Оборудования. Методы контроля состояния элементов

Методы контроля состояния элементов

Для повышения достоверности результатов при выявлении повреждений контроль металла оборудования ТЭС проводится методами, основанными на различных физических процессах. В частности, для контроля состояния паропроводов используются визуальный контроль (ВК), ультразвуковой контроль (УЗК), вихретоковый контроль (ВТК), контроль по аммиачному отклику детали (ДАО), магнитопорошковая дефектоскопия (МПД), определяется овальность гибов (ОВ), измеряется остаточная деформация прямых труб и прямых участков гибов (ОД), проводится микроструктурный мониторинг (ММ) и исследование металла контрольных вырезок.

4.2.1. Визуальный контроль

Визуальный контроль проводится без применения увеличительных приборов после очистки труб от изоляции и внешних отложений. Трубы бракуются, если обнаружены плены, закаты, трещины, расслоения, глубокие риски. Допускаются поверхностные дефекты без острых углов глубиной не более 5 % от номинальной толщины стенки при условии, что толщина стенки не менее допустимого значения для данной трубы.

4.2.2. Измерение овальности гибов

Овальность определяется путем измерения наибольшего D _мах и наименьшего D _мin диаметров гиба микрометром с ценой деления не менее 0,01 мм. Значение овальности в процентах рассчитывается по формуле

. (4.1)

4.2.3. Измерение остаточной деформации прямых труб

Остаточная деформация измеряется микроманометром с точностью не менее 0,05 мм по реперам, установленным на прямых трубах длиной не менее 500 мм, а также на прямых участках гибов длиной не менее 500 мм. Реперы располагаются по двум взаимно перпендикулярным диаметрам в средней части каждой прямой трубы или прямого участка гиба на расстоянии не менее 250 мм от сварного соединения или начала гнутого участка. Измерение остаточной деформации ползучести производится при температуре стенки трубы не выше 50 °С. Значение остаточной деформации от начала эксплуатации до момента измерения определяется по формуле

, (4.2)

где D – диаметр трубы, измеренный по двум взаимно перпендикулярным плоскостям; D _исх – исходный диаметр трубы, замеренный по реперам в исходном состоянии;
D _тр – наружный диаметр трубы, измеренный вблизи реперов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в исходном состоянии.

Расчет остаточной деформации производится для каждой плоскости, в качестве окончательного принимается наибольшее значение D Е.

4.2.4. Магнитопорошковая дефектоскопия

Этот метод основан на создании вокруг исследуемой детали магнитного поля и изучении характеристик этого поля. При наличии дефектов магнитное поле искажается. По величине и виду искажений можно судить о типе и размерах дефекта.

Для проведения анализа поверхность контролируемого элемента зачищается, и на нее насыпается порошок из мелких магнитных частиц. Вблизи дефекта магнитные силовые линии образуют замкнутые контуры, и частицы располагаются по контуру дефекта.

Метод достаточно прост и дешев, но обладает невысокой чувствительностью. Метод может выявлять дефекты, находящиеся от поверхности на расстоянии не более 1,5 мм. Этот метод обычно применяется перед УЗК в качестве первичного контроля.

4.2.5. Вихретоковый контроль

Метод основан на принципе электромагнитной индукции. С помощью индуктивных катушек в исследуемой детали наводятся вихревые токи. По характеру этих токов определяется наличие дефектов. Для анализа используются охватывающие катушки, внутри которых помещается исследуемая зона детали, и плоские катушки, наводящие индуктивные токи с поверхности детали.

Основной особенностью метода ВТК является возможность проведения анализа без зачистки контролируемой поверхности или с грубой зачисткой. Почти не реагируя на такой фон, индикатор глубины трещин воспринимает сигнал на наличие трещин определенных размеров.

При анализе датчик перемещается в разных направлениях и по показаниям микроамперметра определяется место расположения трещины. В том месте, где обнаружена трещина, поверхность детали зачищается и проводятся измерения другими методами.

4.2.6. Контроль по аммиачному отклику детали (ДАО)

Сущность метода заключается в насыщении поверхности детали аммиачным раствором, удалении излишков его с поверхности и оценки состояния детали по количеству и расположению оставшихся заполненными жидкостью полостей.

