U形管彎管段消應(yīng)力熱處理過(guò)渡區(qū)的異常渦流信號(hào)

江 華，曹 萍，閆生志，李歡妮，肖 琪，李偉源，徐占標(biāo)，馬 駿，潘華彪

(浙江久立特材科技股份有限公司，湖州 313000)

U形傳熱管常采用冷彎的方式進(jìn)行加工，冷彎過(guò)程中常伴有應(yīng)力的產(chǎn)生，這些應(yīng)力會(huì)對(duì)管材的正常運(yùn)行帶來(lái)一些風(fēng)險(xiǎn)。主要表現(xiàn)為在高溫高壓環(huán)境下容易引起應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC),且往往發(fā)生于無(wú)明顯宏觀變形的情況，為了減少SCC的發(fā)生概率，制造廠常需要對(duì)彎頭段進(jìn)行消應(yīng)力熱處理，其目的是消除彎管彎制時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力[1]。其方法是采用電極加熱的方式對(duì)彎頭進(jìn)行熱處理，通過(guò)電極導(dǎo)電使得彎頭迅速升溫然后切斷電源采用風(fēng)冷的方式進(jìn)行冷卻。消應(yīng)力熱處理工藝如圖1所示。

1 異常渦流信號(hào)的產(chǎn)生

消應(yīng)力熱處理后，需要對(duì)U形傳熱管進(jìn)行內(nèi)穿式探頭渦流檢測(cè)，采用四頻八通道同時(shí)采集信號(hào)并分析。頻率分別為200 kHz,130 kHz,80 kHz,20 kHz,其中1,3,5,7為差分通道，2,4,6,8為絕對(duì)通道。采樣率為1 200采樣點(diǎn)/s;采集速度為300 mm·s-1;數(shù)字化率為每毫米4個(gè)采樣點(diǎn)，數(shù)據(jù)以回拉的方式進(jìn)行存儲(chǔ)。

多頻多通道渦流檢測(cè)采用的是相位-深度分析法，即根據(jù)標(biāo)定管的標(biāo)準(zhǔn)深度與相位關(guān)系制作出一條相位-深度判傷曲線(見(jiàn)圖2)。曲線的軸線為缺陷的相位值，縱軸為缺陷深度(以壁厚百分比表示)，管內(nèi)壁的缺陷使用一次直線擬合，管外壁缺陷使用二次曲線擬合獲得相位-深度曲線[2]。對(duì)檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的缺陷顯示使用該曲線進(jìn)行對(duì)比,得出缺陷深度的估計(jì)值，即所謂的“不連續(xù)性的估計(jì)深度與信號(hào)的相互關(guān)系”。

在使用該熱處理工藝生產(chǎn)某普通18-8型奧氏體不銹鋼熱交換U形管后，采用多頻多通道渦流探傷儀進(jìn)行內(nèi)穿式探頭內(nèi)渦流檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn),在2個(gè)電極夾鉗位置也就是在熱影響區(qū)的過(guò)渡段(見(jiàn)圖3)有1個(gè)異常渦流信號(hào)顯示(藍(lán)色色標(biāo)范圍內(nèi)信號(hào)顯示)，該信號(hào)在輔頻差分通道和絕對(duì)通道均有較明顯的顯示，將該信號(hào)按照相位傷深曲線規(guī)律判斷該處存在嚴(yán)重外表面壁厚減薄，最大處減薄達(dá)到87%，兩夾鉗位置彎管內(nèi)渦流異常信號(hào)顯示如圖4所示。

圖3 彎管內(nèi)異常渦流信號(hào)位置示意

圖4 兩夾鉗位置彎管內(nèi)異常渦流信號(hào)顯示

根據(jù)渦流信號(hào)規(guī)律進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)該處存在典型的外部損傷，特征為79%和87%的外壁壁厚減薄，為了驗(yàn)證分析該結(jié)論，對(duì)實(shí)物進(jìn)行定位分析并且采用其他無(wú)損檢測(cè)方法輔助檢測(cè)。

2 異常渦流信號(hào)的分析

首先通過(guò)渦流采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的計(jì)算對(duì)產(chǎn)生異常信號(hào)的位置進(jìn)行定位，然后采用目視檢測(cè)的方法進(jìn)行內(nèi)外表面檢驗(yàn)，通過(guò)對(duì)該處及附近位置的外表面放大鏡檢測(cè)和內(nèi)表面內(nèi)窺鏡查看，并未發(fā)現(xiàn)任何缺陷，內(nèi)外表面完好無(wú)損。另外，對(duì)其尺寸也進(jìn)行了檢測(cè)，并未出現(xiàn)異常，表面無(wú)凹坑、外凸、波浪、夾癟等。異常信號(hào)位置處外表面及內(nèi)表面形貌如圖5所示。

