№ 3
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2008
УДК 541.13
© 2008 г. БЕРЕЗКИНА Н.Г., ЛЕЙПУНСКИЙ И.О., БЕЛЯКОВ A.B., ГОРБАЧЕВ А.Н., ШЕПТАЛИНА Н.Г.*
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ АММИАЧНОГО ОТКЛИКА ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ ТЭС
В ходе работ по созданию ВКС "Буран" в ИНЭПХФ РАН были разработаны новые разновидности метода контроля проникающими веществами, использующие в качестве индикаторного вещества пары аммиака. Методы стали использоваться для контроля высоконагруженных деталей и узлов энергетического оборудования при проведении профилактических осмотров и ремонтно-восстановительных работ на Костромской, Рязанской и Ставропольской ГРЭС.
Самым эффективным оказалось применение магнитопорошковым методом метода на литых деталях (корпуса турбины, арматуры и т.п.) в зонах, непригодных для контроля. Метод успешно использован для контроля состояния сварных соединений, тепловых канавок и гребенчатых уплотнений на роторах высокого и среднего давления, центральных полостей роторов, лопаточного аппарата турбин.
Этим методом определено образование развивающихся коррозионно-усталост-ных повреждений в канавках гребенчатого уплотнения роторов турбин 800 Мвт.
В лабораторных условиях методы аммиачного контроля успешно использованы для выявления мест локальных сквозных повреждений на теплообменных трубках горизонтальных парогенераторов атомных электростанций.
Методы дефектоскопии аммиачного отклика могут быть рекомендованы для применения при контроле высоконагруженных деталей и узлов энергетического оборудования различной мощности.
Введение. В ходе работ по созданию ВКС "Буран" в ИНЭПХФ РАН были разработаны новые разновидности методов неразрушающего контроля, которые можно отнести к классу дефектоскопии проникающих веществ. Исходя из постановки задачи проведения экспресс-контроля композиционных материалов и изделий из них и недопустимости загрязнения этих материалов дефектоскопическими веществами, в разработанных методах используются проникающие вещества, содержащие легколетучие и газообразные компоненты [1-4]. В качестве индикаторных веществ веществ в предложенных методах могли быть использованы двуокись углерода или аммиак. В настоящей статье представлены методы, основанные на применении аммиака [4-6].
Методы различаются способом введения аммиака в дефекты, но их объединяет общий принцип обнаружения дефектов по "аммиачному отклику", т.е. по наличию диффузионных потоков молекул аммиака из дефектов. Для регистрации диффузионных потоков аммиака разработаны высокочувствительные индикаторные составы, рецептура которых основана на принципе смещения кислотно-основного равновесия [5-7].
На базе методов аммиачного отклика разработана технология неразрушающего контроля энергетического оборудования (ДАО-технология) [8, 9].
* Березкина Н.Г., Лейпунский И.О. - ИНЭПХФ РАН; Беляков А.В., Горбачев А.Н. - ВТИ; Шепталина Н.Г. -РГРЭС.
Как составная часть ДАО-технология входит в комплексные технологии определения и восстановления живучести энергетического оборудования [10].
Методы ДАО-технологии
Капиллярно-диффузионный метод. В традиционной капиллярной дефектоскопии используются цветные или люминесцентные пенетранты, а визуализация дефектов осуществляется с помощью специальных жидких проявителей, которые "вытягивают" пенетрант из дефектов. Поскольку при этом важную роль играет контакт пенетранта с проявителем, используемые пенетранты должны обладать малой летучестью. Перед нанесением проявителя избыток пенетранта удаляют с поверхности при помощи специального очистителя. Дефекты регистрируются после высыхания проявителя, как правило, с использованием лупы и дополнительных источников освещения, затем контролируемая поверхность очищается от дефектоскопических материалов.
В дефектоскопии аммиачного отклика (ДАО) в качестве пенетрантов используются легко испаряемые растворы аммиака, которые удаляются с контролируемой поверхности и из дефектов за счет испарения, т.е. исключается стадия промежуточной очистки поверхности от избытка пенетранта.
Испарение пенетранта обеспечивает выход его молекул из дефектов за счет диффузии в газовой фазе, что снимает требование непосредственного контакта пенетранта и проявителя в жидкой фазе, позволяет использовать вместо проявителя чувствительную к аммиаку индикаторную бумагу и исключить из цикла контроля стадию очистки поверхности от дефектоскопических материалов. При отсутствии изображений дефектов индикаторная бумага может быть использована повторно в следующем цикле контроля.
После проведения контроля остатки аммиачного раствора испаряются из дефектов, так что очистка детали от остатков пенетранта не требуется.
Данный метод получил название "капиллярно-диффузионный" (КДМ). Он разрабатывался для контроля сквозных и тупиковых пор в изделиях из материала "Гравимол" [1, 2], поскольку применение традиционных методов капиллярной дефектоскопии для этой цели исключалось из-за невозможности очистить полости пор от дефектоскопических материалов после контроля.
