CN112305073B - 一种锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹的超声检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹的超声检测方法，包括：将超声波探头的方向对准受热面管与滑动副之间焊缝的待检部位，并沿受热面管的周向前后移动超声波探头，当检测到在理论计算声程S附近出现回波时，则记录此时超声波检测仪显示的内焊趾部位实际声程S实；当S实≥S，则判定为非缺陷波；当S实＜S，则判定为缺陷波，即存在锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹；计算理论计算声程S与内焊趾部位实际声程S实的差值△S＝S‑S实，对于锅炉的受热面管，当ΔS<(δ‑δmin)/(cos(arctan K))2，则可判定为非危害性裂纹缺陷；当ΔS>(δ‑δmin)/(cos(arctan K))2，则判定为危害性裂纹缺陷，该方法能够检测检测滑动副与受热面管焊缝内焊趾的裂纹。

Description

一种锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹的超声检测方法
技术领域
本发明涉及一种超声检测方法，具体涉及一种锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹的超声检测方法。
背景技术
受热面管是电站锅炉的重要组成部分，其作用是吸收炉膛内的热量加热受热面管内的水和蒸汽，从而产生高温高压的过热蒸汽，来推动汽轮机做功，将热能转换为机械能，进而转换为电能。锅炉受热面管的爆漏一直是造成火力发电厂非计划停运的主要原因之一，严重影响火力发电设备的安全稳定运行，所以锅炉受热面的检查是保证锅炉长周期安全运行的有效手段。
为保证锅炉受热面诸如屏式过热器、高温过热器、高温再热器等立式受热面管屏平整，一般都采用多排不锈钢铸造制成的滑动副焊接在受热面管上来固定，防止管屏在锅炉运行期间发生出列、变形等问题。在对锅炉受热面管检查过程中，时常发现一些锅炉管屏的滑动副(材质为ZG16Cr20Ni14Si2或ZG12Cr18Ni9不锈钢)与受热面管(材质为T91、12Cr1MoV等铁素体钢)的异种钢焊缝内焊趾存在开裂现象，有些导致受热面管壁损失，有些裂纹甚至沿管子壁厚方向扩展，严重的开裂在机组运行期间极易导致爆管泄漏，造成“非停”，严重影响机组的安全运行，所以在机组停机检修期间必须通过有效的无损检测方法对滑动副与受热面管焊缝的内焊趾进行检测，及时发现和消除缺陷，确保机组安全运行。
滑动副的设计安装图如图1所示，在锅炉运行期间，由于受热面管的振动、膨胀，滑动副会受到炉前、炉后方向和炉左、炉右方向的拉应力，这些应力会在滑动副焊缝的内焊趾部位集中，久而久之就会在滑动副焊缝的内焊趾形成裂纹，裂纹进一步扩展就会损伤管壁。由于焊缝内焊趾位于两根管子中间的滑动副内部，在裂纹形成的早期，无法通过表面检测方法进行检测，所以考虑采用超声波检测方法对裂纹进行检测，但由于滑动副焊接的结构原因，超声波探头发射的一次波无法到达缺陷部位，因此，有必要设计一种可靠的超声检测方法，使用超声波二次波检测滑动副与受热面管焊缝内焊趾较严重的裂纹。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹的超声检测方法，该方法能够检测检测滑动副与受热面管焊缝内焊趾的裂纹。
为达到上述目的，本发明所述的锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹的超声检测方法包括以下步骤：
1)根据受热面管的外径及滑动副在受热面管上的安装部位，选取超声波探头；
2)在CSK-ⅠA试块上测定超声波探头的超声波入射点；
3)根据受热面管的外径对超声波探头进行修磨，使超声波探头与受热面管的管壁耦合正常；
4)根据受热面管的外径及超声波探头的K值，计算超声波二次波到达滑动副内焊趾无缺陷部位时的理论计算声程S；
5)将超声波探头的方向对准受热面管与滑动副之间焊缝的待检部位，并沿受热面管的周向前后移动超声波探头，当检测到在理论计算声程S附近出现回波时，则记录此时超声波检测仪显示的内焊趾部位实际声程S实；
6)将内焊趾部位实际声程S实与理论计算声程S进行比较，当S实≥S，则判定为非缺陷波；当S实＜S，则判定为缺陷波，即存在锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹；
7)计算理论计算声程S与内焊趾部位实际声程S实的差值△S＝S-S实，对于锅炉的受热面管，当ΔS<(δ-δmin)/(cos(arctan K))2，则可判定为非危害性裂纹缺陷；当ΔS>(δ-δmin)/(cos(arctan K))2，则判定为危害性裂纹缺陷。
超声波探头发射的超声波二次波能够从滑动副焊缝的对侧到达内焊趾部位，超声波探头在检测部位有沿受热面管周向前后移动的距离。
设受热面管的外径为D、超声波探头发射的超声波在受热面管内的折射角为θ，则超声波二次波到达内焊趾无缺陷部位时的理论计算声程S为：
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹的超声检测方法在具体操作时，将超声波探头的方向对准受热面管与滑动副之间焊缝的待检部位，并沿受热面管的周向前后移动超声波探头，当检测到在理论计算声程S附近出现回波时，记录此时超声波检测仪显示的内焊趾部位实际声程S实，再根据内焊趾部位实际声程S实与理论计算声程S判断受热面管滑动副焊趾是否存在裂纹以及裂纹的程度，操作方便、简单，便于实施及应用。
附图说明
图1为滑动副的设计安装图；
图2为本发明计算声程S所用超声波声束的传播路径图；
图3为使用本发明发现裂纹10时超声波实际传播的声程S实图；
图4为使用本发明检测过程中缺陷波与非缺陷波额判别图。
其中，1为受热面管、2为滑动副、3为滑动副与管子的焊缝、4为滑动副内焊趾、5为滑动副外焊趾、6为超声波探头、7为连接线、8为超声波检测仪、9为超声波声束传播路径、10为裂纹。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1至图4，本发明所述的锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹的超声检测方法的具体操作过程为：
将超声波探头6经连接线7与超声波检测仪8相连接，在滑动副2的设计安装图上，选择受热面管1上有两道滑动副2的焊缝的一侧作为超声波入射面，选取两道焊缝的外焊趾之间的弧面中点为超声波入射点，绘制超声波通过预设的入射点进入管壁后在受热面管1外壁反射的二次波到达滑动副2与受热面管1之间焊缝(滑动副与管子的焊缝3)的内焊趾部位的传播路径，如图2所示，测量此时预设的超声波入射点和滑动副与管子的焊缝3的内焊趾部位之间的最短弧长，记为L，根据受热面管1的外径D及弧长L计算超声波探头6的理论K值：
由滑动副与管子的焊缝3和预设的超声波入射点之间的位置可知，弧长L的范围为可以确定超声波探头6的K值范围为：1<K<2.4，实际选取超声波探头6的K值应与K理相近的常用K值的超声波探头6，如，K1.5、K2；再依据检测部位的距离，选取合适尺寸的超声波探头6，建议使用晶片面积小于81mm2的超声波探头6，保证超声波探头6可在检测部位有沿受热面管1周向前后移动的充足距离；在CSK-ⅠA试块上测定所选超声波探头6的超声波入射点；根据受热面管1的外径对选用的超声波探头6进行修磨，使超声波探头6能与管壁良好耦合；参考图2所示的超声波声束传播路径9，根据管子外径、选用的超声波探头6的K值，计算超声波二次波到达内焊趾部位无缺陷时的声程S：
将超声波探头6置于检测部位，使超声波探头6的方向对准滑动副与管子的焊缝3的待检部位进行检测，观察超声波检测仪8的显示器，若在理论计算声程S附近出现回波，记录此时超声波检测仪8显示的声程S实；当反射波的声程S实≥理论计算声程S，则判定为非缺陷波；当反射波的声程S实＜理论计算声程S，则判定为缺陷波；
为了进一步筛选出对受热面管1具有危害性的缺陷，可以根据理论计算声程S和反射波的声程S实的差值△S(△S＝S-S实)进行判别；根据缺陷部位的三角形关系可知，所选超声波探头6的K值、△S和管壁厚度减薄量h的关系大致为ΔS≈h/(cos(arctan K))2；对于受热面管1，DL/T 438-2016标准规定管子减薄后的壁厚小于最小需要壁厚δmin时应进行更换，设δ为受热面管1的公称壁厚，当h>δ-δmin时，则需对管壁厚度减薄管段进行更换，则可根据选取的超声波探头6的K值得出：检测过程中，若发现ΔS<(δ-δmin)/(cos(arctan K))2，则可判定为非危害性缺陷，可以加强检验；若发现ΔS>(δ-δmin)/(cos(arctan K))2，则可判定为危害性缺陷，必须进行处理。

