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管板式换热器是炼油化工行业采用最多的热交换设备。换热器芯子在制作过程中必须按受压设备的要求进行制作，管束管子的无损检测基本上可以采用与壳体相同的方法，但对于换热器管板的无损检测，必须要对几种常规检测方法进行对比分析，然后结合检测设备能力来决定检测方法的选用。 1·换热器管板角接接头的特点和无损检测方法的选择 (1)换热器管板角接接头之间的距离比较小，且和管板之间的贴合比较紧密。沧州欧谱采用常规的磁粉检测和超声检测无法保证磁极和探头具有良好的接触耦合，使得磁通和超声波束无法进入被检工件中。磁粉检测的触头法可用，但容易造成打火烧伤，影响密封性能。 (2)换热器管板角接接头的另一特点是管板厚，管子管径小且管壁比较薄，二者之间的厚度差比较大。采用常规的射线检测方法，散射比较严重，尽管采用微小的 Ir192放射源，再加上一些特殊的工艺可以保证底片影像质量，但考虑到管板角接接头数量大、检测效率低和安全问题，采用这种方法的几率还是很低的。 (3)结合上述分析和检测设备能力，对于换热器管板角接接头的无损检测，多采用的是渗透检测。 2·工艺制造对渗透检测灵敏度影响的关键因素 渗透检测的灵敏度主要取决于渗入缺陷内的渗透量及其保留在缺陷内渗透剂的数量。而换热器管板在制造过程中采用的工艺，存在着诸多特殊因素而影响渗透剂的渗入和截留量。 2.1焊接控制 (1)焊接方法采用的是全自动熔化极MIG焊，焊缝致密光滑，但焊丝采用的是0.8 mm的H08Mn2SiA，为了保证焊后胀接过程中焊接接头不被拉开，焊接时采用的电流比较大，保证了焊缝的熔深，但却使得焊接接头的热输入大，焊接接头存在着较大的内应力，从而减小了焊接接头中开口缺陷的宽度或容积，使渗透检测时开口缺陷内不能渗进足量的渗透液。 (2)焊接时为了防止焊接飞溅对密封槽密封性能的影响，要在焊缝的边缘涂上一层挥发性较强的颗粒悬浮液，此时若表面开口缺陷宽度过大，会使颗粒物进入缺陷，堵塞缺陷而使渗透液无法进入缺陷中去。 2.2焊后胀接工艺 为了减小使用过程中介质对换热器的间隙腐蚀，换热器管板在钻制过程中，都已经对孔径尺寸进行了严格控制;制造过程中采用了焊后胀的工艺，基本上已经减少了间隙的尺寸并排出了管板和管子之间的空气，这使得渗透检测时，开口缺陷内不能渗进足量的渗透液。 2.3水压试验 换热器芯子在制作完毕后要进行水压试验，此时在管板表面会产生锈蚀，覆盖在管板表面和缺陷内部，沧州欧谱堵塞和填塞表面开口缺陷，尽管在渗透检测前对表面锈蚀要进行处理，但缺陷内部的锈蚀和其它填塞物却很难去除，使渗透液无法进入或影响渗透量。 2.4管板表面污染程度 管板焊接后在胀接过程中，为了减少摩擦，胀接前要在管口内壁先涂上一层黄油。在胀接过程中和胀后拔胀头时，黄油很容易覆盖在表面开口缺陷上，再加上胀接过程中的发热，使黄油的粘度值降低，黄油会在短时间内渗透到焊接接头的表面开口缺陷中，影响渗透剂的渗入量。 2.5制造工艺造成的不同缺陷的开口宽度的影响 主要分析表面开口缺陷的尺寸对渗透剂渗入量的影响。 在管板角接接头的制造焊接过程中，由于采用的是气体保护焊，并在焊后进行胀接，使得裂纹和气孔出现几率最高。以常见裂纹为例，有贯穿性裂纹和非贯穿性裂纹。非贯穿性裂纹在渗透时容易封闭气体，导致随着渗透量的增加，密封压强增大，从而影响缺陷内渗透量。现以裂纹模型理论推导渗透液渗入高度。 设有一非贯穿性裂纹铅直开口向上，长a、宽b、深H。经过一段时间后，被密封的气体达到平衡状态，渗透液渗入高度为h(h P0abH=P(1H-h)ab(1) 即P1=P0H(/H-h) 若不考虑液体密度，渗透停止，渗透作用停止，液体铅直方向受力平衡有： P0ab+2(a+b)αcosθ=P1ab 整理后为： h=2H(a+b)αcosθ〔/2(a+b)αcosθ+P0ab〕(2) 即h=H〔/1+P0ab〔/2(a+b)αcosθ〕 若a≥b(实际裂纹开口很窄)，则b/a→0 故h=H〔/1+P0b/2αcosθ〕(3) 从式(3)可以看出，当外界空气大气压强P0一定时，渗透液静态渗透参量αcosθ确定后，裂纹模型渗透液爬高h与裂纹深度H和宽度b有关。沧州欧谱同理可以推导出表面开口的气孔类缺陷(和半通毛细管类似)液柱的高度为： h=H〔/1+P0r/2αcosθ〕(4) 而通孔毛细管根据液柱自重与张力平衡， 即πr2ρgh=2πrαcosθ 求解得h=2αcosθ/ρgr(5) 式中r—毛细管内径，g—重力加速度，ρ—液体密度。