在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥的無損檢測(cè)

鄧 兵 劉獻(xiàn)游（四川省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 成都 610061）

在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥的無損檢測(cè)

鄧 兵 劉獻(xiàn)游
（四川省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 成都 610061）

堵閥主要用在電站鍋爐的主蒸汽管道，再熱蒸汽管道熱段，再熱蒸汽管道冷段，是電站鍋爐蒸汽管道上十分重要的受壓元件。高參數(shù)鍋爐機(jī)組的堵閥材料主要采用鑄鋼C12A。針對(duì)該材料的特性和鑄造特點(diǎn)以及在運(yùn)行中產(chǎn)生的缺陷情況，本文提出在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥的無損檢測(cè)最佳方案是磁粉檢測(cè)加超聲波檢測(cè)，并詳細(xì)介紹了在役C12A堵閥的磁粉檢測(cè)和超聲波檢測(cè)方法。

電站鍋爐 堵閥 缺陷 磁粉檢測(cè) 超聲波檢測(cè)

堵閥主要用在電站鍋爐的主蒸汽管道，再熱蒸汽管道熱段，再熱蒸汽管道冷段，堵閥的作用是水壓時(shí)做為堵板使用，在鍋爐運(yùn)行中作為蒸汽管道使用。隨著超（超）臨界高參數(shù)鍋爐機(jī)組的出現(xiàn),鍋爐溫度和壓力進(jìn)一步提高，對(duì)高溫材料的高溫蠕變性能、抗氧化和應(yīng)力腐蝕方面提出更新、更高、更苛刻的要求。目前高參數(shù)電站鍋爐堵閥材料多采用鑄鋼C12A，該材料有哪些特性和鑄造特點(diǎn)，對(duì)于電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥的無損檢測(cè)最佳檢測(cè)方案是什么，如何具體檢測(cè)，檢測(cè)中又該注意哪些問題。

本文針對(duì)上述問題展開了探討。

1 C12A材料特性和鑄造特點(diǎn)

C12A屬馬氏體耐熱鑄鋼,其國外標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)為ASME SA217 C12A，國內(nèi)牌號(hào)C12A。C12A的材料成分含有較高的鉻，它是在9Cr1MoV的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種合金元素含量大于10%的高合金耐熱鑄鋼，澆鑄工藝不當(dāng)（如脫模型砂，澆冒口設(shè)置，澆鑄溫度等）極易產(chǎn)生缺陷，該鋼種鑄鋼液體的流動(dòng)性差，澆注溫度不當(dāng)容易產(chǎn)生冷隔，澆鑄中鑄鋼表面易產(chǎn)生氧化膜褶皺，氧化膜卷入淺表和內(nèi)部易形成氧化金屬夾雜物，且存在一定的固溶氣體，氣孔傾向嚴(yán)重，凝固區(qū)間溫度比常見的CrMoV材料高，極易產(chǎn)生疏松，縮孔類缺陷，C12A鑄造性能差，導(dǎo)熱性差，熱烈傾向和粘砂傾向大，收縮應(yīng)力大，馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度低，容易產(chǎn)生冷裂紋，熱處理難度大，熱處理不當(dāng)也易產(chǎn)生裂紋。

C12A由于具有良好的抗高溫氧化性能和高溫蠕變強(qiáng)度以及良好的塑性和加工性能，目前在我國已廣泛使用,服役于高溫高壓環(huán)境,用于制造超(超)臨界火電機(jī)組中汽缸、高壓閥體等關(guān)鍵部件。上世紀(jì)90年代以前我國不能自行生產(chǎn)C12A的鑄鋼件，所用鑄鋼件需從美國、德國、日本、英國、韓國等國進(jìn)口，2000年以后，我國加大了對(duì)該材料的研究，2005年，我國出臺(tái)了JB/T 5263—2005標(biāo)準(zhǔn)已涵蓋了C12A、WC9、WC6、WCB等材料的鑄鋼件。現(xiàn)在我國電站閥門制造廠家已能生產(chǎn)這類鑄鋼堵閥，鑄鋼件廠家也能生產(chǎn)這類鑄鋼件材料閥體胚件。

