CN115372279B - 一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备 - Google Patents

Abstract

一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，包括履带底盘和安装在履带底盘上的检测装置；其中履带底盘包括吸盘、负压装置和连通机构，吸盘安装在履带上，负压装置安装在履带底盘上，连通机构包括两组，两组连通机构分别安装在履带底盘的两侧，负压装置和吸盘通过连通机构连接；检测装置包括光谱仪和升降机构，升降机构安装在履带底盘的基座下方，光谱仪的检测探头安装在升降机构的下端。本发明利用不锈钢发生敏化现象时碳元素向外扩散，敏化不锈钢的表层碳元素增多，通过光谱仪检测表层碳原子数量是否增加，从而判断不锈钢是否发生敏化现象，结构简单，检测更全面可靠，有效避免在实际生产中不锈钢的发生敏化却无法检测的问题。

Description

一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备

技术领域

本发明属于不锈钢敏化检测技术领域，具体涉及一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备。

背景技术

普通的300系列不锈钢（如304、316）含碳量较高，属于非稳定态（即不含钛或铌等稳定化元素），室温时碳在奥氏体中的溶解度很小，约为0.02%~0.03%，远低于不锈钢的实际含碳量，故过饱和的碳被固溶在奥氏体中，当温度超过425℃并在425℃~815℃范围内停留一段时间时，过饱和的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬元素化合、在晶间形成碳化铬的化合物，如六碳化二十三铬（Cr23C6）等。铬在晶粒内扩散速度比沿晶界扩散的速度小，内部的铬来不及向晶界扩散，在晶间形成的碳化铬所需的铬主要来自晶界附近，使晶界附近的含铬量大为减少。当晶界的铬质量分数低到小于12%时，就形成所谓的“贫铬区”，贫铬区和晶粒本身存在电化学性能差异，使贫铬区（阳极）和处于钝化态的基体（阴极）之间建立起一个具有很大电位差的活化-钝化电池。贫铬区的小阳极和基体的大阴极构成腐蚀电池，在腐蚀介质作用下，贫铬区被快速腐蚀，晶界首先遭到破坏，晶粒间结合力显著减弱、力学性能恶化，机械强度大大降低，然而变形却不明显。这种碳化物在晶界上的沉淀一般称之为敏化作用。对于含稳定化元素的奥氏体不锈钢，在其焊接接头区域经历多次加热和冷却循环，会在狭窄的特定区域内导致原本溶解在碳化钛（TiC） 或碳化铌（NbC） 中的碳元素析出， 并与铬元素结合， 在晶间形成碳化铬的化合物， 如六碳化二十三铬（Cr23C6）等， 同样形成贫铬区， 造成耐腐蚀能力下降。

电站锅炉属于高温特种设备，锅炉内部高压蒸汽温度极高，属于不锈钢敏化的易发区，敏化区域不及时发现和处理，长时间腐蚀导致过滤安全性能下降，为了保证锅炉使用过程中的安全可靠，需要对锅炉内部进行敏化检测，提前做有效的处理。

敏化发生很难通过目视进行观察，敏化现象发生在原子尺度，大部分敏化发生后，敏化部位可能仍保持着明亮的金属光泽，但塑性完全丧失，冷弯时易发生开裂，严重时出现脆断和金属晶粒脱落，落地时甚至没有金属碰撞声。如果已出现晶间腐蚀，有时会出现明显的晶粒脱落，使金属表面光泽黯淡，局部可能出现明显的减薄。

现有不锈钢敏化检测通过金相分析或扫描电镜观察，检测方式局限性比较大，对成型的锅炉检测不方便。不锈钢敏化检测多采用截取一部分不锈钢材料做实验室检测，在实际生产中缺少必要的检测设备，尤其是在锅炉领域。

发明内容

针对现有不锈钢敏化检测方式局限性比较大，对成型的锅炉检测不方便，实际生产中缺少必要检测设备的问题，本发明提供一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，包括履带底盘和安装在履带底盘上的检测装置；其中履带底盘包括吸盘、负压装置和连通机构，吸盘安装在履带上，负压装置安装在履带底盘上，连通机构包括两组，两组连通机构分别安装在履带底盘的两侧，负压装置和吸盘通过连通机构连接；检测装置包括光谱仪和升降机构，升降机构安装在履带底盘的基座下方，光谱仪的检测探头安装在升降机构的下端。

本发明进一步提供一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，负压装置包括电源、负压气泵和负压气罐，电源连接负压气泵，负压气泵连接负压气罐，负压气罐通过连通结构连接履带上的吸盘，所述连通机构包括转接头、轴气管和气体分配器，转接头安装在履带底盘的基座两侧，转接头上连接安装有横置的轴气管，轴气管的另一端套装气体分配器，转接头通过气管连接负压气罐，气体分配器通过气管连接履带上的吸盘。

