論電廠新螺栓和在役螺栓超聲檢測

摘 要：螺栓是汽機汽缸、蒸汽壓力管道閥門上的重要緊固零件，由于其在加工、安裝、應(yīng)用等過程中承受復(fù)雜的應(yīng)力、高溫等作用，使螺栓在螺紋部位可能發(fā)生裂紋。螺栓按結(jié)構(gòu)分為帶中心孔和不帶中心孔兩種。按強度又分為剛性螺栓和柔性螺栓，電廠的高溫緊固件一般用的是柔性螺栓。本文只要討論柔性螺栓。螺栓螺紋根部產(chǎn)生的裂紋沿螺栓橫斷面發(fā)展的橫向裂紋，中心孔加熱不當(dāng)產(chǎn)生的內(nèi)裂紋也是橫向裂紋，因此將探頭放在螺栓斷面探測，如果探頭聲束指向性好，剛好與裂紋面垂直，對發(fā)現(xiàn)裂紋最有利。下面我們針對螺栓裂紋的產(chǎn)生特點及檢測方式展開討論。

關(guān)鍵詞：超聲檢測；螺栓；裂紋；假信號

1 檢測方法的選擇

螺栓超聲檢測主要采用小角度縱波法、縱波直探頭法和橫波法三種方法，爬波法和相控陣檢測法可作為輔助檢測。本文主要針對前三種方法加以分析討論。螺栓兩端均為平面，或一端為平面，另一端具有不小于約5mm寬度的平面時可采用小角度縱波法或直探頭縱波法；螺栓端面無法放置小角度縱波斜探頭或縱波直探頭時應(yīng)采用橫波法；當(dāng)用一種檢測方法無法作出正確判定時，應(yīng)用其它方法進(jìn)行驗證。

檢測示意圖見圖1（無中心孔螺栓掃查）、圖2（有中心孔螺栓掃查）

位置1本側(cè)裂紋檢側(cè) 位置2 對側(cè)裂紋檢側(cè)

圖1 無中心孔螺栓掃查

位置1 小角度縱波斜探頭本側(cè)檢測 位置2 直探頭本側(cè)檢測

位置3 斜探頭橫波檢測 位置4 橫波檢測中心孔內(nèi)壁裂紋

圖2 有中心孔螺栓

2 小角度縱波法

2.1 小角度縱波檢測適用范圍規(guī)定如下

1）低合金螺栓。適用于無中心孔螺栓本側(cè)，長度符合表1規(guī)定。

2）對于馬氏體鋼及鎳基高溫合金螺栓，對側(cè)檢測長度應(yīng)不大于250mm。

3）有中心孔螺栓。本側(cè)中心孔內(nèi)壁缺陷檢測。

2.2 探頭的選擇

低合金鋼螺栓的檢測，小角度縱波探頭折射角一般取6o～8.5o，頻率5MHz；馬氏體鋼及鎳基高溫合金螺栓的檢測，探頭折射角一般取6o～12o，頻率2.5MHz。

2.3 小角度縱波檢測靈敏度

1）采用LS-1試塊調(diào)整，方法是：將LS-1試塊上的與被檢螺栓最遠(yuǎn)端螺紋距離相近的φ1mm橫孔最高反射波，調(diào)整到80%屏高作為基準(zhǔn)靈敏度，再根據(jù)被檢螺栓的規(guī)格和結(jié)構(gòu)形式提高一定的增益（dB）作為檢測靈敏度。

2）當(dāng)檢測范圍超過200mm時，每增加10mm，應(yīng)在原有的檢測靈敏度基礎(chǔ)上再增加1 dB。

3 直探頭縱波法

3.1 檢測適用范圍

1）低合金鋼螺栓：無中心孔螺栓本側(cè)；長度符合表1規(guī)定的無中心孔螺栓的對側(cè)和有中心孔螺栓的本側(cè)檢測。

2）馬氏體鋼及鎳基高溫合金螺栓：適用范圍與（3.1.1）相同，但對側(cè)檢測長度應(yīng)不大于250mm。

3）對長度大于等于400mm的螺栓，以檢測本側(cè)螺紋根部裂紋為主。

3.2 探頭頻率和晶片尺寸的選擇

1）低合金鋼螺栓：探頭的頻率一般選擇5 MHz，規(guī)格較大的螺栓可選擇2.5 MHz。探頭的晶片尺寸一般選擇Φ12或Φ14，規(guī)格較大的螺栓可選擇Φ20。

2）馬氏體鋼及鎳基高溫合金螺栓：探頭的頻率一般選擇2.5MHz，探頭的晶片尺寸選擇與低合金鋼螺栓相同。

3.3 檢測靈敏度

直探頭縱波法檢測靈敏度采用LS-1試塊調(diào)整，方法是：將LS-1試塊上與被檢螺栓最遠(yuǎn)端螺紋距離相近的Φ1橫孔最高反射波，調(diào)整到80%屏高作為基準(zhǔn)靈敏度，再根據(jù)被檢螺栓的規(guī)格和型式提高一定的增益（dB）作為檢測靈敏度。低合金鋼螺栓檢測靈敏度選擇可在表3 靈敏度的基礎(chǔ)上增益6dB，對于有中心孔馬氏體鋼及鎳基高溫合金螺栓本側(cè)檢測，則應(yīng)增益12dB。直探頭縱波法檢測靈敏度也可采用其他方法進(jìn)行調(diào)整，但應(yīng)不低于Φ1模擬裂紋的檢測靈敏度。

