填料箱变径处的裂纹检测技术

桑建军，李守彬

（中广核核电运营有限公司，广东深圳518000）

填料箱变径处的裂纹检测技术

桑建军，李守彬

（中广核核电运营有限公司，广东深圳518000）

填料箱是阀门重要的密封部件，在填料箱的变径处常有裂纹出现。利用超声波检测时，对变径处的裂纹信号难以判断，显示的裂纹信号易与结构信号混淆，导致漏检。通过磁粉检测方法，从侧面验证了裂纹的存在。对于浅表面的裂纹，可通过机加工去除，避免了不必要的零件报废，在提高产品质量的同时，降低了生产成本。

阀门；填料箱；超声波；裂纹；深度；磁粉；检测；方法

0 概 述

阀门填料箱作为阀门重要部件之一，对于介质的密封起到二次保护作用。在填料箱制造过程中，需通过锻造，挤压成型，容易在截面凸变处产生应力集中，导致裂纹的产生。在高压运行工况下的阀门，一旦填料箱出现裂缝，裂纹将在高压的作用下扩展，最终导致开裂，造成介质泄漏，甚至引发爆炸事故。

1 超声波检测实施

阀门填料箱（锻件）材质为A105，属于碳钢中的特殊钢材。填料箱的形状，如图1所示。材质检查按ASTMA388-2011标准进行，检查结果应符合标准要求。

（1）材质中单个圆形缺陷尺寸，不应大于当量直径Ø2mm。

（2）无密集缺陷，在50mm2范围内，当量直径Ø1.5mm不超过5个缺陷回波显示。

（3）斜波检验，不允许出现任何裂纹，对比试样V型槽深为工件壁厚的3%，最大值为3mm。

检测时，采用MUT600B便携式数字超声波探伤仪，直探头选择2.5P14Z，利用工件大平底回波进行调试，找到底面反射波，调至50%屏高，输入Ø2 mm平底孔，工件厚度为175mm，将底波调至屏幕的第四格以内，按回车确认，这时AVG曲线就自动生成。斜探头选择2.5P8×8K2，利用CSK-IIIA试块，调试距离波幅曲线，调试好仪器后，对工件进行检验。

图1填料箱的形状

检测时，在探头的左右前后移动中，未发现缺陷显示。当探头移动到截面边缘时，探头中心离边缘约5～7mm，探头所处位置，如图2所示。在边缘处出现一反射波，其深度在67mm处，当量直径为Ø4mm，该处的波形图，如图3所示。用直尺测量裂纹位置，正好位于凸台变径处。随着探头的移动，反射波波幅不断降低，探头稍微往中心移动，回波迅速变小，再往边缘移动一点，反射波立即消失，很容易误以为是边缘干涉波或者是探头杂波。

图2直探头的探测位置

图3端面边缘处的缺陷波形

2 磁粉检测的验证

在超声波检测中，对该批次17个阀门填料箱实施了检测，其中8个在边缘有疑似缺陷波。为了验证无损检测的结果，采用CJX-A型交流磁粉探伤仪，用A型磁轭探头对凸台变径处实施连续法检测（垂直进行两次磁化，其中一次磁轭沿轴向布置）。采用磁轭间距为100mm。经检测，发现凸台变径处有明显的表面裂纹，如图4所示。擦掉磁痕后，重新检测，仍然可见长达30～120mm的周向裂纹。

图4磁粉检测时的裂纹显示

3 缺陷深度的测定

由于填料箱是毛坯锻件，还有一定的加工余量，如裂纹深度较浅，将在机加工后去除，故应对裂纹的深度予以确认，最终判定是否可经机加工清除。采用上述所提斜探头，在工件曲面检测轴向裂纹的深度。探头的位置，如图5所示。经探测，缺陷深度为5～11mm，缺陷处的波形图，如图6所示。确定缺陷深度后，其中6个毛坯件超出机加工余量2～3 mm，故将这6个毛坯件作退货处理。

图5实施曲面轴向裂纹深度探测

图6曲面轴向裂纹深度定量图

4 超声波检测方案的优化

对于圆柱型工件，在端面检测表面裂纹时，可采用小角度纵波斜探头（约15°）在端面进行检测。这样探头不用靠近边缘，就可以检测到变径处的缺陷回波，如深度为65～80mm的缺陷，探头边缘离工件边缘约11～14mm，这样操作者就不会怀疑是边缘干涉波。利用斜探头在曲面轴向检测缺陷深度时，探头与工件只是部分接触，探头稍微一转动就容易出现杂波，最好采用与工件曲率相同的曲面斜探头，这样耦合更好，缺陷波显示得更清晰。

5 注意事项

（1）对于小角度纵波斜探头，目前只是在理论上提及，对于其角度测试、验收标准以及距离波幅曲线的制作也很难。一般的超声波仪器，也没有将小角度纵波斜探头的调试方法列入使用说明书中，另一个原因是这种探头会在工件中产生横波和纵波，故在调试时应注意区分。对于新购买的探头，角度误差不会太大，只需调好始偏后，输入已知角度即可直接用于检测。

（2）选择直探头时，应在满足检查标准的同时，尽量选用小直径探头，在探测边缘缺陷时，探头不至于悬空。

（3）在超声波探伤中，遇到可疑缺陷波时，应仔细判断，排除非缺陷回波（如斜探头在检测裂纹深度时，工件变径处堆积的机油会引起杂波，只需抹掉堆积的机油，回波即会消失）。

（4）准确调试超声波仪器，尽量减少误差率，尤其是探头K值，便于对缺陷深度的测量。

6 结 语

对该批次填料箱进行超声波检测后，发现存在周向裂纹的工件8个，经磁粉检测后，工件表面均有红色磁痕显示，裂纹长度为30～120mm，其中2个工件的缺陷深度在加工余量内。挖除裂纹后，经探伤检测，未发现裂纹，可进入下道工序。对其余6件予以退货处理。经机加工后，通过超声波检测，该2个工件的浅表面裂纹已去除。

对于内部缺陷的探测，超声波检测的灵敏度高，对疑拟表面缺陷探测时，可利用其它检测方法进行确认，验证探测结果的准确性。

［1］郑晖，林树青.超声波检测［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

［2］ASTMA388/A388M-2011.重型钢锻件的超声波检测［S］.

［3］宋志哲.磁粉检测［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

［4］JB/T4730.3-2005.承压设备无损检测第3部分/超声波检测［S］.

TheTestingTechnologyintheValveofStuffingBox CornerSurfaceCrackTesting

SANGJian-jun，LIShou-bin
（ChinaGuangdongNuclearPowerOperationCo.，Ltd.，Shenzhen518000，Guangdong，China）

Stuffingboxisimportanttosealpart.Thearticledescribesthemaindifficultiesinthevalveofstuffingbox forultrasonictesting.Duetothestuffingboxwhendoingultrasonictestingintheendfaceforconvexpartswhichthe surfacecrackisdifficulttojudge，itiseasytoconfusetheoperatorleadtoundetected；bymagneticparticletesting demonstratestherealityandtheuseofK2obliqueprobeinsurfacetodetectthedepthofthecrack.Fortheshallow surfacecrackcanbemachinedoff.Atthesametimetoimprovethequalityofreducingproductioncostandimprove productionefficiency.

valve；stuffingbox；ultrasonic；crack；depth；magneticpowder；test；method

TL353

A

1672-0210(2015)04-0044-03

2015-09-01

：2015-10-12

桑建军（1969-），男，毕业于四川大学，工程师，从事核电站在役检查项目与技术方面的管理工作。