[实用新型]一种多通道锅炉水冷壁管氢损伤无损检测装置

说明书

本实用新型公开了一种多通道锅炉水冷壁管氢损伤无损检测装置，包括布置在被测管外侧的超声波换能器，以及布置在超声波换能器和被测管外侧之间的多通道探头，多通道探头的输出端通过高频发射仪连接至示波器的输入端。使用时，用氢损伤标准样管对各通道进行标定；在被测管外壁处涂上耦合剂，启动仪器，调整仪器参数；使用多通道高频探头与被测管外壁接触，仪器显示被测管壁厚方向的多个反射波，如在测点附近小范围移动多通道高频探头时发现多个反射波中的任一个反射波的波形和声程明显波动，表明该测量区域存在氢损伤现象。这种方法能高效、准确的检出存在氢损伤的锅炉水冷壁被测管，避免了低效、漏检现象，避免因氢损伤导致的爆管事故。

技术领域

本实用新型属于无损检测诊断技术领域，具体涉及一种多通道锅炉水冷壁管氢损伤无损检测装置。

背景技术

金属的氢损伤主要有氢腐蚀、氢脆、氢鼓泡三种类型，其中氢脆和氢腐蚀是最常见的氢损伤行为，但尽管氢腐蚀从理论上可分成三种，而实际上这三种类型往往同时存在。

氢脆通常是在氢压0.01～100MPa，温度在-100～700℃范围内慢速应变时发生的，有可能是从外表面开始，也有可能是从内壁发生，无孕育期，钢材表现出脆性上升，甚至出现裂纹。

氢腐蚀是在高温(205～595℃)高压下氢与合金成分发生了化学反应所造成的氢腐蚀，钢若发生氢腐蚀后，力学性能不可恢复，故又称为不可逆氢损伤。

锅炉水冷壁管在运行期间，炉水易于在沉积物下面、缝隙中间和产生汽水分层的部位浓缩，一般都是在热负荷较大的位置，如燃烧器附近、炉管的向火侧等处，而炉水的局部浓缩会产生局部腐蚀，形成以Fe₂O₃为主的腐蚀产物。局部浓缩产生碱性或酸性都可能造成水冷壁的腐蚀破坏。当局部浓缩产生碱性时，易产生延性破坏，当局部浓缩产生酸性时，可造成脆性破坏即氢损伤。某电厂水冷壁被测管的氢损伤区域会发生开裂，甚至是整块脱落，而爆口边缘属于脆性断口。金相组织检验可见管样开裂处近内壁有明显脱碳层，深度约占剩余壁厚一半，脱碳层的硬度值远低于正常组织的硬度值；开裂处近内壁均可见大量沿晶微裂纹。

氢腐蚀现象的发生首先是内部脱碳，即氢扩散到金属中，并与金属组织中珠光体内部的碳化物反应生成了CH₄，反应方程式见式(1)：

Fe₃C+2H₂→3Fe+CH₄ (1)

而钢中的氢则是由金属腐蚀产生的，其形成机理见式(2)：

Fe+2H⁺→Fe²⁺+H₂ (2)

产生的CH₄易于在金属基体中晶界的空穴、夹杂物等附近形成聚集，从而产生很高的局部应力，使得金属产生裂纹、龟裂、鼓泡等，与此同时，钢材的强度和韧性也会显著下降，并且这种由于化学反应引起的损伤是不可逆的，与脆化相反，称为永久脆化，其损伤的过程实际上是由于所产生的甲烷气泡在晶界形核后，气泡不断长大并串连，最终这些微裂纹就连通而形成断裂通道。

这个微裂纹联通的过程，称之为“孕育期”，就是处在形成甲烷气泡且还在长大的过程，该长大过程非常缓慢，力学性能还不会发生明显的改变，这段时期成为氢损伤的“孕育期”。“孕育期”的概念对于锅炉水冷壁管来说是非常重要的，它可被用来确定水冷壁被测管的大致安全使用时间，它的长短取决于许多因素，如钢种、氢压、温度、冷作程度、杂质元素含量和作用应力等。

目前主要利用单通道高频超声波检测仪对火电厂锅炉水冷壁氢损伤被测管进行检测，因水冷壁被测管检验量大，因此单通道的检测仪器设备导致检测效率低下，漏检率高，给火电厂锅炉的安全运行带来了巨大的安全隐患。

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