滲透檢測在換熱器管板上的應用和影響因素分析

1、    滲透檢測在換熱器管板上的應用和影響因素分析                         更新時間：2010-10-26 14:20:31              &#

2、160;                 管板式換熱器是煉油化工行業(yè)采用最多的熱交換設備。換熱器芯子在制作過程中必須按受壓設備的要求進行制作，管束管子的無損檢測基本上可以采用與殼體相同的方法，但對于換熱器管板的無損檢測，必須要對幾種常規(guī)檢測方法進行對比分析，然后結合檢測設備能力來決定檢測方法的選用。    1·換熱器管板角接接頭的特點和無損檢測方法的選擇    （1）

3、換熱器管板角接接頭之間的距離比較小，且和管板之間的貼合比較緊密。采用常規(guī)的磁粉檢測和超聲檢測無法保證磁極和探頭具有良好的接觸耦合，使得磁通和超聲波束無法進入被檢工件中。磁粉檢測的觸頭法可用，但容易造成打火燒傷，影響密封性能。    （2）換熱器管板角接接頭的另一特點是管板厚，管子管徑小且管壁比較薄，二者之間的厚度差比較大。采用常規(guī)的射線檢測方法，散射比較嚴重，盡管采用微小的Ir192放射源，再加上一些特殊的工藝可以保證底片影像質量，但考慮到管板角接接頭數(shù)量大、檢測效率低和安全問題，采用這種方法的幾率還是很低的。    （3）結合上述分

4、析和檢測設備能力，對于換熱器管板角接接頭的無損檢測，多采用的是滲透檢測。    2·工藝制造對滲透檢測靈敏度影響的關鍵因素    滲透檢測的靈敏度主要取決于滲入缺陷內的滲透量及其保留在缺陷內滲透劑的數(shù)量。而換熱器管板在制造過程中采用的工藝，存在著諸多特殊因素而影響滲透劑的滲入和截留量。    2.1焊接控制    （1）焊接方法采用的是全自動熔化極MIG焊，焊縫致密光滑，但焊絲采用的是0.8 mm的H08Mn2SiA，為了保證焊后脹接過程中焊接接頭不被拉開，焊接時采

5、用的電流比較大，保證了焊縫的熔深，但卻使得焊接接頭的熱輸入大，焊接接頭存在著較大的內應力，從而減小了焊接接頭中開口缺陷的寬度或容積，使?jié)B透檢測時開口缺陷內不能滲進足量的滲透液。    （2）焊接時為了防止焊接飛濺對密封槽密封性能的影響，要在焊縫的邊緣涂上一層揮發(fā)性較強的顆粒懸浮液，此時若表面開口缺陷寬度過大，會使顆粒物進入缺陷，堵塞缺陷而使?jié)B透液無法進入缺陷中去。    2.2焊后脹接工藝    為了減小使用過程中介質對換熱器的間隙腐蝕，換熱器管板在鉆制過程中，都已經(jīng)對孔徑尺寸進行了嚴格控制；制造過程中采

6、用了焊后脹的工藝，基本上已經(jīng)減少了間隙的尺寸并排出了管板和管子之間的空氣，這使得滲透檢測時，開口缺陷內不能滲進足量的滲透液。    2.3水壓試驗    換熱器芯子在制作完畢后要進行水壓試驗，此時在管板表面會產(chǎn)生銹蝕，覆蓋在管板表面和缺陷內部，堵塞和填塞表面開口缺陷，盡管在滲透檢測前對表面銹蝕要進行處理，但缺陷內部的銹蝕和其它填塞物卻很難去除，使?jié)B透液無法進入或影響滲透量。    2.4管板表面污染程度    管板焊接后在脹接過程中，為了減少摩擦，脹接前要在管口內壁先涂上一層