2 在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥的無損檢測(cè)

2.1 磁粉檢測(cè)在在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥中的運(yùn)用及應(yīng)注意之處

在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥無損檢測(cè)包括射線檢測(cè)、超聲檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè),其中運(yùn)用最廣泛的是磁粉檢測(cè)。磁粉檢測(cè)由于對(duì)表面和近表面檢測(cè)有較高的靈敏度，檢測(cè)速度快，因此作為馬氏體耐熱鋼的在役C12A堵閥的無損檢測(cè)首選，檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的閥體裂紋一般都是磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的。

閥體由于在制造過程中鋼水脫模粘砂傾向大和氧化夾雜物等因素，在閥體淺表層較易有落砂和金屬夾雜物而形成小裂紋，在制造探傷檢測(cè)中也不易將缺陷全部檢出處理干凈，檢出的缺陷進(jìn)行焊補(bǔ)處理，焊補(bǔ)處理和焊補(bǔ)后的熱處理不當(dāng)易產(chǎn)生裂紋。由于制造廠家對(duì)堵閥表面一般采用噴丸處理后涂刷油漆交付電廠使用，噴丸易把閥體表面的小裂紋缺陷掩蓋，造成磁粉檢測(cè)的缺陷檢出率降低（噴丸前后磁粉檢測(cè)陷缺情況對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表1）。

表1 噴丸前后磁粉檢測(cè)陷缺情況對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

小缺陷在高溫高壓運(yùn)行中較易擴(kuò)展，所以對(duì)在役C12A堵閥的磁粉檢測(cè)時(shí)，首先要將閥體表面油漆層和噴丸層打磨掉，打磨出材料金屬光澤，這對(duì)磁粉檢出裂紋缺陷很關(guān)鍵。檢測(cè)前用A-30%的靈敏度試片實(shí)驗(yàn)檢測(cè)靈敏度是否達(dá)到檢測(cè)要求，為增加對(duì)比度，可施加反差增強(qiáng)劑，檢測(cè)用紅黑磁粉都可以，用水懸液檢測(cè)應(yīng)注意在檢測(cè)前用水潤濕C12A閥體檢測(cè)表面，否則水懸液在檢測(cè)表面不能潤濕，造成小裂紋缺陷漏檢。其次磁粉檢測(cè)設(shè)備以磁軛式探傷儀為主，防止觸點(diǎn)灼傷產(chǎn)生裂紋，探傷儀要有足夠的提升力，在檢測(cè)過程中每次磁化都應(yīng)該在相互垂直的兩個(gè)方向進(jìn)行或用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)探傷儀，磁化時(shí)間1～3s，磁化要有缺痕形成的時(shí)間，不宜過快，磁化的同時(shí)進(jìn)行觀察，對(duì)疑似缺陷痕跡應(yīng)打磨探傷確認(rèn)，對(duì)檢出的裂紋應(yīng)進(jìn)行記錄處理。

2.2 超聲波檢測(cè)在在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥中運(yùn)用

●2.2.1 在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥超聲波檢測(cè)的可行性

由于磁粉檢測(cè)只能檢測(cè)表面和近表面缺陷，對(duì)埋藏有深度的缺陷不能檢出，這就需要用射線或超聲波來檢測(cè)內(nèi)部埋藏缺陷。在制造鑄鋼件的檢測(cè)中，射線檢測(cè)是較好的選擇。但在在役的鑄鋼件的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，受結(jié)構(gòu)形式，檢測(cè)成本的影響，受現(xiàn)場(chǎng)條件的制約，難于有效的開展檢測(cè)工作，對(duì)閥門殼體進(jìn)行檢測(cè)的部位有限。超聲波檢測(cè)則能滿足其檢測(cè)要求，彌補(bǔ)鑄鋼件的在役無損檢測(cè)。

