книги из ГПНТБ / Неразрушающие методы контроля металлов на тепловых электростанциях

Существующая пріі комнатной температуре ферритная

фаза состоит из Ô и α-φeppnτa. Она образуется в резуль­

тате выделения ô-феррита в процессе первичной кристал­ лизации и частично а-феррита в процессе вторичных

фазовых превращений.

В соответствии с требованиями инструкции [Л. 16]

каждая партия электродов марки ЦТ-15; ЦТ-15-1; ЦТ-7;

ЦТ-7-1; ЦТ-16; ЦТ-Іб-'І; ЦТ-16-10; ЦТ-25 и ЦТ-26-1

[%C Г] экв = %Cr + 1,5% Si + 3,5%Ті + % M О +¿7,5% Nb + % W+2%Al+ %V

Рис. 23. Диаграмма Шеффлера.

независимо от наличия сертификата должна проверяться

на содержание феррита в наплавленном металле.

Из безобразцовых методов определения процентного

содержания ферритной фазы нашли применение расчет­

ный, металлографический и магнитный методы.

При расчетном методе содержание феррита опреде­

ляется по эмпирическим формулам и диаграммам в зави­

симости от так называемых хромового и никелевого эквивалентов, которые вычисляются предварительно

по известному химическому составу основного и наплав-

50

ленного металла. Наиболее широкое применение нашла

структурная диаграмма Шеффлера (рис. 23).

'Структурное состояние стали, имеющей определенный состав,

определяется положением точки, ордината которой равна эквива­ лентному содержанию в стали никеля '(аустенизирующих элемен­ тов), абсцисса — эквивалентному содержанию хрома '(ферритизи-

рующих элементов). Структурное состояние данной марки стали

определяется положением области, ограниченной прямоугольником,

стороны которого ограничены крайними точками, соответствующими пределам колебаний содержания легирующих элементов по таблич­ ным данным ГОСТ (ТУ).

Структурное состояние промежуточных составов в сварном шве

определяют, откладывая на прямой, соединяющей точки наплавлен­

ного и основного металла, отрезки,, соответствующие проценту пе­

ремешивания наплавленного и основного металла (степень проплав­

ления основного металла). При ручной дуговой сварке степень про­

плавления основного металла лежит в пределах 20—40%. Прямую,

соединяющую точки основного и наплавленного металла, делят на 10 равных частей и от точки наплавленного металла в сторону ос­

новного откладывают отрезки в 2 и 4 деления. Структурное состоя­ ние металла шва будет определено положением отрезка 2—4 на диаграмме.

Однако диаграмма Шеффлера не учитывает условий сварки и кристаллизации, оказывающих заметное влия­

ние па содержание феррита в сварном шве. Например,

при сварке электродами малых диаметров и быстрым

последующим охлаждением наплавленного металла обра­

зуется больше феррита, чем при сварке электродами

большого диаметра. На химический и фазовый состав шва оказывают влияние условия горения дуги, техника сварки и др. Поэтому расчетный метод используется

в основном для ориентировочной оценки содержания

ферритной фазы в наплавленном металле, при выборе

электродов для сварки сталей разных марок оценки ожидаемого структурного состояния металла сварного

шва в случае применения электродов, наплавленный ме­

талл которых отличается по химическому составу от основного-металла. Точность количественного определе­ ния феррита по диаграмме Шеффлера составляет І±4%

абсолютного содержания в стали, что далеко недостаточ­ но для определения работоспособности сварных швов.

При металлографическом методе процентное содержа­

ние феррита в наплавленном металле определяется по

относительной площади, которую занимают его зерна

в плоскости микрошлифа, ограниченной полем зрения

микроскопа. Подсчет площади, занимаемой ферритом,

производится по фотографии, полученной непосредствен­

ным фотографированием микроструктуры переносным

микроскопом ММУ-3 с микрофотонасадкой типа МФН

или фотографированием полистироловых оттисков в ла­

бораторных условиях. Подготовку микрошлифов произво­

дят с применением механической или электрохимической полировки. Вследствие большой способности аустенитных

сталей к поверхностному пластическому деформированию,

вызывающему искажение микроструктуры, для подготов­ ки микрошлифов предпочтительнее применять электро­

химическую полировку (см. гл. 3).

Для выявления микроструктуры применяют химичес­ кое травление с помощью реактива, имеющего состав:

50 мл HCl (плотность 1,19), 25 мл H2SO4 (плотность

1,84), 10 г CuSO4 ∙5H2O, 50 мл H2O.

Учитывая неравномерность структурного строения

аустенитных сварных швов и для получения более досто­

верных результатов, исследование структуры следует

производить в нескольких точках шва. Выбор количества

исследуемых точек производится в зависимости от разме­

ров шва. Абсолютная погрешность металлографического

метода составляет ±(0,5—3)0∕0. Эта погрешность возни­

кает прежде всего из-за структурной неоднородности

металла швов, особенно многослойных. Кроме того,

в швах, подвергшихся отпуску, образуется о-фаза, кото­

рую визуальным способом трудно отличить от ферритной фазы, что также вносит погрешность при подсчете пло­

щади, занимаемой ферритом, и приводит к завышению

данных о его содержании. Погрешность метода увели­ чивается с уменьшением размеров зерен феррита, поэто­

му при содержании феррита менее 3% металлографи

ческий метод обеспечивает только качественную оценку.