7、黃油。在脹接過程中和脹后拔脹頭時，黃油很容易覆蓋在表面開口缺陷上，再加上脹接過程中的發(fā)熱，使黃油的粘度值降低，黃油會在短時間內滲透到焊接接頭的表面開口缺陷中，影響滲透劑的滲入量。    2.5制造工藝造成的不同缺陷的開口寬度的影響    主要分析表面開口缺陷的尺寸對滲透劑滲入量的影響。    在管板角接接頭的制造焊接過程中，由于采用的是氣體保護焊，并在焊后進行脹接，使得裂紋和氣孔出現(xiàn)幾率最高。以常見裂紋為例，有貫穿性裂紋和非貫穿性裂紋。非貫穿性裂紋在滲透時容易封閉氣體，導致隨著滲透量的增加，密封壓強增大，

8、從而影響缺陷內滲透量?，F(xiàn)以裂紋模型理論推導滲透液滲入高度。    設有一非貫穿性裂紋鉛直開口向上，長a、寬b、深H。經(jīng)過一段時間后，被密封的氣體達到平衡狀態(tài)，滲透液滲入高度為h（hH）。以滲入的液體受力分析：有大氣壓強P0和彎曲液面附加壓力（2（a+b）cos），為液體的表面張力系數(shù)，為接觸角，被密封氣體壓強為P1，假設滲透前后裂紋內被封閉氣體溫度和質量均不改變，由熱力學定律得：    P0abH=P（1H-h）ab（1）    即P1=P0H（/H-h）    若不考慮液體

9、密度，滲透停止，滲透作用停止，液體鉛直方向受力平衡有：    P0ab+2（a+b）cos=P1ab    整理后為：    h=2H（a+b）cos/2（a+b）cos+P0ab（2）    即h=H/1+P0ab/2（a+b）cos    若ab（實際裂紋開口很窄），則b/a0    故h=H/1+P0b/2cos（3）    從式（3）可以看出，當外界空氣大氣壓強P0一定時，滲透液

10、靜態(tài)滲透參量cos確定后，裂紋模型滲透液爬高h與裂紋深度H和寬度b有關。同理可以推導出表面開口的氣孔類缺陷（和半通毛細管類似）液柱的高度為：    h=H/1+P0r/2cos（4）    而通孔毛細管根據(jù)液柱自重與張力平衡，    即r2gh=2rcos    求解得h=2cos/gr（5）    式中r毛細管內徑，g重力加速度，液體密度。半通與通孔毛細管表達式之所以不同，是由于半通毛細管中液柱封閉氣體，根據(jù)封閉氣體壓力與張力和大氣壓力平衡求解

11、得h。    由上述的計算不難看出，角接接頭上的缺陷是否貫通及缺陷的開口寬度對滲透劑的截留量有影響。同時，由式（3）、（4）可以看出半通缺陷和貫通缺陷的滲透液滲入高度是有區(qū)別的。所以在滲透前應首先了解被檢工件缺陷大致類型，確定滲透方式和滲透時間，其次將預處理工件加熱，降低缺陷內部空氣密度。缺陷內部空氣遇冷時，壓強降低，有利于滲透液的滲入。在滲透時將工件適當震動，排除缺陷內氣體，也有利于增大滲入量。    3·滲透檢測劑影響因素    3.1滲透檢測工藝方法和滲透檢測劑的選擇  

12、;  由于管板焊接接頭數(shù)量多且比較密集，而且焊接工藝的正確選擇使得角接接頭的焊縫表面光滑，很少有咬邊、凹坑飛濺等影響滲透檢測的外觀缺陷，再加上管板采用的是機加工工藝，表面比較光滑，因此在顯像時采用濕法顯像。另外，由于表面開口缺陷的開口寬度受制造工藝的影響而比較小，而且管板檢測大部分屬于立式檢測，因此選擇滲透劑時要選擇滲透能力比較強、粘度比較高的滲透劑。由于管板表面開口缺陷的內部容積比較小，為了保證足夠的截留量，必須考慮采用的去除方法要保證滲透劑的截留量。綜合各方面的因素，針對換熱器管板角接接頭的現(xiàn)場檢測比較多，采用了溶劑去除型著色滲透檢測，顯像方法為溶劑懸浮式濕式顯像。 &

