在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥的無損檢測

鄧 兵 劉獻游（四川省特種設(shè)備檢驗研究院 成都 610061）

在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥的無損檢測

鄧 兵 劉獻游
（四川省特種設(shè)備檢驗研究院 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)鍋爐機組的堵閥材料主要采用鑄鋼C12A。針對該材料的特性和鑄造特點以及在運行中產(chǎn)生的缺陷情況，本文提出在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥的無損檢測最佳方案是磁粉檢測加超聲波檢測，并詳細介紹了在役C12A堵閥的磁粉檢測和超聲波檢測方法。

電站鍋爐 堵閥 缺陷 磁粉檢測 超聲波檢測

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做為堵板使用，在鍋爐運行中作為蒸汽管道使用。隨著超（超）臨界高參數(shù)鍋爐機組的出現(xiàn),鍋爐溫度和壓力進一步提高，對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，對于電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥的無損檢測最佳檢測方案是什么，如何具體檢測，檢測中又該注意哪些問題。

本文針對上述問題展開了探討。

1 C12A材料特性和鑄造特點

C12A屬馬氏體耐熱鑄鋼,其國外標準牌號為ASME SA217 C12A，國內(nèi)牌號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（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性差，澆注溫度不當容易產(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)臨界火電機組中汽缸、高壓閥體等關(guān)鍵部件。上世紀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、韓國等國進口，2000年以后，我國加大了對該材料的研究，2005年，我國出臺了JB/T 5263—2005標準已涵蓋了C12A、WC9、WC6、WCB等材料的鑄鋼件?，F(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

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

在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥無損檢測包括射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測,其中運用最廣泛的是磁粉檢測。磁粉檢測由于對表面和近表面檢測有較高的靈敏度，檢測速度快，因此作為馬氏體耐熱鋼的在役C12A堵閥的無損檢測首選，檢測中發(fā)現(xiàn)的閥體裂紋一般都是磁粉檢測發(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，在制造探傷檢測中也不易將缺陷全部檢出處理干凈，檢出的缺陷進行焊補處理，焊補處理和焊補后的熱處理不當易產(chǎn)生裂紋。由于制造廠家對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，造成磁粉檢測的缺陷檢出率降低（噴丸前后磁粉檢測陷缺情況對比試驗結(jié)果見表1）。

表1 噴丸前后磁粉檢測陷缺情況對比試驗結(jié)果

小缺陷在高溫高壓運行中較易擴展，所以對在役C12A堵閥的磁粉檢測時，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，這對磁粉檢出裂紋缺陷很關(guān)鍵。檢測前用A-30%的靈敏度試片實驗檢測靈敏度是否達到檢測要求，為增加對比度，可施加反差增強劑，檢測用紅黑磁粉都可以，用水懸液檢測應(yīng)注意在檢測前用水潤濕C12A閥體檢測表面，否則水懸液在檢測表面不能潤濕，造成小裂紋缺陷漏檢。其次磁粉檢測設(shè)備以磁軛式探傷儀為主，防止觸點灼傷產(chǎn)生裂紋，探傷儀要有足夠的提升力，在檢測過程中每次磁化都應(yīng)該在相互垂直的兩個方向進行或用旋轉(zhuǎn)磁場探傷儀，磁化時間1～3s，磁化要有缺痕形成的時間，不宜過快，磁化的同時進行觀察，對疑似缺陷痕跡應(yīng)打磨探傷確認，對檢出的裂紋應(yīng)進行記錄處理。

2.2 超聲波檢測在在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥中運用

●2.2.1 在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥超聲波檢測的可行性

由于磁粉檢測只能檢測表面和近表面缺陷，對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內(nèi)部埋藏缺陷。在制造鑄鋼件的檢測中，射線檢測是較好的選擇。但在在役的鑄鋼件的現(xiàn)場檢測中，受結(jié)構(gòu)形式，檢測成本的影響，受現(xiàn)場條件的制約，難于有效的開展檢測工作，對閥門殼體進行檢測的部位有限。超聲波檢測則能滿足其檢測要求，彌補鑄鋼件的在役無損檢測。

