3.10. Диагностический контроль металла клепаных барабанов, сильно ослабленных отверстиями для завальцовки труб

Диагностику клепаных соединений, а также вальцованных соединений труб в барабанах котлов, сильно ослабленных отверстиями (коэффициент прочности 0,5 и менее), осуществляют комплексом методов дефектоскопии, включающим внешний осмотр и измерение, ультразвуковую и магнитопорошковую дефектоскопию*. До начала контроля анализируют по эксплуатационной и ремонтной документации имевшиеся неполадки в работе барабанов, сухопарников и камер: упуски воды, течи и пропаривания в заклепочных и вальцовочных соединениях, обрывы головок заклепок и т. п. Для контроля подготавливают формуляры на барабаны, сухопарники и камеры, в которых приводятся развертки по наружной и внутренней поверхностям с указанием на них: диаметра и длины барабана (сухопарника, камеры); толщины стенок обечаек, днищ, накладок, воротников и трубной решетки; диаметра и шага отверстий трубной решетки; диаметра и шага отверстий под заклепки; диаметра заклепочных головок.

______________________

* Применение перечисленных методов дефектоскопии для диагностики клепаных и вальцовочных соединений барабанов регламентировано "Методикой контроля котельных барабанов с заклепочными соединениями (МК № 113-82)", утвержденной Главтехуправлением Минэнерго СССР 19.01.83 г.

Внешний осмотр и измерения проводят до зачистки и после зачистки поверхностей барабанов, сухопарников и камер. Осмотр производят по всей внутренней и наружной поверхностям, уделяя особое внимание местам, указанным выше в перечне профилактических мер по предупреждению повреждений барабанов. Участки заклепочных и вальцовочных соединений с солевыми отложениями подлежат тщательному контролю для выявления возможных трещин. При внешнем осмотре могут применяться лупы с 10-кратным увеличением. При необходимости уточнения характера выявленных дефектов применяют травление или цветную дефектоскопию.

Ультразвуковая дефектоскопия позволяет контролировать участки заклепочных швов вокруг заклепок, а также участки барабана вокруг трубных отверстий. Ультразвуком можно полностью проконтролировать нахлесточное заклепочное соединение и заклепочное соединение с одной накладкой. В заклепочных соединениях с двумя накладками могут быть уверенно проконтролированы только накладки. Трубную решетку контролируют по внутренней поверхности барабана. Контролируемую ультразвуком поверхность предварительно зачищают до состояния не хуже = 30 мкм по#M12291 1200003160ГОСТ 2789-73#S[18].

Для ультразвуковой дефектоскопии применяют серийные ультразвуковые дефектоскопы УДМ-1М, УДМ-3, ДУК-66П, ДУК-66ПМ, УД-24 и др., имеющие автономное питание или переключение на питание от источника тока напряжением 12 В, укомплектованные серийными призматическими искателями с углом призмы 30°, 40°, 50° на частоту 2,5 МГц. Применяемая аппаратура должна отвечать требованиям #M12291 1200001359ГОСТ 14782-86#S[34] и ОП № 501-ЦД-75 [97]. Настройку дефектоскопов выполняют по испытательному образцу, изготовленному из стали марки Ст.3 (рис. 3.48). При малом шаге заклепочного шва вместо серийного искателя допускается применение искателя, приведенного на рис. 3.49.

Рис. 3.48. Испытательный образец: D - диаметр разметочной риски, равный диаметру заклепочной головки, мм; d - диаметр заклепочного отверстия, мм; s - толщина контролируемого листа, мм

Скорость развертки настраивают в соответствии с указаниями инструкции к дефектоскопу и проверяют по углам испытательного образца. Чувствительность дефектоскопа настраивают по контрольному отражателю типа "надпил" испытательного образца. Угол ввода луча искателя определяют исходя из толщины контролируемого листа, диаметра головок заклепок и стрелы искателя по формуле:

tg(R+n)/Н,

где - оптимальный угол преломления поперечной волны, град.; R - радиус головки заклепки, мм; n - стрела искателя, мм; Н - толщина контролируемого листа, мм.

Рис. 3.49. Искатель, применяемый при малом шаге заклепочного шва

В зависимости от величины угла ввода луча выбирают угол призмы искателя по следующему соотношению:

Взаимное расположение искателя, головки заклепки и трещины при выборе угла ввода луча искателя показано на рис. 3.50. Перед началом работы проверяют правильность выбора угла ввода луча призмы искателя по испытательному образцу (рис. 3.50), имеющему толщину стенки, одинаковую с толщиной стенки контролируемого элемента (барабана, сухопарника, камеры). Прямое отражение волны от нижней кромки торца при направлении ультразвукового луча на торец образца должно получаться на расстоянии между краем искателя и торцом образца, не превышающем величины А + (2-3) мм (рис. 3.51);

Рис. 3.50. Выбор угла ввода луча призмы: а - угол ввода луча выбран правильно; б - угол ввода луча велик; в - угол ввода луча мал; 1 - основной лист; 2 - накладка; 3 - заклепка; 4 - трещина; 5 - искатель

Рис. 3.51. Осциллограмма при настройке дефектоскопа по торцам образца: 1 - зондирующий импульс; 2 - импульс от нижней кромки образца; 3 - импульс от верхней кромки образца

А = R - r, где R - радиус головки заклепки, мм; r - радиус стержня заклепки, мм.