鑄鋼件具有晶粒粗大，聲波衰減，組織不致密，形狀復(fù)雜的特點(diǎn)，粗大的晶粒的晶界會(huì)反射聲波，因而影響超聲波檢測(cè)的可靠性，超聲波檢測(cè)鑄鋼件雖然現(xiàn)在還存在許多技術(shù)瓶頸，但超聲波由于其經(jīng)濟(jì)、便捷，是更為實(shí)用的檢測(cè)方法，采用特殊的探頭（縱波窄脈沖探頭）降低信噪比，并制定專門工藝，其精度和可靠性是可以保證的。

超（超）臨界高參數(shù)鍋爐機(jī)組閥門鑄鋼件閥體在役高溫高壓下運(yùn)行，對(duì)規(guī)程要求RT檢測(cè)的部位以外如有缺陷而又沒進(jìn)行檢測(cè)，就可能造成嚴(yán)重的后果。因此，在役檢測(cè)工藝上應(yīng)增加對(duì)閥門殼體超聲波的整體100%檢測(cè)。對(duì)此，目前國內(nèi)未得到廣泛認(rèn)可，其原因是由于受到檢測(cè)設(shè)備條件的制約，超聲波檢測(cè)結(jié)果沒有直接見證記錄等。

然而目前的超聲波檢測(cè)設(shè)備已得到飛速發(fā)展，智能化水平很高，能實(shí)現(xiàn)超聲波檢驗(yàn)的過程記錄，檢測(cè)結(jié)果可用圖像顯示并重現(xiàn)，可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因此無論工藝還是檢測(cè)設(shè)備對(duì)在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥殼體進(jìn)行100%整體超聲波檢測(cè)均可行。

●2.2.2 在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥超聲波檢測(cè)的必要性

在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥的無損檢測(cè)是電站鍋爐運(yùn)行的安全保障，現(xiàn)在的鍋爐檢修對(duì)堵閥只進(jìn)行了表面的磁粉檢測(cè)。

筆者對(duì)近百臺(tái)超（超）臨界火電鍋爐機(jī)組的在役C12A鑄鋼堵閥進(jìn)行過磁粉和超聲波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了大量的表面裂紋和埋藏裂紋。圖1為超聲波檢測(cè)出的埋藏裂紋缺陷。

圖1 超聲波檢測(cè)到埋藏缺陷

C12A材料閥門在制造過程和安裝前都經(jīng)過了認(rèn)真詳實(shí)的RT、UT、MT多次檢測(cè)，該類裂紋缺陷位置不固定，多產(chǎn)生在近表面，埋藏深度一般在5～20mm左右，主蒸汽堵閥裂紋缺陷有超過50mm深的，磁粉檢測(cè)是不能發(fā)現(xiàn)的。對(duì)磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的剛露出表面一點(diǎn)的裂紋缺陷進(jìn)行消缺處理，發(fā)現(xiàn)該裂紋在近表皮下延展而未暴露在表面（見圖2），特別是在閥門殼體的R分析交接面由于此部位的厚度變化大，在鑄造時(shí)極易產(chǎn)生疏松、裂紋缺陷。由于鑄鋼件的自然時(shí)效時(shí)間不足應(yīng)力的釋放也是產(chǎn)生裂紋的原因之一。

圖2 磁粉檢測(cè)到缺陷

由此可見在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥存在著磁粉不能檢出的裂紋，疏松等缺陷，因此對(duì)其進(jìn)行整體超聲波檢測(cè)是十分必要的。

●2.2.3 超聲波檢測(cè)試塊制作

在役鑄鋼C12A閥體的超聲檢測(cè)需制作模擬對(duì)比試塊。根據(jù)GB/T 7233標(biāo)準(zhǔn)制作試塊需采用與被檢材料聲學(xué)性能一致特性的鑄鋼材料制作，縱波試塊采用一組不同厚度的φ3mm平底孔試塊，橫波試塊采用60°V形槽制作，槽深為厚度的3%，槽深最小為2mm,最大不超過6mm,槽長為25mm，或用ASTM SA—609的橫波試塊。縱波探頭采用頻率2MHZ～5MHZ,晶片直徑為φ10～20mm的雙晶縱波軟膜直探頭和單晶縱波軟膜直探頭。橫波探頭采用頻率2MHZ～5MHZ,晶片直徑小于φ20mm的圓形或方形單晶片橫波斜探頭；折射角為45°，必要時(shí)可使用折射角為60°或70°的探頭。