鑄鋼件具有晶粒粗大，聲波衰減，組織不致密，形狀復雜的特點，粗大的晶粒的晶界會反射聲波，因而影響超聲波檢測的可靠性，超聲波檢測鑄鋼件雖然現(xiàn)在還存在許多技術(shù)瓶頸，但超聲波由于其經(jīng)濟、便捷，是更為實用的檢測方法，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)鍋爐機組閥門鑄鋼件閥體在役高溫高壓下運行，對規(guī)程要求RT檢測的部位以外如有缺陷而又沒進行檢測，就可能造成嚴重的后果。因此，在役檢測工藝上應(yīng)增加對閥門殼體超聲波的整體100%檢測。對此，目前國內(nèi)未得到廣泛認可，其原因是由于受到檢測設(shè)備條件的制約，超聲波檢測結(jié)果沒有直接見證記錄等。

然而目前的超聲波檢測設(shè)備已得到飛速發(fā)展，智能化水平很高，能實現(xiàn)超聲波檢驗的過程記錄，檢測結(jié)果可用圖像顯示并重現(xiàn)，可與計算機進行數(shù)據(jù)傳輸。因此無論工藝還是檢測設(shè)備對在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥殼體進行100%整體超聲波檢測均可行。

●2.2.2 在役電站鍋爐鑄鋼C12A堵閥超聲波檢測的必要性

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

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

圖1 超聲波檢測到埋藏缺陷

C12A材料閥門在制造過程和安裝前都經(jīng)過了認真詳實的RT、UT、MT多次檢測，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，磁粉檢測是不能發(fā)現(xiàn)的。對磁粉檢測發(fā)現(xiàn)的剛露出表面一點的裂紋缺陷進行消缺處理，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，在鑄造時極易產(chǎn)生疏松、裂紋缺陷。由于鑄鋼件的自然時效時間不足應(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，因此對其進行整體超聲波檢測是十分必要的。

●2.2.3 超聲波檢測試塊制作

在役鑄鋼C12A閥體的超聲檢測需制作模擬對比試塊。根據(jù)GB/T 7233標準制作試塊需采用與被檢材料聲學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?？v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°，必要時可使用折射角為60°或70°的探頭。

●2.2.4 超聲波檢測靈敏度

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)外刻槽對比試塊制作距離-波幅曲線（DAC），以此作為檢測靈敏度，實際檢測根據(jù)經(jīng)驗應(yīng)提高6dB作為掃查靈敏度。

●2.2.5超聲波檢測表面粗糙度引起的靈敏度補償

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

●2.2.6 超聲波檢測波束擴散引起的補償

在檢測厚度大于50mm的情況下，由于波束的擴散，缺陷位置越深，與探頭的移動距離相比，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，缺陷的實際尺寸可以從式（1）計算得到,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際尺寸，對波高參考曲線（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，也就是說此時不應(yīng)考慮超聲波聲束擴散。

●2.2.7 超聲波檢測底波損失的評定

在進行底波損失測量的過程中，對底面反射波的衰減超過鑄鋼件透聲性規(guī)定的允許值時，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。如果確認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定方法測定面積,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行垂直法探傷。

2）厚度大于50mm的鑄鋼件閥體，由于距檢測表面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行垂直法探傷檢測。

3）對打磨或機加表面的部位應(yīng)在外表面進行橫波檢測，特別是焊接返修部位附近檢測是否有裂紋類缺陷出現(xiàn)，對橫波不能檢測的區(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面）檢測。

●2.2.9 超聲波缺陷顯示的評定

1）在使用縱波法探傷過程中，缺陷單個波幅達到AVG曲線以上18dB,缺陷高度達到壁厚的20%，缺陷長度超過30mm的應(yīng)處理。對檢出的面積型缺陷應(yīng)用橫波探傷予以確認缺陷性質(zhì)，當某部位檢出的缺陷波波幅很小，但缺陷顯示在時基線（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檢測，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行詳細復查，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)記錄所有具有游動回波特征或在壁厚方向能檢測到缺陷尺寸的信號。

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

●2.2.10 超聲波探傷工藝的驗證

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

4 結(jié)束語

針對超（超）臨界高參數(shù)鍋爐機組鑄鋼C12A堵閥的材料特性、制造工藝、運行條件的特殊性，對其在役無損檢測時，采用磁粉檢測加整體超聲波檢測是可行和十分必要的。它能及時排除缺陷對運行帶來的風險，也能為鑄造企業(yè)工藝改進提供依據(jù)，更能為完善電站鍋爐堵閥的檢驗，維護電站鍋爐的安全運行發(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標準操作方法[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，高級無損檢測員，從事承壓類特種設(shè)備檢驗工作。

2015-04-09）