Перемещая искатель по испытательному образцу к центру отверстия, получают импульс от кромки отверстия на экране дефектоскопа (рис. 3.52. а). Затем находят максимальный импульс от контрольного отражателя ("надпила") путем перемещения искателя в направлении по касательной к окружности отверстия (рис. 3.52, б). Угол призмы искателя считается оптимальным, если заклепочная головка не препятствует перемещению искателя при получении максимального отраженного импульса от "надпила" и при проверке поверхности отверстия по всей толщине исследуемого элемента. Настройку дефектоскопа для контроля металла вокруг трубных отверстий производят аналогично описанному.

Рис. 3.52. Осциллограмма при настройке дефектоскопа по отверстию образца и искусственному дефекту (надпилу): а - по отверстию образца; б - по искусственному дефекту (надпилу); 1 - зондирующий импульс; 2 - импульс от кромки отверстия (надпила)

Поиск дефектов осуществляется при чувствительности контроля, повышенной на 3-5 дБ в случае применения дефектоскопов, имеющих аттенюатор, для 5-7 делений шкалы I дефектоскопов типа УДМ (поисковый уровень). При обнаружении дефектов уровень чувствительности устанавливают до настроенного по контрольному отражателю (браковочный уровень). Во время контроля искатель перемещают вокруг заклепки (рис. 3.53), поворачивая влево или вправо на 10-15° от среднего положения. Такое перемещение облегчает поиск дефектов в связи с необходимостью направления луча строго по касательной к заклепочному или трубному отверстию, а также в связи с направлением распространения трещин, не всегда совпадающим с радиальным. Надежность акустического контакта в процессе контроля проверяют по контрольному отражению от кромки заклепочного (трубного) отверстия. Для этого искатель устанавливают у головки заклепки (у трубного отверстия) с направлением его к оси заклепочного (трубного) отверстия.

Перемещение искателя по контролируемой поверхности выполняют, ориентируя ось пучка ультразвуковых колебаний перпендикулярно предполагаемому направлению трещин (с обратной стороны контролируемого листа) и по касательной к заклепочному (трубному) отверстию. В случае появления на экране дефектоскопа (при перемещении искателя по контролируемой поверхности) отраженного импульса уточняют, откуда он отразился - от трещины или от кромки заклепочного трубного соединения. Отметив положение искателя, при котором импульс имеет максимальную величину амплитуды, а также место отраженного импульса на экране дефектоскопа, поворачивают искатель до совмещения направления его оси с осью заклепки (трубного отверстия). Исчезновение на экране дефектоскопа отраженного импульса и появление ближе к зондирующему импульсу нового импульса свидетельствует о том, что первоначально наблюдался импульс, отраженный от трещины. Если на экране дефектоскопа новый импульс не появится, то наблюдаемый первоначально импульс соответствовал отраженному от кромки заклепочного (или трубного) отверстия.

Рис. 3.53. Рабочее положение искателя при поиске трещины: 1 - трещина; 2 - головка заклепки; 3 - заклепочное отверстие; 4 - искатель

Протяженность выявленной трещины определяют, перемещая искатель в сторону от головки перпендикулярно наметившемуся направлению трещины. Поправляя при перемещении положение искателя, добиваются получения на экране прибора максимального отражения. Искатель перемещают в указанном направлении до исчезновения отраженного импульса и по расстоянию перемещения искателя от возникновения импульса определяют протяженность трещины. Для точного измерения протяженности трещины отсчет производят при уменьшении высоты эхо-сигнала на экране прибора до 10 мм с помощью регулятора "Расстояние см" (УДМ) или "Ослабление" (ДУК-66П). Трещины между двумя соседними заклепочными (трубными) отверстиями дают отраженный импульс на всем пути перемещения луча искателя от одного отверстия до другого.

Достоверность ультразвуковой дефектоскопии проверяется выборочной магнитопорошковой дефектоскопией металла вокруг заклепочных или трубных отверстий, для чего удаляют 5-7 заклепок или труб из отверстий, около которых обнаружены дефекты.

По результатам ультразвуковой дефектоскопии металл проверенных участков оценивают как "негоден" (брак), "условно годен" и "годен".

Оценка "негоден" (брак) ставится, если возле заклепочных отверстий или трубных гнезд обнаружен дефект, амплитуда эхо-сигнала от которого равна или превышает амплитуду эхо-сигнала от искусственного отражателя "надпила", подтвержденный магнитопорошковой дефектоскопией после удаления заклепки (трубы).

