电站小径管焊接坡口磁粉检测工艺

电站小径管焊接坡口磁粉检测工艺

赵建卫

华润电力（云浮）有限公司，广东 云浮 527322

摘要： 锅炉受热面管工作环境复杂而恶劣，是电站机组设备安全的薄弱环节，在超临界（SC）、超超临界（USC）火力发电机组锅炉受热面管中大量应用了SA213-T91、SA213-T92、SA213-super304H、TP347HFG等新材料，针对这些材料的焊接坡口进行磁粉检测，由于位置狭窄、检测困难、工艺要求高，需要对磁粉检测的工艺方法进行专门探讨和研究，以确保磁粉检测在此条件下的灵敏度和可靠性。

主题词：锅炉受热面 小径管 坡口 磁粉检测 工艺研究

1 前言

在国民经济飞速发展、电力需求迫切、环保压力大的形势下，为了提高火力发电厂的热效率，降低环境污染，近年来超临界（SC）、超超临界（USC）火力发电机组已成为当前我国火力发电机组建设的主导方向，各种耐高温、高压的新材料也得以大量采用，例如SA213-T91、SA213-T92、SA213-super304H、TP347HFG等大量应用在锅炉受热面管子中，这些材料普遍的特点是合金元素含量高、裂纹敏感性大、焊接工艺要求严格。锅炉受热面管工作环境复杂而恶劣，是电站机组设备安全的薄弱环节，一旦爆管失效，轻则停炉影响生产，重则造成人身伤亡，给企业带来巨大的经济损失。随着单个机组的容量越来越大，其失效导致非停造成的经济损失也越来越大。因此，在制造、安装阶段确保锅炉受热面的质量成了所有建设方的关注重点。部分建设单位针对T91、T92、super304H、TP347HFG等材料的锅炉受热面在坡口加工完成后、施焊前对坡口部位要求进行100%磁粉检测。而这些部位，位置狭窄，检测困难，对设备及检测工艺要求高，需要对磁粉检测的工艺方法进行专门探讨和研究，以确保磁粉检测在此条件下的灵敏度和可靠性。

2 小径管的制造工艺及常见缺陷

锅炉受热面小径管基本上都采用无缝钢管，其制造是通过穿孔法和高速挤压法得。

穿孔法是用穿孔机穿孔，并同时用轧辊滚轧，最后用心棒轧管机定径压延平整成型。高速挤压法是在挤压机中直接挤压成形，这种方法加工的管材尺寸精度高。

锅炉受热面小径管中常见缺陷与加工方法直接有关，主要有裂纹、折迭、夹层等。这些缺陷从方向上来区分为两类，一类平行于管轴的周向缺陷(称纵向缺陷)，另一类垂直于管轴的径向缺陷(称横向缺陷)，如图1所示。

图1 锅炉受热面小径管材缺陷示意图

3 锅炉受热面小径管坡口磁粉检测的特点分析

锅炉受热面小径管坡口的磁粉检测较其他工件比较而言，其主要特点和难点体现在以下几个方面：

1）数量大，管径不等，管间隙差异大

以上海锅炉厂2×660MW超（超）临界机组为例，其受热面管道焊口有5～6万道，规格涵盖了Φ38×8(mm)、Φ32×6(mm)、Φ48×11(mm)、Φ35×8(mm)、Φ57×6(mm)、Φ57×4.5(mm)、ΦΦ48×11.5(mm)等近十多种，管间隙差异大，水冷壁管间距只有10mm～20mm，而悬吊管间距却达到上百毫米。对于管间隙小的部位，检测空间狭窄。

2）管材曲率大，检测部位狭小

锅炉受热面管道口径小，曲率大，导致磁粉检测仪器不容易布置，只能单向磁化，不能够采用高效率、灵敏度相对较高的交叉磁轭法等复合磁化方法。

3）受热面小径管坡口型式为 “V”型坡口，检测面为斜面，面积较小，磁轭难以贴合接触面，不易保证检测灵敏度。

4）为了确保小径管坡口部位的纵向和横向缺陷检出率，需要多方向磁化，这就要求磁粉检测仪器的磁极距能够在较大范围内调节。

5）由于SA213-T91、SA213-T92、SA213-super304H、TP347HFG等材料的管道在制造和坡口机械加工过程中，易出现裂纹和机械损伤等细小缺陷，要求需要较高的检测灵敏度。

4受热面小径管坡口磁粉检测的方法选择与工艺控制

4.1磁粉检测方法的选择

一般情况下，焊接坡口的磁粉检测可以选择触头法、磁轭法和交叉磁轭法。

触头法的主要优点是电极间距可以调节，可根据坡口的具体情况及灵敏度要求确定电极间距和电流大小。沿着坡口纵长方向磁化，是检测坡口表面与电流方向平行的分层和裂纹最有效的方法，操作方便，检测灵敏度高。但检测时要求在触头上应垫上铅垫或包上铜编织网，以防打火烧伤坡口表面，由于小径管坡口检测部位狭小，垫铅垫或包铜编织网不易操作，否则SA213T91、SA213T92材料打火后极易产生微裂纹。因此，触头法不可选。

交叉磁轭法检测坡口，适用于钢板焊缝或大型工件的焊缝，将交叉磁轭置于靠近坡口的工件表面上，连续行走磁化，利用靠近交叉磁轭很近处的有效磁化区检测缺陷。但锅炉受热面管道口径小，曲率大，坡口外侧无法放置交叉磁轭，因此，也不适合于小径管坡口的磁粉检测。

