螺栓失效的檢測與分析

螺栓失效的檢測與分析

1螺栓面的拉應(yīng)力引起的泄漏在發(fā)電廠，螺母是重要的緊湊零件，如鍋爐、蒸汽機、蒸汽管道或其他承受管道的其他固定部件。螺釘?shù)墓ぷ鲿r，由于螺釘?shù)臄Q緊，它被拉得很深，因此螺釘起到了法國結(jié)合面的壓力，使連接的兩個結(jié)合面緊密相連，避免泄漏。然而，在日常使用中經(jīng)常會出現(xiàn)故障，這給能源生產(chǎn)帶來了隱患，并造成了嚴(yán)重的機械碎敗事故。要消除所用螺栓中的隱患,提高螺栓的質(zhì)量,首先必須弄清螺栓失效原因,采取措施對螺栓的制造安裝及使用過程進行質(zhì)量檢驗。2螺栓使用過程中產(chǎn)生的引起1)螺栓所用材質(zhì)不良,造成鋼材的持久塑性降低,缺口敏感性高,運行過程中,易產(chǎn)生脆性組織使之發(fā)生脆性斷裂,另外鋼材的冶金質(zhì)量不好,非金屬夾渣物過多,螺紋疏松等宏觀缺陷都會促使螺栓脆斷。2)螺栓的加工工藝不當(dāng)也會引起持久塑性降低和缺口敏感性增加。3)螺栓結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理,加工質(zhì)量不好,螺紋根部圓角半徑太小,造成嚴(yán)重局部應(yīng)力集中,使螺栓過早地?fù)p壞。4)在安裝檢修時,緊固或松解螺栓如初緊力過大或人為的扳手捶撞,及其熱緊時加熱方法不當(dāng)螺栓偏斜等使螺栓受到拉剪彎扭應(yīng)力而產(chǎn)生了微裂紋。5)在使用過程中的螺栓處于高頻振動狀態(tài),且機組頻繁啟停,使螺栓受到熱疲勞應(yīng)力而產(chǎn)生疲勞裂紋。了解了螺栓失效的原因,弄清了情況,方可知螺栓失效產(chǎn)生的斷裂基本上是微裂。要消除其隱患,必須對其加工品及使用品的螺栓進行探傷檢驗,而在探傷方法中,唯有超聲波探傷最佳。但是,在超聲波探傷中,目前對螺栓的檢驗技術(shù)要求及結(jié)果評定還沒有具體的專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為此筆者收集了大量的技術(shù)資料,根據(jù)JB4730-94《壓力容器無損檢測》標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合多次大修對螺栓檢驗中的經(jīng)驗,制定了相應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)。3試驗方法和評估標(biāo)準(zhǔn)3.1超聲探傷用接頭性能儀器:A型脈沖反射式超聲波探傷儀,符合JB/T10061-1999《A型脈沖反射式超聲波探傷儀通用技術(shù)條件》要求。探頭:按JB/T10062-1999超聲探傷用探頭性能測試方法》中的規(guī)定進行測試,不應(yīng)有明顯雙峰;頻率2.5～5MHz的直探頭,晶片直徑=12～14mm。耦合劑:20#～50#機油。3.2場所存放的位置檢驗員應(yīng)清楚地了解被檢螺栓在現(xiàn)場或其它場所存放的位置數(shù)量規(guī)格材質(zhì)等。螺栓應(yīng)清理干凈,端部露出金屬光澤。表面粗糙度應(yīng)優(yōu)于6.3μm,而且要編號便于記錄。3.3螺栓的調(diào)節(jié)時基掃描線的調(diào)節(jié)應(yīng)按螺栓長度比例進行,螺栓的檢驗靈敏度應(yīng)在螺栓上進行調(diào)節(jié),即是選取無缺陷的螺栓,將選用的直探頭放在螺栓平頂邊緣部位。調(diào)節(jié)衰減器,使螺栓螺紋波幅在熒光屏上清晰地出現(xiàn),最大螺紋波幅不超過40%屏高,以此作為檢驗靈敏度。