Магнитные методы измерения количества феррита

основаны на использовании ферромагнитных свойств

на точность определения содержания феррита магнитны­ ми методами.

Для определения содержания феррита магнитными

методами используют способ магнитного притяжения

и электроиндуктивный способ. Первый основан на зави­

симости между содержанием феррита в металле аусте­

нитных сталей и силой притяжения к нему постоянного

магнита, второй — на зависимости магнитной прони-

52

цаемостп аустенитного металла от содержания в нем

на изделиях или пластинах (т. е. без изготовления спе­

циальных образцов) первым способом применяют пере­

носной альфа-фазометр и переносной магнитный при­

бор ФА-1 конструкции НЙИхиммаш, выпускаемые

заводом «Электроточприбор» (г. Кишинев), вторым

способом — ферритометр конструкции ЦНИИТмаш типа

ФВД-2, выпускаемый заводом «Контрольприбор»

(г. Москва). Альфа-фазометр, прибор ФА-1 и феррито­ метр ФВД-2 позволяют производить локальное неразру­

шающее определение феррита в поверхностном слое

наплавленного металла шва.

закреплены на одном конце

рабочий магнит, а на другом—

противовес. Рабочий магнит

состоит из двух постоянные магнитов, * закрепленных сим­

метрично в одном цилиндри­

при повороте рамки. Вращение рамки вызывается моментом вращения, создаваемым магнитным по­

лем рамки при протекании по ней постоянного тока. Величина силы тока в момент отрыва магнита замеряется с помощью миллиампер­

метра. Альфа-фазометр позволяет измерять содержание феррита

в пределах 0,5—20%.

Определение количества феррита производится с по­ мощью градуировочного графика. Для построения гра­

53

эталонные образцы с известным содержанием феррита. Градуировка производится отдельно для каждой марки

стали пли присадочного материала.

•Поле постоянного магнита проникает на глубину до

10 мм независимо от содержания феррита в металле.

Величина индукции уменьшается с увеличением зазора

между магнитом и поверхностью изделия. Для дости­ жения минимального зазора исследуемая поверхность

должна быть очищена от окалины, следов масла и т. п. и обработана до чистоты Ѵ7. Шлифовка обеспечивает также удаление наклепанного слоя металла, имеющего повышенное содержание а-фазы.

Магнитный прибор ФА-1 имеет одинаковую с альфафазометром принципиальную схему и служит для опре­

прибор ФВД-2 (рис. 25). Измерения производятся с по­

мощью накладных катушек, обмотки которых соединены

между собой по дифференциальной схеме. При этом

одна из катушек служит датчиком. Катушки выполнены по типу трансформатора со стержневыми конусными сер­ дечниками. На первичные обмотки подается от генера­

тора переменный ток с частотой 1200 гц. Под воздей­

ствием переменного магнитного поля во вторичных изме­

рительных обмотках возбуждается э. д. с. Вторичные

обмотки включены навстречу друг другу. Такая схема

соединения позволяет перед измерениями взаимно урав­

новешивать возникающую во вторичных обмотках э. д. с.

. При установке датчика на исследуемый участок поверх-

54

Пости металла в последнем возникают вихревые токй.

В результате влияния вихревых токов на датчик происхо­

дит нарушение равновесия э. д. с. в катушках вторичной

цепи, что регистрируется включенным во вторичную цепь

измерительным прибором. Так как частота возбуж­ дающего тока и электрическое сопротивление иссле­ дуемого металла постоянны, то э. д. с., зарегистрирован­

ная прибором, зависит только от магнитной проницаемо­ сти стали н возрастает с увеличением содержания в ней

феррита.

Измерение количества феррита прибором ФВД-2 выполняется с использованием градуировочного графика.

Градуировка производится отдельно для каждой марки

стали по эталонам с известным содержанием феррита.

Преимущество электроппдуктивного способа определе­

ния содержания феррита с- накладными катушками

состоит в том, что точность измерений в отличие от спо­

соба магнитного притяжения при содержании феррита

до 10% практически не зависит от толщины металла, так

как высокочастотное магнитное поле проникает в металл

на небольшую глубину (примерно 0,5 мм) и на точность измерений в меньшей степени оказывает влияние состоя­

ния поверхности изделия [Л. 15]. Прибор может приме­

няться для контроля феррита в сварных швах конструк­ ций, имеющих сложную форму, и обеспечивает точность

измерения ±10%.