Claims (2)

1.一种锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹的超声检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据受热面管(1)的外径及滑动副(2)在受热面管(1)上的安装部位，选取超声波探头(6)；
2)在CSK-ⅠA试块上测定超声波探头(6)的超声波入射点；
3)根据受热面管(1)的外径对超声波探头(6)进行修磨，使超声波探头(6)与受热面管(1)的管壁耦合正常；
4)根据受热面管(1)的外径D及超声波探头(6)的K值，计算超声波二次波到达滑动副内焊趾(4)无缺陷部位时的理论计算声程S理论；
5)将超声波探头(6)的方向对准受热面管(1)与滑动副(2)之间焊缝的待检部位，并沿受热面管(1)的周向前后移动超声波探头(6)，当检测到在理论计算声程S理论附近出现回波时，则记录此时超声波检测仪(8)显示的内焊趾部位实际声程S实际；
6)将内焊趾部位实际声程S实际与理论计算声程S理论进行比较，当S实际≥S理论，则判定为非缺陷波；当S实际＜S理论，则判定为缺陷波，即存在锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹；
7)计算理论计算声程S理论与内焊趾部位实际声程S实际的差值△S＝S理论-S实际；设受热面管(1)的公称壁厚为δ，设计最小需要壁厚为δmin，当 则判定为非危害性裂纹缺陷；当/>则判定为危害性裂纹缺陷。
2.根据权利要求1所述的锅炉受热面管滑动副焊趾裂纹的超声检测方法，其特征在于，超声波探头(6)发射的超声波二次波能够从滑动副,焊缝的对侧到达内焊趾部位，超声波探头(6)在检测部位有沿受热面管(1)周向前后移动的距离。
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