"Условно годен" (допускается к эксплуатации не более чем на один год с повторным контролем) оценивается участок проконтролированного металла, если обнаружен дефект, амплитуда эхо-сигнала от которого меньше амплитуды эхосигнала от искусственного отражателя "надпила". Если при повторном контроле через год не будет отмечено роста дефектов, то очередной контроль проводят через два года эксплуатации.

"Годен" - оценивают проверенные участки, если при контроле не обнаружены какие-либо дефекты.

Магнитопорошковую дефектоскопию применяют для выявления трещин, выходящих на поверхность металла контролируемого элемента (обечаек, днищ, заклепочных и трубных отверстий). Магнитопорошковой дефектоскопией проверяют участки поверхности обечаек, днищ, накладок в заклепочных соединениях, воротников штуцеров, трубных и заклепочных отверстий. При выявлении недопустимых дефектов в элементах котла возможность ремонта и дальнейшей эксплуатации определяется владельцем котла с привлечением ремонтной организации и в необходимых случаях специализированных научно-исследовательских институтов.

Для магнитопорошковой дефектоскопии применяют серийно выпускаемые дефектоскопы ДМП-2, ДМП-3 и др. Допускается применение изготовленных силами ремонтной или эксплуатирующей организации (предприятия) портативных электромагнитов П-образной формы, обеспечивающих напряженность магнитного поля не менее 100-110 Э, или 8,0-8,8 кА/м. Намагничивание осуществляют переменным током, контролируя по приборам его величину. В качестве индикатора используют черный магнитный порошок оксида железа (FeO). Применяемые магнитные суспензии должны быть стабильными, а максимальный размер частиц порошка не должен превышать 1/8 мкм.

При контроле каждый проверяемый участок намагничивают в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Электроды при намагничивании устанавливают на расстоянии 180-200 мм. Поверхность трубных и заклепочных отверстий контролируют, размещая при намагничивании один из электродов на расстоянии 30-50 мм от границы отверстий, а второй - на контролируемой поверхности отверстия (рис. 3.54, 3.55). Для полной проверки поверхности трубного отверстия требуется установка электродов последовательно в четырех взаимно перпендикулярных направлениях (положениях). Уменьшение "прижогов" достигается применением свинцовых или цинковых наконечников. Намагничивание при контроле поверхности трубных отверстий осуществляют пропусканием проводника с током через отверстие, что достигается применением разъемных штырей.

Рис. 3.54. Магнитопорошковая дефектоскопия барабана с вальцованными трубами: а - схема установки; б - способ намагничивания металла барабана

Рис. 3.55. Магнитопорошковая дефектоскопия барабана с заклепочными соединениями: 1 - штыри (медь, латунь) - 2 шт.; 2 - магнитный дефектоскоп; 3 - барабан; 4 - заклепочные головки; 5 - накладки; 6 - основной лист; 7 - трещина

Ток намагничивания при контроле отверстий определяют по формуле:

,

где I - ток намагничивания, А; Н - напряженность магнитного поля (должна быть не менее 8,0 кА/м); D - диаметр отверстия, м.

Магнитную суспензию наносят равномерно на весь контролируемый участок при включенном токе намагничивания (не менее 2-4 с до отключения тока). Появление концентрированных осаждений магнитного порошка (валик, различным образом ориентированные линии) на контролируемой поверхности сигнализирует о наличии дефектов в этих местах. Дефекты устраняют выборкой металла абразивным инструментом. Места выборок повторно контролируют на полноту устранения дефектов магнитопорошковым методом или травлением. Все "прижоги" металла в местах контакта токоподводящих электродов удаляют зачисткой абразивным инструментом.

Результаты контроля металла клепаных барабанов или барабанов, сильно ослабленных отверстиями для завальцовки труб (также сухопарников, грязевиков), оформляют записями в рабочих журналах, на основании которых владельцу котла организация, выполнявшая контроль, выдает заключение. В журнале и заключении должны быть отражены сведения обо всех выявленных дефектах (оцененных "негоден" и "условно годен").

В журнале и заключении должны содержаться сведения: о типе котла; станционном номере; наименовании завода-изготовителя; годе ввода в эксплуатацию; параметрах пара; температуре питательной воды; типе питательных устройств в барабане (вводе и распределении питательной воды в барабане); наличии парового разогрева в барабане; длине, диаметре и толщине стенки барабана (толщине стенки днищ, трубной решетки, накладок), сухопарника, грязевика; типе заклепочных соединений (продольных и кольцевых); диаметре заклепок (головки и стержня) и диаметре заклепочного отверстия; диаметре трубных отверстий; результатах контроля.

К заключению прикладывают схематический разрез котла, формуляр барабана (сухопарника, грязевика) с указанием участков контроля, с привязкой дефектных мест к развертке, акт о внутреннем осмотре.

Приложение 1