При смачивании поверхности детали аммиак сначала заполняет поры металла, а затем после удаления избыточной влаги начинает выходить из дефектов в окружающую среду. При этом каждый дефект становится источником газообразного аммиака. Для регистрации дефектов используется специальная индикаторная бумага, изменяющая цвет при попадании на нее аммиака. Приложив такую бумагу к поверхности предварительно обработанной аммиаком детали, можно получить так называемый аммиачный отклик детали. На поверхности бумаги за счет изменения ее цвета строго напротив дефектов возникают отражения дефектов, называемые ДАО-портретами. Благодаря способности аммиака быстро распространяться по бумаге, размеры ДАО-портретов намного превышают размеры соответствующих дефектов, что позволяет методами ДАО-технологии регистрировать трещиноподобные дефекты с раскрытием порядка микрона, глубиной не менее 0,3 мм и длиной 0,3 мм.

Перед смачиванием детали жидкостью с поверхности детали удаляют плотные слои отложений или окалины с помощью абразивных инструментов, а лаки, краски и масла смывают соответствующими растворителями. Необходимая степень чистоты поверхности зависит от типа искомых дефектов и способа заполнения дефектов.

Насыщение поверхности детали аммиаком производится путем наложения на деталь ткани, смоченной аммиачным раствором, и выдержкой ее под газонепроницаемой пленкой в течение 15 - 0 мин.

Регистрация дефектов начинается через 1 - 1,5 мин после снятия пленки. На исследуемую поверхность накладывают индикаторную бумагу и выдерживают ее в течение 1 мин. Далее фиксируют полученные результаты, пока не началось изменение интенсивности цвета и четкости границ вследствие испарения аммиака из объема бумаги. Для этого применяют ксерокопирование, сканирование, цифровую или видеосъемку, обрисовывание контуров портретов карандашом или ручкой и т.д. По полученным снимкам производятся расшифровка и анализ результатов контроля.

Метод очень прост и недорог. Он применим для обнаружения микро- и макротрещин в деталях при условии, что эти трещины выходят на поверхность.

4.2.7. Ультразвуковой контроль (УЗК)

Ультразвуковая дефектоскопия является наиболее часто используемым методом неразрушающих испытаний. Первоначально она применялась для обнаружения дефектов внутри поковок и отливок, а затем стала использоваться для контроля сварных швов и обнаружения поверхностных дефектов, в частности трещин.

Ультразвуковой метод основан на взаимодействии ультразвуковых волн с дефектами, представляющими собой разрывы сплошности материала. По величине преломления и рассеяния ультразвуковой волны при взаимодействии ее с дефектом оценивают тип и величину дефекта.

Существующие типы измерительной аппаратуры можно разделить на два класса по способу обработки измерительного сигнала. Аппаратура первого класса использует так называемый эхо-импульсный метод. Метод напоминает радиолокацию или гидролокацию, с помощью которых по величине и времени задержки отраженного сигнала обнаруживаются объекты и их расстояние от измерительной системы. Аппаратура второго класса использует теневой метод, когда контролируемый объект помещается между передатчиком и приемником. Дефекты выявляются как тени или зоны повышенных потерь энергии при прохождении потока через контролируемую деталь.

Главным преимуществом ультразвуковой дефектоскопии является возможность обнаружения дефектов, находящихся внутри детали. По сравнению с рентгеновской дефектоскопией ультразвуковой метод безопасен.

Ультразвуковую дефектоскопию можно применять сразу же после сварки или при изготовлении конструкции.

Недостатки ультразвукового метода связаны с ограниченной чувствительностью из-за наличия зерен металла и шероховатостью поверхности, создающими фоновые помехи измеряемого сигнала.

4.2.8. Микроструктурный мониторинг

Целью микроструктурного мониторинга является оценка основных характеристик микроструктуры металла в процессе эксплуатации оборудования. Технология мониторинга включает в себя определение мест контроля, подготовку шлифов, выборку микрообразцов или снятие реплик, металлографический анализ средствами оптической или электронной микроскопии.

Определение опасных зон элементов, из которых должны производиться выборки микрообразцов или снятие реплик, осуществляется на основании расчетов (максимальное исчерпание ресурса) и результатов предыдущего исследования методами УЗК, МПД, ВТК и ДАО-технологии. В трубопроводах обычно такими местами являются растянутая зона и переходы от изогнутой части гиба к прямым участкам, металл шва и прилегающий к нему основной металл сварных соединений.