4 斜探頭橫波法

4.1 斜探頭橫波法主要適用于

端面無法放置小角度縱波斜探頭和縱波直探頭的螺栓；螺栓光桿處表面、螺紋根部處以及中心孔內(nèi)壁的檢測。

4.2 探頭選擇

橫波探頭K值一般取1.7。頻率選擇：低合金鋼螺栓為5MHZ；馬氏體鋼及鎳基高溫合金螺栓為2 MHz～2.5MHz。晶片尺寸選擇見上表4。

4.3 探頭曲面的選擇

如表5所示。

4.4 檢測靈敏度

檢測螺紋根部裂紋一般是以螺栓的螺紋反射波來調(diào)整檢測靈敏度。調(diào)整方法：前后移動探頭，找到檢測部位的螺紋反射波，一般應(yīng)出現(xiàn)4～6個螺紋波，且無明顯雜波，然后將螺紋反射波調(diào)到60%的屏高即可。且此時雜波高度達(dá)應(yīng)低于20%屏高。

檢測螺栓光桿處表面或中心孔內(nèi)壁裂紋采用LS-1試塊調(diào)整，方法是：將探頭置于試塊上，找到與被檢螺栓檢測范圍相近的Φ1橫孔反射波，調(diào)到60%屏高再增益6dB即可。

5 缺陷及檢測信號的分析

因為裂紋面垂直聲束，故裂紋波型清晰、陡直、尖銳。螺栓裂紋一般在螺紋根部，出現(xiàn)在結(jié)合面附近的第一、第二道裂紋處，中心孔裂紋一般出現(xiàn)在高溫加熱區(qū)。靠近裂紋波之后螺紋波將由于裂紋的遮擋而消失或減弱。對于較大的裂紋，底波明顯減弱甚至消失，如果增大探測范圍可以看到多次反射信號。

在螺栓探傷中除了底波和裂紋波之外，還有一些其他信號，如結(jié)構(gòu)波等，有時把他們統(tǒng)稱為假信號，檢測對此應(yīng)注意識別。第一，遲波。當(dāng)縱波直探頭至于螺栓端部時，擴散縱波波束在側(cè)壁產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換變?yōu)闄M波，此橫波在另一次側(cè)面又轉(zhuǎn)變?yōu)榭v波，最后回到探頭，在屏幕上顯示一個回波，由于此波一段變?yōu)闄M波，波速變慢，比直接到底部返回所需時間長，總是出現(xiàn)在一次底波之后，故稱為遲波。第二，過渡圓弧反射波。當(dāng)波打到螺栓頸部和螺紋過度段的圓弧上時，會反射到對側(cè)螺紋，再原路返回。會被誤認(rèn)為此段的缺陷信號，應(yīng)加以判斷。可用手指蘸油觸及此過渡段觀察波形變化或利用聲程推算。第三，螺栓斷面頂針孔雜波信號。它的特點是當(dāng)探頭移至頂針孔時才會出現(xiàn)，離開就消失。波形紊亂、離始波較近。

6 總結(jié)

綜上所述，采用以上三種檢測方法，在對螺栓進(jìn)行檢測時，能夠較好快速的檢出螺紋裂紋和內(nèi)部裂紋。對于假信號的識別，需要計算聲程確定假信號和裂紋信號的具體位置，并根據(jù)工作人員長期積累的經(jīng)驗加以識別。才能做出正確的缺陷判斷。我們應(yīng)該準(zhǔn)確的知道螺栓的結(jié)構(gòu)形式，注重積累現(xiàn)場實際經(jīng)驗，用科學(xué)的方法分析具體的波形變化掌握恰當(dāng)?shù)臋z測方法，才能對所檢螺栓質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，避免誤判，也絕不放過一個超標(biāo)缺陷，為整體質(zhì)量把關(guān)、負(fù)責(zé)。

參考文獻(xiàn)

[1]宋世橋，牛相安，李勇.在用高壓螺栓M64超聲波檢測的探討[J].無損探傷，2008，32（1）：30-33.

[2]熊軍.高溫緊固螺栓超聲波檢驗技術(shù)及應(yīng)用[J].華電技術(shù)，2010，32（7）：36-39.

[3]《DL/T694-2012高溫緊固螺栓超聲檢測技術(shù)導(dǎo)則》

[4]《DL/T439-2006火力發(fā)電廠高溫緊固件技術(shù)導(dǎo)則》

[5]《NB/T47013-2015承壓設(shè)備無損檢測》

作者簡介

梁曉剛，男，金屬專工/助工，本科，陜西能源麟北發(fā)電有限公司，研究方向：電廠金屬。