圖5 異常信號(hào)位置處外表面及內(nèi)表面形貌

既然內(nèi)外表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)缺陷，則需判斷該處橢圓度是否有突變或者內(nèi)部及近表面是否存在缺陷，接下來(lái)采取其他無(wú)損檢測(cè)手段進(jìn)行輔助分析。將帶有異常信號(hào)的位置截取下來(lái)進(jìn)行超聲檢測(cè)(UT)、滲透檢測(cè)(PT)和射線檢測(cè)(RT)，超聲檢測(cè)按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5777-2008 L2 《無(wú)縫鋼管超聲波探傷檢驗(yàn)方法》 執(zhí)行，采用GE ROTA40設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，沿管材縱向橫向內(nèi)外表面進(jìn)行雙向掃查，結(jié)果顯示該處并沒(méi)有分層、折疊、裂紋等類型缺陷顯示，管材超聲波A掃波形非常規(guī)律。另外，還利用超聲波探傷儀自動(dòng)全長(zhǎng)測(cè)厚測(cè)外徑的功能對(duì)所截取管材進(jìn)行全長(zhǎng)連續(xù)測(cè)量，結(jié)果顯示異常信號(hào)及附近尺寸(壁厚、外徑)也沒(méi)有明顯變化，處于穩(wěn)定的狀態(tài)。超聲檢測(cè)A掃波形如圖6所示，外徑及壁厚連續(xù)尺寸測(cè)量圖如圖7所示。

圖6 超聲檢測(cè)A掃波形

圖7 外徑及壁厚連續(xù)尺寸測(cè)量圖

液體滲透檢測(cè)主要是針對(duì)表面開(kāi)口缺陷的檢測(cè)[5]，由于管材內(nèi)徑較小，只能對(duì)管材外表面進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)條件及檢測(cè)靈敏度要求比較高，所以采用溶劑去除型著色滲透檢測(cè)法對(duì)異常信號(hào)處及其附近表面進(jìn)行檢測(cè)，嚴(yán)格按照NB/T 47013.5-2015 《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》 進(jìn)行操作，檢測(cè)結(jié)果為實(shí)物被滲透，表面沒(méi)有線狀、點(diǎn)狀顯示，檢測(cè)結(jié)論為外表面合格。異常信號(hào)及其附近液體滲透檢測(cè)結(jié)果如圖8所示。

圖8 異常信號(hào)及其附近液體滲透檢測(cè)結(jié)果

同樣的也對(duì)其進(jìn)行X射線檢測(cè)，X射線是波長(zhǎng)極短的電磁波，能量較高，能夠穿透較厚的物體。當(dāng)其穿過(guò)物體時(shí)存在衰減作用，如果被檢物體中存在缺陷就會(huì)影響射線的吸收，使透過(guò)的射線強(qiáng)度發(fā)生變化[6]。由于被檢測(cè)產(chǎn)品為無(wú)縫鋼管，使用X射線實(shí)時(shí)成像設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，掃查完成后發(fā)現(xiàn)并無(wú)分層、裂紋等缺陷的顯示，檢測(cè)結(jié)果為合格。異常信號(hào)及其附近的X射線檢測(cè)結(jié)果如圖9所示。

圖9 異常信號(hào)及其附近的X射線檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)上述不同的無(wú)損檢測(cè)方法輔助檢測(cè)，得出的結(jié)論都是一致的，即異常信號(hào)及其附近位置是完好的，并未存在不連續(xù)缺陷顯示。這一結(jié)論與內(nèi)渦流分析檢測(cè)結(jié)果差異較大，說(shuō)明利用渦流缺陷信號(hào)的分析規(guī)律分析該顯示是不恰當(dāng)?shù)模瑫?huì)造成檢測(cè)的誤報(bào)。該熱處理工藝下產(chǎn)生的異常渦流信號(hào)不是缺陷信號(hào)，而是一種固有的信號(hào)，一種該熱處理?xiàng)l件下固有的工藝加工信號(hào)。這類信號(hào)產(chǎn)生的原因是消應(yīng)力處理導(dǎo)致了材料物理性能的改變，這變化來(lái)自消應(yīng)力后基體中溶質(zhì)原子濃度的改變，脫溶相微粒的影響和合金中應(yīng)變場(chǎng)的作用等。消應(yīng)力初期使電子散射幾率增加，故合金電阻上升，但過(guò)了時(shí)效則因基體中溶質(zhì)原子貧化(經(jīng)脫溶分解造成溶質(zhì)原子缺失)而使得電阻下降[4]。合金的磁性也因時(shí)效而變化，由于脫溶相阻礙磁疇壁的移動(dòng)，磁導(dǎo)率會(huì)因時(shí)效而下降。當(dāng)這種狀態(tài)重新進(jìn)行固溶處理后又會(huì)恢復(fù)到初始的狀態(tài)，為了驗(yàn)證以上分析同時(shí)也排除其作為缺陷信號(hào)的定性，另增加了試驗(yàn)。