本发明进一步提供一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，检测装置包括安装在基座上的滑轨，滑轨的开口朝向履带底盘的下方，滑轨上套装有滑块，同时滑轨内还套装有弹簧，弹簧一端固定在滑轨的端部，弹簧的另一端连接滑块，滑块下方安装有升降机构，升降机构的端部安装光谱仪的检测探头。

本发明进一步提供一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，升降机构的端部安装有弧形的硬质卡箍，硬质卡箍上安装有防光吸碗，检测探头安装在防光吸碗的中间。

本发明进一步提供一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，连通机构包括固定杆、对接座和转接头，其中对接座安装在基座的外侧，位于履带的中间，对接座和基座之间通过固定杆连接，对接座下侧设置有卡槽，履带的内侧设置有环形卡封，环形卡封上设置有多个吸盘气道连通履带外侧安装的吸盘，环形卡封能够与对接座下侧的卡槽密封对接，对接座内部设置有狭缝气道，狭缝气道上端连接气管，下端连通卡槽中心，狭缝气道上侧通过气管连接转接头，转接头通过气管连接负压气罐。

本发明进一步提供一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，所述转接头为一对多气管转接头，对接头的上方设置有多个接口用于连接气管，多个接口同时连通狭缝气道，转接头的多气管转接头通过气管连接对接头上的多个接口，转接头上的单独接头连接负压气罐。

本发明进一步提供一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，所述轴气管为硬质管道，其中一段横向固定在转接头上，另一端悬空置于履带之间，轴气管悬空的一端套装有气体分配器，气体分配器为圆形可旋转的气体分配器。

本发明进一步提供一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，所述弹簧采用压缩弹簧。

本发明进一步提供一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，升降机构采用短行程的伸缩气缸。

本发明进一步提供一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，还包括控制器，控制器位于锅炉的外部，控制器通过导线或是无线的方式与检测探头之间进行数据连接。

本发明的有益效果：本发明利用不锈钢发生敏化现象时过饱和的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬元素发生反应形成碳化铬的化合物，碳元素向外扩散，敏化不锈钢的表层碳元素增多，通过光谱仪检测表层碳原子数量是否增加，从而判断不锈钢是否发生敏化现象，本发明结构简单，检测更全面可靠，能够轻易的在实际生产中进行应用，有效避免在实际生产中不锈钢的发生敏化却无法检测的问题。

进一步的检测装置通过吸盘能够吸附在锅炉的内侧壁上，并在锅炉内侧壁上移动，从而实现对锅炉内部的全面检测，有效降低锅炉使用中发生敏化现象造成的安全风险。

光谱仪通过光线照射，对被检测目标的反射的光线进行分析判断，从而获取被检测目标的成分，本发明在检测探头上安装防光吸碗可以遮挡外部光线，防止外部光线干扰检测结果，同时防光吸碗在下压后形成负压空间，吸碗将检测探头固定在锅炉内壁上，不受履带底盘的干扰。

附图说明

图1是本发明应用场景的结构示意图。

图2是本发明进行检测的路径示意图。

图3是本发明检测装置的立体结构示意图。

图4是本发明检测装置正面剖视结构示意图。

图5是本发明气体分配器安装位置的结构示意图。

图6是本发明在滑轨的剖视结构示意图

图7是本发明检测过程的结构示意图。

图8是本发明探头连接控制器的结构示意图。

图9是另一种实施方式的立体结构示意图。

图10是图9所示实施方式的正面剖视结构示意图。

图11是图9所示实施方式的侧面剖视结构示意图。

图中标号：锅炉1，检测设备2，导线3，控制器4，履带201，吸盘202，基座203，电源204，负压气泵205，负压气罐206，滑轨207，气体分配器208，轴气管209，检测探头210，硬质卡箍211，防光吸碗212，升降机构213，滑块214，弹簧215，履带滚轮216，连通机构5，固定杆501，对接座502，狭缝气道503，转接头504，吸盘气道221。

实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：如图1所示，本发明提供了一种检测电站锅炉使用不锈钢敏化现象检测设备，检测设备2通过导线3连接控制器4，控制器4上包括控制按键和显示设备，能够控制检测设备运行，以及将检测设备的检测数据呈现在显示器上。

检测设备通过锅炉的洞口投入锅炉内部，如图2所示，检测设备沿锅炉内部移动，由锅炉一端移动至另一端，呈“S”型曲线移动，在沿锅炉内壁移动的同时，检测设备间隔进行检测，并将检测数据输送至控制器。

如图3所示，检测设备2包括履带底盘和安装在履带底盘上的检测用光谱仪，履带底盘包括中间的基座203，以及基座两侧的履带，基座两侧安装履带滚轮216，通过履带滚轮支撑套装履带201，履带上均匀安装有多个吸盘202，检测设备通过吸盘吸附在锅炉内侧壁上移动，可以实现全角度移动，从而对锅炉内部做全方位检测。