Газо-адсорбционный индикаторный метод. В качестве проникающего вещества можно также использовать аммиак в газовой фазе, например, в виде воздушно-аммиачной смеси. В этом случае насыщение дефектов осуществляется за счет диффузии аммиака внутрь дефектов и адсорбции его на поверхности материала.
Данный метод аналогичен известным методам газосорбционной радиоизотопной дефектоскопии [11], которые основаны на способности газов проникать в нарушения сплошности материала через каналы размером порядка диаметра атома и сорбироваться на их поверхности. В газосорбционном радиоизотопном методе используется радиоактивный газ криптон-85, наличие которого в дефектах обнаруживается по его ионизирующему излучению.
Следует отметить, что газокинетические размеры атома криптона (4,16 А) и молекулы аммиака (4,43 А) близки и они проникают в любые дефекты. Сорбционная емкость дефектов по аммиаку оказывается существенно выше, чем по криптону, так как связь молекулы аммиака с поверхностью, благодаря ее полярности, будет сильнее, чем у криптона.
Аммиак хорошо адсорбируется на поверхности практически любых материалов и, в зависимости от парциального давления, может образовывать несколько монослоев. При снижении парциального давления он легко десорбируется и диффундирует из дефектов, что дает возможность регистрировать его на выходе из дефектов при помощи индикаторной бумаги.
Данный метод дефектоскопии аммиачного отклика назван газоадсорбционным индикаторным методом (ГАИМ) [12, 13]. Он разрабатывался как альтернативный метод
для контроля объектов авиационной техники. Главными преимуществами ГАИМ перед методами газосорбционной радиоизотопной дефектоскопии являются отсутствие радиоактивности и малая продолжительность контроля.
Газовый индикаторный метод. В дефектоскопии проникающих веществ особое место занимают газовые методы, которые составляют группу методов течеискания. Эти методы традиционной дефектоскопии используются для обнаружения "течей" -сквозных дефектов в стенках полых замкнутых или герметизируемых изделий (сосудах, камерах и т.д.), причем изделие заполняется индикаторным газом под избыточным давлением. Обнаружение "течей" производится путем регистрации потока индикаторного газа с наружной стороны.
В ИНЭПХФ РАН были разработаны газовые индикаторные методы (ГИМ), позволяющие обнаруживать сквозные дефекты в незамкнутых и негерметизируемых изделиях. Для реализации этих методов с одной стороны стенки создается повышенная концентрация индикаторного газа, а наличие сквозных дефектов определяется по наличию диффузионных потоков, регистрируемых с другой стороны стенки при помощи соответствующей индикаторной бумаги.
Первоначально эти методы предназначались для контроля сплошности тонких незамкнутых покрытий на элементах теплозащиты ВКС "Буран", индикаторными газами служили аммиак и углекислый газ.
Благодаря малым размерам молекулы аммиака, низкому фоновому содержанию его в атмосфере и высокой чувствительности созданных индикаторных материалов, использование аммиака позволяет достигать чувствительности методов гелиевого течеискания (до 10-8 нсм3/с).
Следует отметить, что наличие конденсированной влаги в капиллярных "течах" существенно понижает чувствительность гелиевого и фреонового течеискания, но не является препятствием для выявления течей аммиачным газовым методом из-за высокой растворимости аммиака в воде. Водяные пробки в сквозных дефектах могут привести лишь к увеличению времени диффузии аммиака через дефекты при сохранении высокой чувствительности.
Информативные возможности ДАО-технологии
Процедура регистрации диффузионных потоков аммиака из дефектов при использовании ГАИМ и КДМ схематически показана на рис. 1.
После обработки аммиаксодержащей средой деталь сначала выдерживают на воздухе для удаления его избытка с внешней поверхности естественным путем.
Следует отметить, что время выдержки для испарения избытка раствора в случае КДМ и десорбции адсорбированных слоев в случае ГАИМ лежит в пределах нескольких минут.
Затем на контролируемую поверхность детали накладывают лист индикаторной бумаги на заданное время. При попадании на ее поверхность молекул аммиака индикаторная бумага изменяет цвет, в результате, напротив дефекта появляются изображения дефектов, которые увеличиваются в размерах по мере диффузии аммиака по бумаге.
Для выявления поверхностных дефектов индикаторная бумага накладывается на поверхность, обработанную аммиаксодержащей средой, для выявления сквозных дефектов бумага накладывается на противоположную поверхность.
Благодаря высокой чувствительности индикаторной бумаги, процесс регистрации дефектов с ее помощью занимает от нескольких секунд до нескольких десятков секунд, в зависимости от величины диффузионного потока.
Очевидно, что пока из дефектов полностью не испарится аммиак, они будут его источниками. Следовательно, после заполнения дефектов аммиаксодержащей средой контроль можно повторять, просто накладывая на поверхность другой лист индикаторной бумаги. Это позволяет избавиться от ложных индикаторных следов, связа
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.