試驗(yàn)方法為對(duì)帶有該異常信號(hào)的兩支U形管(1#和2#)重新進(jìn)行整體固溶熱處理，熱處理溫度為1 050 ℃。1#，2#管材整體熱處理前后渦流信號(hào)如圖10所示。

從圖10可以發(fā)現(xiàn)帶有異常信號(hào)的1#，2#管經(jīng)整體熱處理后，異常渦流信號(hào)在各個(gè)通道消失，從這也可定性這種電極加熱式熱處理異常內(nèi)渦流信號(hào)不是一種缺陷信號(hào)。

最后，在帶有異常渦流信號(hào)的U形管中任取3支，進(jìn)行XRD(X射線衍射)殘余應(yīng)力檢測(cè)。每支U形管檢測(cè)部位分別為異常渦流信號(hào)顯示、上下各50 mm位置以及上下各100 mm位置，共5個(gè)截面，每個(gè)截面檢測(cè)上、下、左、右共4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)環(huán)向殘余應(yīng)力。

檢測(cè)結(jié)果顯示，在未消應(yīng)力區(qū)、過(guò)渡區(qū)以及消應(yīng)力區(qū)3個(gè)部位的環(huán)向殘余應(yīng)力有明顯變化，其中未消應(yīng)力區(qū)為拉應(yīng)力，消應(yīng)力區(qū)為壓應(yīng)力，中間存在拉應(yīng)力向壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變的區(qū)域?yàn)檫^(guò)渡區(qū)，殘余應(yīng)力過(guò)渡區(qū)位置與異常渦流信號(hào)位置一致。

圖10 1#，2#管材整體熱處理前后渦流信號(hào)

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)消應(yīng)力熱處理的U形傳熱管彎管段實(shí)施渦流檢測(cè)，并對(duì)出現(xiàn)異常信號(hào)的熱處理過(guò)渡區(qū)采用多種檢測(cè)手段進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，經(jīng)分析可以得出以下結(jié)論。

(1) 發(fā)現(xiàn)經(jīng)VT、UT、RT、PT等檢測(cè)方法檢測(cè)，均未出現(xiàn)缺陷顯示及其他異常情況，從而可以得出U形管彎管段消應(yīng)力熱處理后出現(xiàn)的異常渦流信號(hào)不是不連續(xù)的缺陷信號(hào)顯示，它只是一種加工工藝信號(hào)，即一種在該種熱處理工藝下固有的信號(hào)顯示。這種信號(hào)是一種新的組織結(jié)構(gòu)類別的顯示，是在這種熱處理工藝下所特有的。所以現(xiàn)有的渦流檢測(cè)分析方法及規(guī)律已經(jīng)不適用于這種信號(hào)的分析，需要在對(duì)生產(chǎn)工藝深入了解的基礎(chǔ)上，進(jìn)行大量的渦流及其他檢測(cè)方法的試驗(yàn)研究，以探討信號(hào)是否存在于夾鉗處熱影響過(guò)渡段，并作為現(xiàn)有渦流信號(hào)分析規(guī)律的一種補(bǔ)充，準(zhǔn)確地對(duì)信號(hào)進(jìn)行定性判斷，真正做到不漏檢，不誤檢。

(2) 該過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)異常渦流信號(hào)的根本原因是U形管局部消應(yīng)力熱處理后，消應(yīng)力區(qū)與未消應(yīng)力區(qū)的環(huán)向應(yīng)力發(fā)生變化，存在應(yīng)力變化過(guò)渡區(qū)，屬于局部消應(yīng)力熱處理固有的工藝信號(hào)。