金屬磁記憶無損檢測的應用
文章出處：http://www.hunchen.cn/責任編輯：消防檢測儀器設備人氣：687發表時間：2020-09-21 14:04:31
針對沙角C電廠3臺機組末級再熱器爐頂穿墻管爆漏的嚴重情況，應用金屬磁記憶無損檢測技術對爆管原因進行分析，為此，介紹了金屬磁記憶無損檢測技術的原理、檢測儀器、檢測方法；比較分析了金屬磁記憶無損檢測技術和傳統無損檢測技術的根本區別，指出它所具有的優越性。文章最后總結出：磁記憶檢驗是這類爆漏管子事故早期診斷并實現狀態檢修的有效手段。
關鍵詞：末級再熱器；金屬磁記憶；無損檢測；爆管
Application of nondestructive test with metal magnetic memory
LIN Jiedong1, LIU Hongwen1, ZHONG Wanli1, HE Weizhong2, HE Fengsheng1
NI Jinfei1
2. Shajiao C Power Plant, Dongguan, Guangdong 523908, China）
Abstract: Nondestructive test （NDT） technique with metal magnetic memory is used to
diagnose the serious burst of the final
Key words: final
1 ABB-CE公司660 MW機組末級再熱器結構及爆管基本情況
沙角C電廠3臺機組鍋爐是由美國ABBCE公司生產的亞臨界壓力中間再循環汽包爐。該種型號鍋爐末級再熱器穿頂棚處的結構屬于典型的高冠密封結構，自投運以來，高冠密封結構中的密封板與管子角焊縫頻繁發生爆破事故，導致非計劃停爐次數居高不下，造成極大的經濟損失。由于該電廠是廣東動力基地，頻繁的爆漏事故給電網的安全運行形成了極大的隱患，能找到一種簡便易行的方法來實現對此類焊縫失效的預先報警，顯得刻不容緩。
在圖1所示的結構中，從前往后數第1～20根為進口段，進口管焊縫為TP304H管子（φ63.5 mm×3.38 mm）和T12管子（φ63.5 mm×3.38 mm）對接；從前往后數第21～40根的大小頭結構為出口段，大頭材質為TP304H，規格為φ63.5 mm×3.38 mm，小頭材質為T22，規格為φ47.63 mm×4.57 mm，密封板母材為2.25Cr-1Mo鋼。
2002年10月20日，1號爐末級再熱器爐頂穿墻管發生爆漏，泄漏部位為A側（爐左側），從爐前往爐后數，第3排第18，19，20根管和第4排第20，21，22根管，共6根管。1號機組投入運行至爆漏時共累計運行時間為50 714 h，累計起停次數為107次。
通過圖1的現場爆口形貌，初步分析認為爆漏是在這種高冠密封結構之中。由于密封板與管子連接焊縫存在焊接缺陷或是由于連接焊縫處密封板與管子膨脹不同步造成應力分布不均勻，在應力作用下導致管子爆漏。
2鍋爐焊縫失效早期診斷的有效手段——磁記憶探傷
鐵磁材料內部的各種不均勻性（如形狀、結構及含有夾雜或缺陷等）往往是應力集中的部位。應力集中將使得材料在該區域的磁疇取向發生改變，在地磁環境中表現為局部的磁場異常，形成所謂的“漏磁場”，這就是地磁場激勵下應力磁檢測方法的物理基礎。基于這一理論，只要構件中開始出現應力集中或缺陷，就會產生磁狀態的不可逆變化，并在該區域內發生具有磁致伸縮性質的磁疇組織定向的和不可逆的重新取向，因而可通過磁場測量檢測出來。在鐵磁制件承受拉伸、壓縮、扭轉和周期性載荷時發生的剩余磁性的變化，都與最大作用應力有關系。在應變集中區，具有很高的應力能，在應力能的作用下，引起工件內部的磁疇在地球磁場中作疇壁的位移甚至不可逆的重新取向排列，產生磁彈性能來抵消應力能的增加，從而在應力集中區形成微弱的磁場，其分布形式類似缺陷的漏磁場，表現為金屬的磁記憶特性。磁場的切向分量HP（x）具有最大值，而法向分量HP（y）改變符號且具有零值點。通過對漏磁場法向分量HP（y）的測定，便可以準確地推斷工件的應力集中區，這非常有利于構件缺陷的早期檢測與預防。
