螺栓质量的超声检验技术浅析

2 螺栓失效的原因
1) 螺栓所用材质不良, 造成钢材的持 久塑性降低, 缺口敏感性高, 运行过程中, 易产生脆性组织使之发生脆性断裂, 另外 钢材的冶金质量不好, 非金属夹渣物过多, 螺纹疏松等宏观缺陷都会促使螺栓脆断。
2) 螺栓的加工工艺不当也会引起持久 塑性降低和缺口敏感性增加。
3) 螺栓结构设计不合理, 加工质量不 好, 螺纹根部圆角半径太小, 造成严重局部 应力集中, 使螺栓过早地损坏。
主题词 螺栓 超声检验 质量控制
1 前言
在电厂中, 螺栓是锅炉、汽轮机和蒸汽 管道或其它承压管道阀门上的重要紧固零 件, 螺栓在工作时, 由于螺母拧紧而使其受 到拉应力, 从而使螺栓产生一作用于法兰 结合面的压力, 使所连接的两结合面密合 而不致产生泄漏现象, 可是在日常使用过 程中时常会有失效现象, 给电力生产带来 了隐患, 严重时会酿成机毁人亡的大事故。 要消除所用螺栓中的隐患, 提高螺栓的质 量, 首先必须弄清螺栓失效原因, 采取措施 对螺栓的制造安装及使用过程进行质量检 验。
4) 在安装检修时, 紧固或松解螺栓如 初紧力过大或人为的扳手捶撞, 及其热紧 时加热方法不当, 螺栓偏斜等使螺栓受到
拉剪弯扭应力而产生了微裂纹。 5) 在使用过程中的螺栓处于高频振动
状态, 且机组频繁启停, 使螺栓受到热疲劳 应力而产生疲劳裂纹。
了解了螺栓失效的原因, 弄清了情况, 方可知螺栓失效产生的断裂基本上是微 裂。要消除其隐患, 必须对其加工品及使用 品的螺栓进行探伤检验, 而在探伤方法中, 唯有超声波探伤最佳。但是, 在超声波探伤 中, 目前对螺栓的检验技术要求及结果评 定还没有具体的专业技术标准。 为此笔者 收集了大量的技术资料, 根据 JB 4730- 94 《压力容器无损检测》标准, 结合多次大修 对螺栓检验中的经验, 制定了相应的判定 标准。
经过上述对伪缺陷波的识别总结, 在 现场螺栓检验中, 其超声波显示屏上反射 波的特性可一目了然, 正确判定所检验螺 栓的质量, 将上述方法应用于平圩电厂及 广东深圳大亚湾核电站的大修中效果良 好, 至今未出现因螺栓失效而造成的设备 事故。
但是要保证螺栓的使用质量万无一
失, 除定期超声检验外, 还要对螺栓的加 工、安装、检修的工艺掌握好, 确保螺栓的 质量。
图2
3) 退刀槽波: 纵波直探头置于螺栓端 部时, 在螺纹退刀槽部位产生反射回波, 声 程近似本端螺纹长度, 仔细检查螺栓四周 都有, 且回波的高度位置不变 (见图 3)。
图3
4 ) 圆角螺纹反射波: 纵波直探头置于 (下转第 37 页)
《无损探伤》 (双月刊) 2000 年第 5 期
但是实际检验时, 由于受到探伤的限 制和侧边边界条件的影响, 重要部位裂纹 的检出灵敏度较低, 尤其是检验带中心孔 的长螺栓时, 由于扩散声束在中心孔和丝 扣上多次反射而产生许多变形波与入射波 互相叠加干涉的结果, 改变了声场的指向 性和对称性, 使反射回波十分杂乱, 不仅给 判定缺陷带来了困难, 而且降低了检出灵 敏度, 所以要得到真实正确的检验结果, 应 该在超声波反射回波上分清真伪缺陷波, 经过多年的检验对比分析, 总结出影响螺 栓检验灵敏度的伪缺陷波有:
耦合剂: 20#～ 50# 机油。 312 先决条件
检验员应清楚地了解被检螺栓在现场 或其它场所存放的位置、数量、规格、材质
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等。 螺栓应清理干净, 端部露出金属光泽。 表面粗糙度应优于 613Λm , 而且要编号便 于记录。 313 仪器调节
4 预防螺栓断裂失效的措施
1) 控制螺栓的硬度和金相组织, 如果 发现硬度偏高或金相组织出现严重网状晶 界时, 应考虑重新进行热处理。
2) 改进螺栓结构, 电厂发现的断螺栓 大多为双头螺柱。 这种螺柱光杆部分的直 径与螺纹直径相等, 无过渡圆角, 存在着严 重的应力集中, 断裂部位常常发生在旋入 端螺纹与光杆交界处。为了避免这种现象, 可将光杆直径减小改成细腰螺栓以缓解应 力集中现象, 减少断裂的发生。