13、#160;  3.2滲透檢測劑的影響因素    3.2.1滲透劑應具備的特性分析和選擇表面張力取決于表面張力系數(shù)，接觸角則表征滲透劑對工件表面或缺陷的潤濕能力。滲透液材料性能好壞常用靜態(tài)滲透參量SPP=cos和動態(tài)滲透參量KPP=（cos）/來表征。    （1）靜態(tài)滲透參量SPP的物理意義    SPP是表征滲透液滲透能力的物理量。常用理想半徑為r的毛細管滲透液柱的高度h=（2cos）/rg（為滲透液密度）來衡量。該式在不考慮液體內摩擦力情況下，毛細管的SPP（滲透液與毛細管接觸角50

14、6;，cos1）越大，毛細管半徑越小，克服液柱自重上升的高度越大，表示滲透液滲透能力越強。    （2）動態(tài)滲透參量KPP的物理意義    KPP是表征滲透液滲透速率的物理量，它反映的是要求受檢工件浸入滲透劑的時間。    通過二者的物理意義分析，不難發(fā)現(xiàn)，在管板角接接頭的滲透檢測中，由于缺陷的開口寬度（r）比較小且是固定的，g為常量重力加速度，此時選擇滲透劑時只要考慮表面張力系數(shù)、接觸角和滲透劑的密度這3個參量選擇合適，就會使?jié)B透劑液柱的高度更高，即保證滲透劑滲入的量更多。同時，由于采用的是立式法滲透，

15、既要保證很好的粘附力，又要保證一定的滲透速度，此時采用折中的辦法，既不采用水洗型滲透劑，也不采用后乳化型滲透劑，而是選用了具有一定揮發(fā)性的溶劑油基滲透劑（不含乳化劑）。    3.2.2去除劑應具備的特性分析和選擇    去除劑的主要功能是必須滿足在去除過程中，剛好去除工件表面多余的滲透劑，而又不將已經(jīng)滲入缺陷內部的滲透劑清洗出來。因此，所選取的去除劑不僅粘度要適中，還要具有與滲透劑及滲透劑中的染料相容且溶解要適度，同時還要具有不污染已經(jīng)滲入缺陷中的滲透劑的特性。其次要考慮去除能力和去除后在工件表面所留下來的底色。結合所選擇的滲透劑類

16、型和焊縫所處的檢驗位置，選取溶劑去除劑進行去除。在去除過程中嚴格執(zhí)行JB/T4730所規(guī)定的操作方法（擦除+溶劑擦除），基本上能夠滿足顯像時所需要的性能。    3.2.3顯像劑應具備的特性分析和選擇    所選取的顯像劑不僅能夠將缺陷中的滲透劑吸附出來，而且還要使其對吸附上來的滲透劑具有橫向擴展的能力，同時還必須具有能夠為缺陷的現(xiàn)實提供1個對比度比較高的反差背景。結合管板角接接頭大部分在現(xiàn)場檢測，其表面狀況、易出現(xiàn)缺陷的性質和它特有的加工制造工藝，選擇顯像靈敏度最高的溶劑懸浮式顯像劑，溶劑應該具有很高的揮發(fā)能力。    4·其他操作因素的影響    在整個滲透檢測過程中，對工件的預處理方法、滲透時的時間和溫度、去除多余滲透劑時操作者的手法、顯像后的觀察條件及其操作觀察者自身的綜合素質能力等因素，均影響著滲透檢測的靈敏度，結合JB/T4730的要求來通過對實際操作經(jīng)驗的豐富基本上可以把它們的影響降低到最低限度，使?jié)B透檢測的靈敏度得到一定程度的提高，確保滲透檢測的可靠性。    5·結束語