常規無損檢測方法（超聲波探傷、射線探傷、磁粉探傷、滲透探傷等）都以缺陷檢測為主要目標。盡管應力的變化對檢測結果有一定的影響（如超聲波檢測），但使用常規的無損檢測卻不能判定部件的應力狀態，僅能檢出已發展成形的缺陷，均是缺陷和事故后的處理。金屬磁記憶檢測技術是迄今為止對金屬構件進行早期診斷的唯一可行的無損檢測方法。
3末級再熱器穿頂棚處入口段密封板（高冠密封結構）焊縫的磁記憶檢測
2003年1～2月，利用小修、搶修機會，用EMS-2000型磁記憶儀，對沙角C電廠2號爐、3號爐末級再熱器穿頂棚處入口段密封板焊縫進行了100%的磁記憶檢驗。
3.1儀器及調試
3.1.1儀器
采用智能磁記憶金屬診斷儀和傳感器。
3.1.2儀器調試
程序：采用單蹤；
顯示：陰影、時基；
調試：開機后按儀器提示進行歸一化和平衡處理。
3.2檢測方法
金屬磁記憶的檢測原理是鐵磁性部件缺陷或應力集中區域磁場的切向分量HP（x）具有最大值，法向分量HP（y）改變符號且具有零值，故可通過分析磁場強度法向分量的符號及K值（K=dHYP/dx）變化來完成對部件上是否存在缺陷（或應力集中區域）的檢測，檢測時傳感器需與被檢工件垂直
3.3檢測結果
2號爐和3號爐末級再熱器穿頂棚管入口段與密封板相連的焊縫各用金屬磁記憶檢測了760根，共計1 520根管子，發現了13根管子的焊縫磁記憶信號異常，其中末級再熱器的B5-20管子信號最為嚴重
3.4磁記憶信號異常管子常規探傷分析
經過與電廠各專業人員的共同討論，決定對這13條管子進行割管處理，并對所割的管子在實驗室進行無損檢測。具體分析方法為：先將每條管焊縫表面進行打磨，然后做著色探傷，記錄探傷結果，然后再將密封焊縫打磨平整，露出母材，再對管子母材進行著色探傷，分析結果見表1。裂紋深度測量表明，末級再熱器B5-7管子、B5-20管子的裂紋已經貫穿母材。圖4為末級再熱器B8-9管子、B5-20管子、B5-6管子、B5-7管子打磨處理后著色探傷所看到的缺陷。
4磁記憶與狀態檢修
“狀態檢修”是運用綜合性的技術手段，準確掌握設備狀態，預測故障的發生、發展情況，借助技術經濟分析，進行檢修決策和管理的一種先進的檢修模式，它是以設備當前的實際工作狀態為依據，通過先進的狀態檢測和診斷手段、可靠性評價手段以及壽命預測手段，判斷設備的狀態，識別故障的早期征兆，對故障部位及其嚴重程度、故障發展趨勢做出判斷，根據分析診斷結果，在設備性能下降到一定程度或故障將要發生之前主動實施維修。
根據現場調研得知，國內幾大鍋爐廠（上海鍋爐廠、哈鍋和東鍋）生產的300 MW機組的末級過熱器和末級再熱器管的穿墻部分廣泛地應用了高冠密封結構，經常發生爆破事故，給電網的安全運行造成極大的隱患。
目前，磁記憶檢測技術已經得到了國際焊接學會認可，部分東歐國家已建立了相關的標準，中國也已經開始了對這項技術的研究和應用。可以預見，磁記憶檢測技術將在未來的火力發電機組的狀態檢修中發揮重要的作用。
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