Контроль микроповреждений на поверхности элементов в опасных зонах сначала производится на предварительно подготовленных площадках-шлифах с помощью переносного микроскопа или метода реплик. При подготовке шлифа удаляется верхний обезуглероженный слой толщиной около 1 мм, затем на поверхности производится многократное химическое травление и полировка. Размеры шлифа должны быть не менее 30´20 мм.

Реплики представляют собой отпечаток структурного рельефа исследуемой металлической поверхности. Для их изготовления применяют материалы в виде пленок на основе ацетатов целлюлозы. Сначала пленка увлажняется ацетоном и прижимается к исследуемой поверхности. После высыхания полученная реплика отделяется от поверхности шлифа, закрепляется на стекле скотчем рельефной поверхностью наружу и затем исследуется с помощью оптического микроскопа при увеличениях от ´50 до ´1000.

Ацетатная реплика воспроизводит все детали микроструктуры шлифа: границы зерен, выделения на границах, включения, трещины, поры. По разрешающей способности результаты исследования с помощью оптического микроскопа шлифов поверхности и реплик равноценны, каждый из них позволяет выявить дефекты размером до 0,1 мкм.

В зонах, где выявлены микродефекты, производится выборка микрообразцов методом электроэррозионной резки. Для анализа структуры металла обычно выбираются по два микрообразца размером 8´3´1,5 мм, смещенных относительно друг друга не менее чем на 40 мм. Глубина лунки, создаваемой при выборке микрообразца, не должна превышать 1,8 мм. Лунка удаляется мелкозернистым наждачным камнем с помощью шлифмашинки, в результате чего образуется плоская лыска размером 20-30 мм со сглаженными кромками. Толщина удаленного слоя не должна превышать 2 мм.

Отобранные микрообразцы и реплики исследуются на наличие и характер распределения неметаллических включений, определяется величина зерна, размеры и ориентация пор, наличие микротрещин. По результатам микроструктурного анализа оценивается категория повреждения микроструктуры металла (КПМ) согласно признакам, приведенным в табл. 4.2.

Изображения микроструктуры металла с помощью видеокамеры или цифрового фотоаппарата через насадку микроскопа регистрируются и записываются в память компьютера в виде рисунка стандартных форматов bmp или jpeg.

Контроль микроструктуры и микроповрежденности металла проводят обычно после монтажа и в период текущих, средних и капитальных ремонтов энергоблоков.

Таблица 4.2. Категории повреждения микроструктуры металла гибов паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф в процессе длительной эксплуатации

КПМ	Характеристика микроструктуры
	В пределах исходной сдаточной микроструктуры
	В пределах исходной браковочной микроструктуры или небольшие изменения исходной сдаточной микроструктуры на начальной стадии старения: четкие границы зерен, дисперсные карбиды располагаются по телу и границам зерен
	Заметные изменения исходной (сдаточной и браковочной микроструктуры): границы зерен частично размыты, карбиды размером 1-1,5 мкм располагаются по границам и телу зерен
4.1 4.2	Существенные изменения исходной сдаточной (4.1) и браковочной (4.2) микроструктуры: наблюдается сильное размывание границ; карбиды укрупняются до 1-2 мкм, располагаясь преимущественно по границам зерен, приграничные участки шириной до 3 мкм обеднены карбидами
5.1   5.2   5.3   5.4	Большие изменения исходной микроструктуры, характеризующиеся образованием микропор: · наличие единичных изолированных микропор со средним размером до 2 мкм; · наличие множественных микропор со средним размером до 2 мкм без определенной ориентации; · наличие множественных микропор со средним размером до 2 мкм, ориентированных по границам зерен; · наличие множественных микропор, ориентированных по границам зерен, увеличение размера пор до 2.5-5 мкм
6.1 6.2	Значительные изменения микроструктуры, характеризующиеся образованием цепочек микропор по границам зерен ·наличие цепочек пор в пределах одного зерна; ·наличие цепочек пор в пределах нескольких зерен
7.1 7.2	Наличие цепочек пор, слившихся в микротрещины Наличие микротрещин по границам зерен вплоть до развития макротрещин

Дата добавления: 2015-04-30