其中基座上安装有电源204、负压气泵205、负压气罐206以及用于安装光谱仪的滑轨207，通过电源204带动履带底盘运行，同时电源还为负压气泵等提供电力，负压气泵205连通这负压气罐206。

如图4和图5所示，负压气罐206安装在基座上，负压气罐206连接有通气管道，通气管道穿过基座侧壁连接转接头，转接头上连接安装有横置的轴气管209，所述轴气管209为硬质管道，其中一段横向固定在转接头上，另一端悬空置于履带之间，轴气管悬空的一端套装有气体分配器208，气体分配器为现有的常见装置，本发明采用圆形可旋转的气体分配器，气体分配器上分布有多个气管接口，气管接口上连接通气管道，通气管道连接安装在履带上的吸盘。

如图5所示，轴气管209悬空的端部伸出到履带外侧，悬空端套装的气体分配器位于最外侧，至少突出于履带底盘的履带滚轮216的外侧，连接吸盘的通气管道绕履带滚轮外侧连接到吸盘上，吸盘中心设置有吸盘气道221，通气管道连接吸盘气道。

具体的使用方式是：负压气泵205运行，将负压气罐206抽成压强恒定的负压状态，负压气罐通过气管以及气体分配器与吸盘连接，从而使吸盘内部形成负压，吸盘通过负压吸附在锅炉内壁上，履带底盘连接电源移动，履带带动安装的吸盘交替吸附锅炉的内壁，从而使履带底盘能够在锅炉内部全方位移动，实现锅炉内部的全面检测。

如图6-8所示，检测装置包括安装在基座上的滑轨207，滑轨的开口朝向履带底盘的下方，滑轨上套装有滑块214，同时滑轨内还套装有弹簧215，弹簧一端固定在滑轨的端部，弹簧的另一端连接滑块，通过弹簧可以实现滑块的复位。所述弹簧根据履带底盘的行进方向选择，可以选择拉伸弹簧或是压缩弹簧。

滑块下方安装有升降机构213，所述升降机构可以采用气缸或是伸缩杆等，升降机构的端部安装检测探头210。

如图8所示，检测探头通过导线3连接外侧控制器4，检测探头检测数据通过导线输送到外侧控制器中。

普通的300系列不锈钢（如304、316）含碳量较高，室温时碳在奥氏体中的溶解度很小，约为0.02%~0.03%，远低于不锈钢的实际含碳量，故过饱和的碳被固溶在奥氏体中，当温度超过425℃并在425℃~815℃范围内停留一段时间时，过饱和的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬元素化合、在晶间形成碳化铬的化合物，如六碳化二十三铬（Cr23C6）等，由于碳元素向外扩散，因此敏化不锈钢的表层碳元素增多，通过光谱仪检测表层碳原子数量是否增加，可以作为不锈钢敏化发生的重要标志之一。

履带底盘采取间断性移动，每移动一定距离后，升降机构下降，检测探头贴近锅炉内壁进行照射检测，检测数据通过导线传输到外侧的控制器中，从而判断锅炉内部是否发生敏化。

实施例2：进一步的，如图6所示，升降机构的端部安装有弧形的硬质卡箍211，硬质卡箍上安装有防光吸碗212，检测探头安装在防光吸碗的中间。

光谱仪通过光线照射，对被检测目标的反射的光线进行分析判断，从而获取被检测目标的成分，在检测探头上安装防光吸碗可以遮挡外部光线，防止外部光线干扰检测结果，同时防光吸碗在下压后形成负压空间，吸碗将检测探头固定在锅炉内壁上，不受履带底盘的干扰。履带底盘继续移动，固定的检测探头带动上方的升降机构和滑块在滑轨中滑动，弹簧被滑块压缩。检测接收后，升降机构提升，防光吸碗自锅炉内壁脱离，弹簧失去受力恢复伸展，将滑块推动复位。

具体过程如图7所示，升降机构下降，防光吸碗吸附在锅炉内壁上固定，检测探头启动进行检测，履带底盘不停止移动，滑块压缩弹簧，升降机构和履带底盘之间形成相对位移，为检测探头检测提供停顿间隔，检测结束，升降机构提升，防光吸碗脱离锅炉内壁，滑块在弹簧的作用下复位。

本实施方式可以在履带底盘不停止移动的情况下进行断点检测，可以大幅提高检测效率，减少检测时间。

实施例3：通过气体分配器连接吸盘，结构复杂并且连接气管之间容易产生干扰，而且每个吸盘始终通过中间的吸盘气道221进行吸气，在未吸附锅炉内部的情况下，造成大量的浪费，吸气气管多，单个吸盘的吸附力不足，因此需要提高负压泵的功率，增加设备成本和能源的浪费。