●2.2.4 超聲波檢測(cè)靈敏度

縱波用一組平底孔試塊制作距離-波幅AVG曲線，橫波用V形槽內(nèi)外刻槽對(duì)比試塊制作距離-波幅曲線（DAC），以此作為檢測(cè)靈敏度，實(shí)際檢測(cè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)提高6dB作為掃查靈敏度。

●2.2.5超聲波檢測(cè)表面粗糙度引起的靈敏度補(bǔ)償

在役待檢鑄鋼閥體表面一般需進(jìn)行打磨，對(duì)于打磨的待檢表面，應(yīng)再提高6dB，作為粗糙度引起的靈敏度補(bǔ)償。

●2.2.6 超聲波檢測(cè)波束擴(kuò)散引起的補(bǔ)償

在檢測(cè)厚度大于50mm的情況下，由于波束的擴(kuò)散，缺陷位置越深，與探頭的移動(dòng)距離相比，缺陷顯示的范圍就越大。隨著在缺陷位置的探頭聲束直徑（D）的減小，缺陷的實(shí)際尺寸可以從式（1）計(jì)算得到,也就是探頭掃查距離。在缺陷尺寸小于聲束直徑的情況下，可以不計(jì)算該缺陷的面積。

式中：

λ——波長，mm;

d ——探頭直徑(φ)，mm;

X——缺陷深度，mm;

f——探頭頻率，MHz;

c——聲速，m/s;

在檢測(cè)厚度小于或等于50mm的情況下，使用縱波法及/或斜角探傷法檢出的缺陷實(shí)際尺寸，對(duì)波高參考曲線（AVG/DAC）之上的連續(xù)性缺陷顯示，應(yīng)視為與探頭掃查距離相同，也就是說此時(shí)不應(yīng)考慮超聲波聲束擴(kuò)散。

●2.2.7 超聲波檢測(cè)底波損失的評(píng)定

在進(jìn)行底波損失測(cè)量的過程中，對(duì)底面反射波的衰減超過鑄鋼件透聲性規(guī)定的允許值時(shí)，如果懷疑其不是由于鑄鋼件形狀或耦合效果所引起的，則底面反射波衰減的原因應(yīng)通過在該部位更換探傷頻率以及附加橫波探傷法探傷來予以確認(rèn)。如果確認(rèn)底波損失不是由形狀或耦合所引起的，則該區(qū)域應(yīng)按與缺陷顯示相同的評(píng)定方法測(cè)定面積,作為缺陷處理。

●2.2.8 超聲波掃查方法

1）厚度小于或等于50mm的鑄鋼件閥體，應(yīng)采用雙晶軟膜直探頭從外表面進(jìn)行垂直法探傷。

2）厚度大于50mm的鑄鋼件閥體，由于距檢測(cè)表面20～30mm深度存在盲區(qū)，應(yīng)采用從外表面分別使用單晶軟膜直探頭和雙晶軟膜直探頭進(jìn)行垂直法探傷檢測(cè)。

3）對(duì)打磨或機(jī)加表面的部位應(yīng)在外表面進(jìn)行橫波檢測(cè)，特別是焊接返修部位附近檢測(cè)是否有裂紋類缺陷出現(xiàn)，對(duì)橫波不能檢測(cè)的區(qū)域（R交接面）應(yīng)用小規(guī)格軟膜直探頭（以利于探頭接觸檢測(cè)面）檢測(cè)。

●2.2.9 超聲波缺陷顯示的評(píng)定

1）在使用縱波法探傷過程中，缺陷單個(gè)波幅達(dá)到AVG曲線以上18dB,缺陷高度達(dá)到壁厚的20%，缺陷長度超過30mm的應(yīng)處理。對(duì)檢出的面積型缺陷應(yīng)用橫波探傷予以確認(rèn)缺陷性質(zhì)，當(dāng)某部位檢出的缺陷波波幅很小，但缺陷顯示在時(shí)基線（超聲波波束距離）上連續(xù)可見，則這些部位應(yīng)另外使用橫波探傷法詳細(xì)檢測(cè)，以確定這些部位是否存在裂紋或其他不允許缺陷。