半通与通孔毛细管表达式之所以不同，是由于半通毛细管中液柱封闭气体，根据封闭气体压力与张力和大气压力平衡求解得h。 由上述的计算不难看出，角接接头上的缺陷是否贯通及缺陷的开口宽度对渗透剂的截留量有影响。同时，由式(3)、(4)可以看出半通缺陷和贯通缺陷的渗透液渗入高度是有区别的。所以在渗透前应首先了解被检工件缺陷大致类型，确定渗透方式和渗透时间，其次将预处理工件加热，降低缺陷内部空气密度。缺陷内部空气遇冷时，压强降低，有利于渗透液的渗入。在渗透时将工件适当震动，排除缺陷内气体，也有利于增大渗入量。 3·渗透检测剂影响因素 3.1渗透检测工艺方法和渗透检测剂的选择 由于管板焊接接头数量多且比较密集，而且焊接工艺的正确选择使得角接接头的焊缝表面光滑，很少有咬边、凹坑飞溅等影响渗透检测的外观缺陷，再加上管板采用的是机加工工艺，表面比较光滑，因此在显像时采用湿法显像。另外，由于表面开口缺陷的开口宽度受制造工艺的影响而比较小，而且管板检测大部分属于立式检测，因此选择渗透剂时要选择渗透能力比较强、粘度比较高的渗透剂。由于管板表面开口缺陷的内部容积比较小，为了保证足够的截留量，必须考虑采用的去除方法要保证渗透剂的截留量。综合各方面的因素，针对换热器管板角接接头的现场检测比较多，采用了溶剂去除型着色渗透检测，显像方法为溶剂悬浮式湿式显像。 3.2渗透检测剂的影响因素 3.2.1渗透剂应具备的特性分析和选择表面张力取决于表面张力系数α，接触角θ则表征渗透剂对工件表面或缺陷的润湿能力。渗透液材料性能好坏常用静态渗透参量SPP=αcosθ和动态渗透参量KPP=(αcosθ)/η来表征。 (1)静态渗透参量SPP的物理意义 SPP是表征渗透液渗透能力的物理量。常用理想半径为r的毛细管渗透液柱的高度h=(2αcosθ)/rρg(ρ为渗透液密度)来衡量。该式在不考虑液体内摩擦力情况下，毛细管的SPP(渗透液与毛细管接触角θ≤50°，cosθ≈1)越大，毛细管半径越小，克服液柱自重上升的高度越大，表示渗透液渗透能力越强。 (2)动态渗透参量KPP的物理意义 KPP是表征渗透液渗透速率的物理量，它反映的是要求受检工件浸入渗透剂的时间。 通过二者的物理意义分析，不难发现，在管板角接接头的渗透检测中，由于缺陷的开口宽度(r)比较小且是固定的，g为常量重力加速度，此时选择渗透剂时只要考虑表面张力系数α、接触角θ和渗透剂的密度ρ这3个参量选择合适，就会使渗透剂液柱的高度更高，即保证渗透剂渗入的量更多。同时，由于采用的是立式法渗透，既要保证很好的粘附力，又要保证一定的渗透速度，此时采用折中的办法，既不采用水洗型渗透剂，也不采用后乳化型渗透剂，而是选用了具有一定挥发性的溶剂油基渗透剂(不含乳化剂)。 3.2.2去除剂应具备的特性分析和选择 去除剂的主要功能是必须满足在去除过程中，刚好去除工件表面多余的渗透剂，而又不将已经渗入缺陷内部的渗透剂清洗出来。数字超声波探伤仪http://www.shuzichaoshengbotanshangyi.com因此，所选取的去除剂不仅粘度要适中，还要具有与渗透剂及渗透剂中的染料相容且溶解要适度，同时还要具有不污染已经渗入缺陷中的渗透剂的特性。其次要考虑去除能力和去除后在工件表面所留下来的底色。结合所选择的渗透剂类型和焊缝所处的检验位置，选取溶剂去除剂进行去除。在去除过程中严格执行JB/T4730所规定的操作方法(擦除+溶剂擦除)，基本上能够满足显像时所需要的性能。 3.2.3显像剂应具备的特性分析和选择 所选取的显像剂不仅能够将缺陷中的渗透剂吸附出来，而且还要使其对吸附上来的渗透剂具有横向扩展的能力，同时还必须具有能够为缺陷的现实提供1个对比度比较高的反差背景。结合管板角接接头大部分在现场检测，其表面状况、易出现缺陷的性质和它特有的加工制造工艺，选择显像灵敏度最高的溶剂悬浮式显像剂，溶剂应该具有很高的挥发能力。 4·其他操作因素的影响 在整个渗透检测过程中，对工件的预处理方法、渗透时的时间和温度、去除多余渗透剂时操作者的手法、显像后的观察条件及其操作观察者自身的综合素质能力等因素，均影响着渗透检测的灵敏度，结合JB/T4730的要求来通过对实际操作经验的丰富基本上可以把它们的影响降低到最低限度，使渗透检测的灵敏度得到一定程度的提高，确保渗透检测的可靠性。 5·结束语 渗透方法检验缺陷能力不仅与被检工件的材料、加工方法和表面状态有关，而且与缺陷深度、宽度和外界大气压有关，还与缺陷的空间位置及是否贯穿有关。同时，还与选取的渗透检测剂的类型及操作过程中的相关因素都有着极大的关系。对于同样材料和同样的缺陷，如果任何一个因素的改变，都可以导致出现不同的检测结果。 |