针对这一问题，本发明进一步提供了如图9-11所示的吸盘吸附机构，在履带底盘两侧安装连通机构5，通过连通机构5连接安装在履带上的吸盘。

具体的，连通机构5包括固定杆501、对接座502和转接头504，其中对接座安装在基座的外侧，位于履带的中间，对接座和基座之间通过固定杆连接，对接座下侧设置有卡槽，履带的内侧设置有环形卡封，环形卡封上设置有多个吸盘气道221连通履带外侧安装的吸盘，环形卡封能够与对接座下侧的卡槽密封对接。

对接座内部设置有狭缝气道503，狭缝气道上端连接气管，下端连通卡槽中心，狭缝气道上侧通过气管连接转接头504，转接头通过气管连接负压气罐206。

所述转接头504为一对多气管转接头，如图11所示，狭缝气道的横截面比较宽，为了能够实现狭缝气道内的气压平衡，在对接头的上方设置有多个接口用于连接气管，如图所示，本发明以三个接口为例进行展示，所述转接头采用一对三转接头，转接头的三个接头分别连接

狭缝气道上的三个接口，转接头另一侧的单独接头连接负压气罐。

在履带底盘移动的过程中，履带内侧的环形卡封始终密封卡套在对接座的卡槽中，随着履带底盘的移动，设置在环形卡封上的吸盘气道221不断与狭缝气道对接分离，当狭缝气道与吸盘气道221对接连通后，通过狭缝气道为吸盘提供负压，使吸盘吸附在锅炉内壁上；履带底盘继续移动，吸盘气道与狭缝气道分离，吸盘不再产生负压，并且吸盘气道与外界连通，吸盘自锅炉内壁上脱离。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内，例如升降机构采用短行程的伸缩气缸，弹簧采用压缩弹簧等。

Claims (7)

1.一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，其特征在于，包括履带底盘和安装在履带底盘上的检测装置；

其中履带底盘包括吸盘、负压装置和连通机构，吸盘安装在履带上，负压装置安装在履带底盘上，连通机构包括两组，两组连通机构分别安装在履带底盘的两侧，负压装置和吸盘通过连通机构连接；

检测装置包括光谱仪和升降机构，升降机构安装在履带底盘的基座下方，光谱仪的检测探头安装在升降机构的下端，负压装置包括电源、负压气泵和负压气罐，电源连接负压气泵，负压气泵连接负压气罐，负压气罐通过连通结构连接履带上的吸盘，

所述连通机构包括转接头、轴气管和气体分配器，转接头安装在履带底盘的基座两侧，转接头上连接安装有横置的轴气管，轴气管的另一端套装气体分配器，转接头通过气管连接负压气罐，气体分配器通过气管连接履带上的吸盘；

检测装置包括安装在基座上的滑轨，滑轨的开口朝向履带底盘的下方，滑轨上套装有滑块，同时滑轨内还套装有弹簧，弹簧一端固定在滑轨的端部，弹簧的另一端连接滑块，滑块下方安装有升降机构，升降机构的端部安装光谱仪的检测探头；

连通机构包括固定杆、对接座和转接头，其中对接座安装在基座的外侧，位于履带的中间，对接座和基座之间通过固定杆连接，对接座下侧设置有卡槽，履带的内侧设置有环形卡封，环形卡封上设置有多个吸盘气道连通履带外侧安装的吸盘，环形卡封能够与对接座下侧的卡槽密封对接，对接座内部设置有狭缝气道，狭缝气道上端连接气管，下端连通卡槽中心，狭缝气道上侧通过气管连接转接头，转接头通过气管连接负压气罐。

2.根据权利要求1所述的一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，其特征在于，升降机构的端部安装有弧形的硬质卡箍，硬质卡箍上安装有防光吸碗，检测探头安装在防光吸碗的中间。

3.根据权利要求1所述的一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，其特征在于，所述转接头为一对多气管转接头，对接头的上方设置有多个接口用于连接气管，多个接口同时连通狭缝气道，转接头的多气管转接头通过气管连接对接头上的多个接口，转接头上的单独接头连接负压气罐。

4.根据权利要求1所述的一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，其特征在于，所述轴气管为硬质管道，其中一端横向固定在转接头上，另一端悬空置于履带之间，轴气管悬空的一端套装有气体分配器，气体分配器为圆形可旋转的气体分配器。

5.根据权利要求1所述的一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，其特征在于，所述弹簧采用压缩弹簧。

6.根据权利要求1所述的一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，其特征在于，升降机构采用短行程的伸缩气缸。

7.根据权利要求1所述的一种基于微区成分分析的电站锅炉用不锈钢敏化检测设备，其特征在于，还包括控制器，控制器位于锅炉的外部，控制器通过导线或是无线的方式与检测探头之间进行数据连接。