磁轭法属于单向磁化，其优点是设备简单、操作方便，与工件接触不会产生打火现象。但为了检出坡口各个方向的缺陷，必须在同一部位至少作两次互相垂直的磁化检测，如果根据小径管坡口的结构特点，是可以做到的。NB/T47013.4-2015《承压设备无损检测》（第4部分：磁粉检测）要求磁轭的磁极间距L应控制在75mm~200mm之间。锅炉受热面小径管的最小管径大致为40mm左右，其周长为125.6mm，适当放置磁轭可以满足标准对磁极最小间距的要求。只是由于小径管坡口检测部位狭小，如何选择磁粉检测设备以及如何确保磁轭跟检测面可靠接触，应是本工艺研究所要解决的问题。

4.2磁粉检测仪器的选择

既然选择磁轭法进行磁化检测，那磁轭就要满足小径管坡口检测的要求，具体而言，跟普通磁轭探伤仪相比至少要具备以下几个方面的性能：

1）体积小，重量轻，便于在狭小空间里使用方便； 

2）磁轭端部尽可能地小，且带一定倾角的斜面，有利于磁轭与坡口检测面的可靠接触；

3）由于体积小，就必须要求磁轭磁密度大，磁化效率高，以满足磁粉检测提升力的要求。

4）磁轭带有活动关节，可以大角度转动，满足多方向上的磁化要求。

通过市场调研和试检测，最终选择了深圳一家公司生产的充电式交流磁轭探伤仪，可满足上述要求，其主要性能特点和技术指标有：

1）仪器由微型磁轭和便携式充电交流磁化电源组成，体积小，重量轻，使用方便；

2）磁轭采用超薄超高导磁芯、一体化线圈，磁密度大，磁化效率高，重量轻，发热少，可以连续工作，寿命长；

3）智能断电保护(提升力不够时自动断电),保证探伤灵敏度；

4）提升力: 45N～66N；

5）灵敏度:一般应选用A1：30/100型标准试片；当检测焊缝坡口等狭小部位，由于尺寸关系，A1型标准试片使用不便时，可选用C:15/50型标准试片代替。

6）磁极间距: 40mm～200mm；

7）磁轭体积: 48×150×180mm；磁轭由可活动的关节组成，每个关节均可180°转动；

8）磁轭有集成高亮LED照明装置，工作时自动点亮，照明光强度≥1000lx。

4.3磁粉检测主要工艺控制

4.3.1检测表面预处理

小径管坡口检测时，跟电磁轭接触的部位不仅仅局限于坡口，还有部分管子外表面和内表面。坡口一般通过机加工的方式制备，跟管子内表面类似，通常会存在毛刺、油脂、污垢、铁锈、氧化皮等，因此检测前要进行清理或打磨处理。管子外表面有油漆，需要对离坡口至少100mm范围内的外表面进行打磨处理。所有处理过的内外表面的粗糙度R_a≤25μm。

4.3.2 综合性能试验

检测开始前，应选用C：15/50型标准试片检验磁粉设备及磁粉和磁悬液的综合性能。

标准试片表面不得有锈蚀、褶折；试片使用前，应用溶剂清洗防锈油；使用时，应将试片无人工缺陷的面朝外，并保持与坡口面有良好的接触。

C：15/50型标准试片上的槽型人工缺陷磁痕能够清晰显示，方能说明综合性能试验的检测系统灵敏度符合要求。

4.3.3横向缺陷的检测

为了有效检测焊接坡口处的横向缺陷，磁轭所形成的磁力线须沿管子圆周方向，因此要将两磁轭分别置于坡口斜面上、下两处。

考虑到NB/T47013.4-2015《承压设备无损检测》（第4部分：磁粉检测）要求：“磁轭的磁极间距L应控制在75mm～200mm之间”，对不同的管径，磁轭放置位置不同。

对于管径Φ≥48mm的小径管，对称放置，磁化两次，如图2所示。

图2 检测横向缺陷时磁轭对称放置示意图

对于管径Φ＜48mm的小径管，偏一侧交叉放置，磁化两次，保证100%覆盖，如图3所示。

图3 检测横向缺陷时磁轭偏一侧交叉放置示意图

4.3.4纵向缺陷的检测

检测焊接坡口处的纵向缺陷，磁轭所形成的磁力线须沿管子径向方向，将一磁轭跟管子外表面接触贴合，另一磁轭置于管子内壁，如图4所示。磁化时沿顺时针方向转动磁轭，每次转动角度视管径大小而定，以保证每次磁化区域不少于10%的重叠。

图4 检测纵向缺陷时磁轭放置示意图

4.3.4检测方法与操作

本工艺采用连续法湿法检测，每次磁化，通电1~3S，停施磁悬液至少1S后才可停止磁化，在可见光照度应不低于1000lx前提下观察磁痕显示并记录。

5 结语

本文分析小径管的制造工艺、常见缺陷以及锅炉受热面小径管坡口磁粉检测的特点的基础上，有针对性地合理选择磁粉检测工艺方法、选择适宜的检测设备和电磁轭型式，并提出了有效检测坡口横向缺陷和纵向缺陷的工艺措施。该工艺方法在某电厂2×1000MW二次再热超超临界机组安装工程中得到了具体应用，取得了较好的效果。

【参考文献】

1. 中国特种设备检验协会，《磁粉检测》第2版，中国劳动社会保障出版社

2）刘天佐、赵彦芬、张路等，锅炉受热面管的失效机理及预防措施研究，超（超）临界锅炉用钢及焊接技术协作网第四次论坛大会，2011年11月

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