×30×6，采用奥302焊条双面角焊连接。后管板的结构如图1。由于是异种钢（珠光体钢与奥氏体钢）焊接，在制造时会存在以下主要问题：①熔合区存在一个脆性交界层；②熔合区的碳扩散；③熔合区的热应力。由于奥氏体钢的热膨胀系数比珠光体钢大30~50%，在焊后冷却或运行时加热和冷却过程中将产生较大的热应力。在运行时，后烟室隔火板与后管板密封不好，烟气短路，约1000℃的高温烟气冲刷支承块，造成管板与支承块之间的温差很大，产生较大的热应力。由于锅炉烟室的损坏情况不同，锅炉开启的频繁程度不同，不同的锅炉，不同位置的支承块产生的热应力存在差异，所以后管板与支承块的连接部位出现前述的情况。经检查发现的裂纹，深度多为1～4mm，基本与管板表面垂直；长度多为4～8mm，与焊缝约呈45°，其分布如图2所示。探伤方法3.1仪器与探头的选择针对被检测工件缺陷的特点，即存在的裂纹能构成类似端角反射的几何条件，且只能用二次波探测。我们做了不同K值探头时，不同深度的表面裂纹状人工缺陷的反射实验。实验1：实验布置如图3。实验条件。①仪器：CTS-22型；“抑制”关；“增益”最大；基准波高80％；深度1∶1调整。②试块：CSK-ⅠA、CSK-ⅢA。③探头：频率2.5MHz，晶片尺寸8×12，K值分别：1.0，1.5，2.0。④耦合剂：机油。⑤试件：材料20g，规格300×30×16两件，分别在一个面上加工有深1、2mm和3、4mm，寛均是0.5mm的平底槽，如图3所示。实验结果如表1、表2所示。表1为不同K值，不同裂纹深度超声波的反射当量（以φ1×6孔为基准）表1裂纹深度反射当量（dB）（mm）K值12341.0＋15＋17＋19＋231.5＋8＋14＋18＋222.0＋3＋9＋13＋16注：表中裂纹深度为人工裂纹状缺陷深度，下同。结果分析①由表1可见，K1、K1.5的探头对端角反射较K2探头强，裂纹深度＜2mm时，K1探头灵敏度较其它K值探头高得多。②由表2可见，只有K1探头的最高反射在端角上，即深度在32mm处，其反射对应深度位置K1表2为不同K值，不同裂纹深度，最大反射波的读出深度位置表2裂纹深度读出深度（mm）（mm）K值12341.0323232321.529292929.52.0323334353.2灵敏度的调整由表1可见，用K1探头探测1mm深的人工裂纹，其反射当量比φ1×6孔大15dB，因此探伤时按照JB41152－81标准，灵敏度不低于测长线，再加上表面耦合补偿6dB作为实际探伤灵敏度即可。3.3缺陷定量由于锅炉的管板是不允许存在任何裂纹的，探伤的目的就是检测有否裂纹，一经判定是裂纹，就须割下支承块作边磁探，边打磨消除处理，故不需按JB1152－81标准进行缺陷定量判废。裂纹与其它反射讯号的判别及裂纹深度的估算4.1裂纹与其它反射讯号的判别现场探伤时，可根据后管板裂纹长度的方向一般与角焊缝约呈45°分布的特点，将探头作与焊缝夹角约45°和135°的前后、左右、摆动扫查，当后管板存在裂纹时，使用K1探头，深度1∶1调整，在荧光屏时间轴32mm位置可找到裂纹最高的反射波，换算成水平距离，刚好在角焊缝位置。与此同时，在35～36mm处一般会出现一个更强的反射讯号，当用手沾机油拍打距探头远处的角焊缝表面时，后者波峰跳动。波峰跳动的发射讯号是角焊缝表面反射波，这是不难区分的。因此，探测时发现前者的反射讯号，可判为该处有裂纹存在。裂纹深度的估算当后管板发现存在裂纹时，若能估算出裂纹的深度（裂纹是表面开口裂纹，其深度即自身高度，下同），以后的修理工作就能心中有数，同时也为用户的生产安排提供方便。为此，我们做了不同K值探头时，不同深度的表面裂纹人工缺陷的深度测试实验。实验2：实验布置与实验1同，如图3所示。实验条件与实验1同。实验方法：用不同K值探头在荧光屏时间轴上找出各裂纹的最大反射深度位置，即表2数据，然后将探头慢慢平稳向前移动，观察荧光屏，发射波有否由高慢慢降低，然后逐渐回升的现象，若反射波回升到最高时，记下时间轴上的位置。该反射波暂称为开口裂纹的端点反射波。实验结果如表3所示。表3为不同K值，不同裂纹深度的最大反射波和裂纹端点最大反射波的读出深度位置表3裂纹深度（mm）1234K值1.0最大反射波读出深度（mm）32323232端点反射波无法分辨无法分辨无法分辨无法分辨1.5最大反射波29292929.5端点反射波无法分辨无法分辨无法分辨无法分辨2.0最大反射波32333435端点反射波30.5313131结果分析由表3可见，表面开口裂纹深度在2～4mm时，使用K2探头测试，把测试出的最大反射波读出深度减去对应的端点反射波读出深度，其差值刚好等于裂纹的深度。上述实验和分析可得，探伤时先用K1探头以每一个支承块为一单元进行探测，记下每一单元中裂纹反射讯号最强点的位置，然后改换K2探头进行裂纹深度测量。这样便能较准确估算出管板各单元裂纹的最大深度情况。对锅炉后管板裂纹的处理办法：将裂纹打磨经磁粉探伤确认合格后，减薄量＜2mm的作打磨圆滑过渡处理；≥2mm的作堆焊，然后磨平重新作磁粉探伤处理。因此，超声波探测时，只要判断出裂纹深度少于或大于等于2mm，便能制定出返修的方案及其工艺。用户也可根据返修所需工时妥善安排生产。现场探伤举例5.1检测条件被检测锅炉型号：WNS2-1.0-Y干背式燃油锅炉，探测面经打磨光滑，超声波测厚15.9mm。仪器：CTS-22型，“抑制”关；“增益”最大；基准波高80％；深度1∶1调整。试块：CSK-ⅠA、CSK-ⅢA。探头：2.5P8×12K2。耦合剂：机油。探伤结果与实际情况如表4所示。表4各支承块对应的后管板裂纹探测结果与实际情况表4单位：mm支承块序号123456探测深度未发现＜234＜2未发现实际深度未发现1.83.44.31.2未发现说明：①支承块序号如图1所示；②探测深度是由K2探头对应每一个支承块裂纹反射讯号最强位置所测定的裂纹深度；③实际深度是将裂纹打磨消除经磁粉探伤合格后测量得出的减薄量；④支承块序号1和6的“实际深度”栏未发现裂纹，是割下支承块经磁粉探伤确认合格。结论我们用上述的超声波探伤方法，对十多台后烟室出现烟气短路现象的干背式燃油锅炉后管板进行了探测，其探测结果与实际情况基本相同，尤其对超探未发现裂纹的部位进行了多次解剖，用磁粉探伤方法复检，同样未发现裂纹。因此，采用超声波探测该