2）在使用橫波法探傷過程中，超過DAC波幅線以上的線性缺陷顯示應(yīng)記錄處理，當(dāng)某部位檢出的缺陷波波幅很小，但發(fā)現(xiàn)波幅在探頭掃查方向上存在突變的情況，則這些部位應(yīng)使用折射角與原探頭不同的探頭進(jìn)行詳細(xì)復(fù)查，以確定這些部位是否存在裂紋或其他不允許缺陷。使用斜探頭不考慮缺陷回波幅度，應(yīng)記錄所有具有游動(dòng)回波特征或在壁厚方向能檢測(cè)到缺陷尺寸的信號(hào)。

3）對(duì)有自身高度的線性缺陷，確認(rèn)為裂紋的缺陷應(yīng)及時(shí)處理，對(duì)有疑問的缺陷可采用射線、TOFD等探傷方法進(jìn)行確認(rèn)。

●2.2.10 超聲波探傷工藝的驗(yàn)證

用本文2.2.3的對(duì)比試塊進(jìn)行儀器調(diào)試，對(duì)已發(fā)現(xiàn)的埋藏裂紋缺陷部位采用此超聲波探傷工藝進(jìn)行復(fù)探檢驗(yàn)，能檢測(cè)出裂紋缺陷，筆者對(duì)100多臺(tái)電站鍋爐的300多個(gè)C12A堵閥進(jìn)行超聲檢測(cè)。超聲波發(fā)現(xiàn)安徽宿州、合肥，廣西防城港、欽州，廣東汕尾等多個(gè)電廠的10多臺(tái)堵閥存在裂紋缺陷，并進(jìn)行了返修處理，證明此超聲波檢測(cè)工藝是可行的。

4 結(jié)束語

針對(duì)超（超）臨界高參數(shù)鍋爐機(jī)組鑄鋼C12A堵閥的材料特性、制造工藝、運(yùn)行條件的特殊性，對(duì)其在役無損檢測(cè)時(shí)，采用磁粉檢測(cè)加整體超聲波檢測(cè)是可行和十分必要的。它能及時(shí)排除缺陷對(duì)運(yùn)行帶來的風(fēng)險(xiǎn)，也能為鑄造企業(yè)工藝改進(jìn)提供依據(jù)，更能為完善電站鍋爐堵閥的檢驗(yàn)，維護(hù)電站鍋爐的安全運(yùn)行發(fā)揮重要作用。

[1] ASME B16.34—2009 法蘭、螺紋和焊接端連接的閥門[S].

[2] ASTM SA—609 碳鋼、低合金鋼和馬氏體不銹鋼鑄件超聲檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)操作方法[S].

[3] JB/T 5263—2005 電站閥門鑄鋼件一般技術(shù)條件[S].

NDT for C12A Isolation Valve Used in In-Service Utility Boiler

Deng Bing Liu Xianyou
(Sichuan province special equipments inspection institute chengdu 610061)

Isolation valve is mainly used in the main steam pipes, reheating hot arc of steam pipes, reheating cold arc of steam pipes in utility boiler, is also an important pressure component in steam pipes of utility boilers. Isolation valve of high parameters in boiler is mainly made of the alloy steel casting C12A. According to the features of material, casting characteristics, as well as defects in the operation, this article has pointed out that the preferred plan of NDT for C12A isolation valve in in-service utility boiler is magnetic particle testing and ultrasonic testing. Moreover, it takes a introduction in detail of magnetic particle testing and ultrasonic testing used in C12A isolation valve.

Utility boiler Isolation valve Defect Magnetic particle testing Ultrasonic testing

X933.2

B

1673-257X(2015)12-0045-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.12.009

鄧兵(1969～)，男，本科，高級(jí)無損檢測(cè)員，從事承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)工作。

2015-04-09）