3.4影響螺栓檢驗的偽缺陷波3.4.1在檢驗掃查過程中,發(fā)現(xiàn)螺栓底波明顯降低或消失,螺紋處異常波幅大于熒光屏滿刻度80%以及其它部位缺陷波幅大于80%屏高的螺栓應(yīng)判廢。3.4.2在檢驗掃查過程中,螺栓底波無明顯降低,螺紋處異常波幅雖大于40%屏高但小于80%屏高以及其它部位出現(xiàn)波幅小于80%屏高的缺陷反射訊號,應(yīng)查明原因,凡屬裂紋性質(zhì)的缺陷反射波幅,均作判廢處理,非裂紋性質(zhì)可作為合格。3.4.3在檢驗掃查過程中,螺栓底波無明顯降低,螺紋處無異常波幅大于40%屏高,其它部位無明顯缺陷反射波幅的螺栓,均為合格。但是實際檢驗時,由于受到探傷的限制和側(cè)邊邊界條件的影響,重要部位裂紋的檢出靈敏度較低,尤其是檢驗帶中心孔的長螺栓時,由于擴散聲束在中心孔和絲扣上多次反射而產(chǎn)生許多變形波與入射波互相疊加干涉的結(jié)果,改變了聲場的指向性和對稱性,使反射回波十分雜亂,不僅給判定缺陷帶來了困難,而且降低了檢出靈敏度,所以要得到真實正確的檢驗結(jié)果,應(yīng)該在超聲波反射回波上分清真?zhèn)稳毕莶?經(jīng)過多年的檢驗對比分析,總結(jié)出影響螺栓檢驗靈敏度的偽缺陷波有1)遲波:當(dāng)縱波直探頭置于螺栓端部時,擴散縱波波束在側(cè)壁產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成橫波,此橫波在另一側(cè)面又轉(zhuǎn)換為縱波,最后經(jīng)底面反射回到探頭,從而在示波屏上出現(xiàn)一個回波,由于轉(zhuǎn)換的橫波聲程長、波速小,傳播時間較直接從底面反射的縱波長,因此轉(zhuǎn)換后的波總是出現(xiàn)在第一次底波B1之后,故稱遲波為H1、H2(見圖1)。2)變形波:即縱波直探頭置于螺栓端部時,其擴散波束在側(cè)壁產(chǎn)生波型變換,且相互疊加,在螺紋絲扣上反射回波,在第一次底波B之前與絲扣裂紋反射回波相似,細(xì)查可看四周情況相同,用手沾著機油拍打,變形波會跳動。其聲程的經(jīng)驗公式即X變=L-a+1.52d(見圖2)。3)退刀槽波:縱波直探頭置于螺栓端部時,在螺紋退刀槽部位產(chǎn)生反射回波,聲程近似本端螺紋長度,仔細(xì)檢查螺栓四周都有,且回波的高度位置不變(見圖3)。4)圓角螺紋反射波:縱波直探頭置于螺栓端部時其螺紋與光桿過渡的圓角弧面產(chǎn)生反射波,聲程基本上是XR=b+d,細(xì)查四周都有,回波波幅高度不變(見圖4)。5)頂孔雜波:縱波直探頭置于螺栓端部時,帶有頂孔的螺栓會有頂孔雜波,位于始波附近,當(dāng)探頭移開頂孔時,雜波消失。經(jīng)過上述對偽缺陷波的識別總結(jié),在現(xiàn)場螺栓檢驗中,其超聲波顯示屏上反射波的特性可一目了然,正確判定所檢驗螺栓的質(zhì)量,將上述方法應(yīng)用于平圩電廠及廣東深圳大亞灣核電站的大修中效果良好,至今未出現(xiàn)因螺栓失效而造成的設(shè)備事故。但是要保證螺栓的使用質(zhì)量萬無一失,除定期超聲檢驗外,還要對螺栓的加工、安裝、檢修的工藝掌握好,確保螺栓的質(zhì)量。4斷螺栓的加工1)控制螺栓的硬度和金相組織,如果發(fā)現(xiàn)硬度偏高或金相組織出現(xiàn)嚴(yán)重網(wǎng)狀晶界時,應(yīng)考慮重新進行熱處理。2)改進螺栓結(jié)構(gòu),電廠發(fā)現(xiàn)的斷螺栓大多為雙頭螺柱。這種螺柱光桿部分的直徑與螺紋直徑相等,無過渡圓角,存在著嚴(yán)重的應(yīng)力集中,斷裂部位常常發(fā)生在旋入端螺紋與光桿交界處。為