Глава пятая

КОНТРОЛЬ СПЛОШНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

В процессе изготовления и эксплуатации энергети­ ческого оборудования в элементах его конструкции возникают различные несплошности, которые, ослабляя сечение и создавая концентрации напряжений, могут при­ вести к авариям. Так, в процессе проката возникают трещины, надрывы, закаты, расслоения волосовины и

флокены, в процессе гибки, ковки и термообработки — трещины, в процессе сварки — трещины, норы, шлаковые

включения, непровары, несплавления, подрезы, прожоги,

в процессе литья — трещины, газовые и усадочные рако-

55

ВИНЫ, земляные, шлаковые й флюсовые включения, спай,

в процессе эксплуатации — трещины. Величина и харак­

тер несплошностей регламентируются техническими

условиями на изготовление оборудования.

17. МАГНИТНО-ПОРОШКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

Метод магнитно-порошковой дефектоскопии (МПД)

относится к числу физических методов неразрушающего контроля, с помощью которого выявляют преимущест­ венно поверхностные дефекты (трещины, закаты, плены, расслоения, надрывы и др.) в металле барабанов, деаэ­

раторов, корпусных деталей турбин, литых деталей тру­

бопроводов, арматуры, крепежа и других деталей энерго­

оборудования, изготовленного из ферромагнитных 'ста­ лей. В основу метода положена способность металла намагничиваться под действием приложенного магнит­ ного поля. Источниками магнитных полей при МПД слу­ жат постоянные магниты, электромагниты и проводники,

по которым течет ток.

Всякое однородное по магнитным свойствам ферро­

магнитное тело намагничивается в магнитном поле таким образом, что величина магнитной индукции в каждой точ­ ке сечения тела одинакова, т.е. плотность и направление

магнитных силовых линий одинакова в каждом малом объеме тела. Магнитное поле, имеющее такой характер, называется однородным. Для характеристики способно­

сти физических тел проводить магнитную индукцию слу­ жит понятие магнитного сопротивления

(25)

где I — длина пути, который проходят линии магнитной

индукции в теле (длина магнитопровода); S — попереч­

ное сечение тела; μ — магнитная проницаемость мате­

риала.

Если ферромагнитное тело поместить в магнитное по­

ле (рис. 26), то в этом теле возникнет магнитная индук­

ция, а так как магнитная проницаемость ферромагнитно­

го вещества значительно превышает магнитную прони­ цаемость окружающего воздуха, то магнитная индукция

внутри вещества будет гораздо больше магнитной индук­

ции в воздухе.

Если при этом в изделии имеются дефекты, как-то: флокены, трещины, закаты, плены, расслоения, надрывы,

56

дефекта, образуемый магнитным 'порошком, будет устой­

чивым, если магнитные силы, удерживающие частицы, превышают действие силы тяжести (для вертикальных,

потолочных и наклонных поверхностей) и препятствуют смыванию и сдуванию порошка. Четкость рисунка де-

а)

Рис. 27. Выбор оптимальных условий намагничива­ ния детали для МПД.

poro зависит количество скопившегося над дефектом

(магнитопровода), приводит также к местному увеличе­ нию напряженности магнитного поля и, следовательно, к изменению магнитной проницаемости материала. Для получения максимального значения Rm в месте дефекта

необходимо намагничивание изделия доводить до такой

степени, при которой значение магнитной индукции при­ ближается к насыщению. Kaκ следует из рис. 27, інаилуч-

шие условия для выявления дефекта находятся в сече­

нии 3. Технология магнитно-порошковой дефектоскопии

состоит из следующих операций подготовка поверхности,

58

намагничивание, .нанесение магнитного порошка, осмотр и оценка качества.

Поверхность изделия должна очищаться от окалины,

нагара, масел и других загрязнений до чистоты V 4. Глу­

бокие риски и царапины необходимо зашлифовать шкур­ кой. При невозможности или большей трудоемкости за­

чистки поверхности до металлического блеска !поверх­

ность изделия рекомендуется покрывать тонким слоем

(не 'более 30 мкм) быстросохнущей светлой краски, на­ пример разведенной ацетоном нитрокраски НЦ-25, НЦ-28 белого или светло-желтого цвета. Это создает большую

контрастность при выявлении отложений магнитного по­

рошка по краям дефекта при наличии в изделии дефек­

тов.

Существует два способа магнитно-порошковой дефек­

тоскопии: дефектоскопия на остаточной намагниченности

и дефектоскопия в приложенном магнитном поле.

Намагничивание изделий для контроля осуществляют как постоянными магнитами, так и при помощи устройств,

питаемых 'электрическим током и классифицируют по сле­

дующим признакам:

1.По роду применяемого тока — намагничи­ вание постоянным током; намагничивание переменным

током и намагничивание импульсным током.

2.По .применяемым устройствам — намагни­

чивание постоянными магнитами; намагничивание элек­

тромагнитами; намагни­

чивание соленоидом и на­

магничивание контактны­

ми штырями.

3. По характеру

намагничивающего

поля — циркуляционное

но-твердых материалов. Следует иметь в виду, что в мате­

59