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1) 迟波: 当纵波直探头置于螺栓端部 时, 扩散纵波波束在侧壁产生波型转换, 转 换成横波, 此横波在另一侧面又转换为纵 波, 最后经底面反射回到探头, 从而在示波 屏上出现一个回波, 由于转换的横波声程 长、波速小, 传播时间较直接从底面反射的 纵波长, 因此转换后的波总是出现在第一 次底波 B 1 之后, 故称迟波为 H 1、H 2 (见图 1)。
3) 提高螺栓的加工精度和表面质量以 减少应力集中。
4) 改进安装检修工艺, 控制初紧力, 改 进加热方法, 丝扣部分要研磨光洁, 加入防 止螺栓咬死的涂料, 法兰结合面要注意平 整。
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渗透检测的第一个技术要点是确保渗 透剂渗入缺陷的间隙中去, 所以渗透剂要 具有良好的渗透性能是至关重要的。 国外 的生产厂家是通过爬高试验、铺展性试验 和耐挥发性试验来确定其工艺性能的, 并 因此确定其灵敏度等级。我国 JB 4730—94 标准中没有关于渗透检测的灵敏度级别的 划分, 因此我国渗透剂产品也没有灵敏度 等级的认定。 这不能不说是我国压力容器 行业渗透检测的又一不足之处。
愿意在修订后的标准中看到有相应内 容的规用罐装渗 透剂牌号。 ——笔者注)
(上接第 34 页) 螺栓端部时其螺纹与光杆过渡的圆角弧面 产生反射波, 声程基本上是 XR = b + d, 细 查四周都有, 回波波幅高度不变 (见图 4)。
图4
5) 顶孔杂波: 纵波直探头置于螺栓端 部时, 带有顶孔的螺栓会有顶孔杂波, 位于 始波附近, 当探头移开顶孔时, 杂波消失。
超过 25℃以上的温度条件。
4 结论
渗透检测的检测灵敏度取决于渗透检 测剂性能的优劣以及检测程序、方法正确 与否, 两者缺一不可, 否则就不能获得良好 的缺陷检测灵敏度。JB 4730—94 标准仅对 常温条件下的渗透检测提出了操作方法应 予鉴定的试验规定, 看来有失全面考虑。笔 者在过去的工作经历中曾使用过日本荣进 株式会社生产的高温渗透剂, 那是一种耐 高温挥发的油基渗透剂。在我国, 由于标准 没有“在非常温条件下应选用特殊渗透剂” 的规定, 所以我国的渗透剂产品也相应呈 单一状态。
3 检验方法及判定标准
311 检验器材 仪器: A 型脉冲反射式超声波探伤仪,
符合 JB T 10061- 1999《A 型脉冲反射式 超声波探伤仪通用技术条件》要求。
探头: 按 JB T 10062- 1999 超声探伤 用探头性能测试方法》中的规定进行测试, 不应有明显双峰; 频率 215～ 5M H z 的直 探头, 晶片直径 = 12～ 14mm。
图1
2) 变形波: 即纵波直探头置于螺栓端 部时, 其扩散波束在侧壁产生波型变换, 且 相互叠加, 在螺纹丝扣上反射回波, 在第一 次底波 B 之前与丝扣裂纹反射回波相似, 细查可看四周情况相同, 用手沾着机油拍 打, 变形波会跳动。 其声程的经验公式即 X 变= L - a+ 1152d (见图 2)。
时基扫描线的调节应按螺栓长度比例 进行, 螺栓的检验灵敏度应在螺栓上进行 调节, 即是选取无缺陷的螺栓, 将选用的直 探头放在螺栓平顶边缘部位。调节衰减器, 使螺栓螺纹波幅在荧光屏上清晰地出现, 最大螺纹波幅不超过 40% 屏高, 以此作为 检验灵敏度。 314 判定标准 31411 在检验扫查过程中, 发现螺栓底波 明显降低或消失, 螺纹处异常波幅大于荧 光屏满刻度 80% 以及其它部位缺陷波幅 大于 80% 屏高的螺栓应判废。 31412 在检验扫查过程中, 螺栓底波无明 显降低, 螺纹处异常波幅虽大于 40% 屏高 但小于 80% 屏高以及其它部位出现波幅 小于 80% 屏高的缺陷反射讯号, 应查明原 因, 凡属裂纹性质的缺陷反射波幅, 均作判 废处理, 非裂纹性质可作为合格。 31413 在检验扫查过程中, 螺栓底波无明 显降低, 螺纹处无异常 波 幅 大 于 40% 屏 高, 其它部位无明显缺陷反射波幅的螺栓, 均为合格。
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螺栓质量的超声检验技术浅析
金万里 (安徽淮南平圩电厂生技科 淮南 232089)
摘 要 通过对失效螺栓的综合分析, 制定了控制螺栓质量所采用的超声检验技术 程序和评定标准, 分析了螺栓超声检验的示波情况及防止螺栓失效的措施, 据此对螺栓作 正确的质量评定, 保证其安全使用。