Jäljennetarkastukset voimalaitosten huoltoseisokeissa
Jäljennetarkastus sanana se aiheuttaa vähäkään asiaan vihkiytyneille mielleyhtymän tarkastajasta, joka pyörii päähöyrylinjan istutussauman ympärillä epämääräisten pullojen, pumpulituppojen ja pienten muovipalojen ympäröimänä. Mutta mitä tämä jäljennetarkastus oikeastaan on ja miksi sitä tehdään?
Lyhyesti sanottuna jäljennetarkastus on virumisvaurion metsästämistä ja seurantaa. Se pohjautuu ennakoivaan kunnossapitoon ja sen perimmäisenä tarkoituksena on turvallisuuden varmistaminen. Päämääränä on siis selvittää mahdollisimman aikaisessa vaiheessa, missä kohdassa putkiston komponentteja virumavaurio ilmenee, jolloin sitä voidaan seurata ja ehkäistä yllättävät rikkoutumiset.
Tarkemmin virumisvaurion kehittymiseen, määrittämiseen ja kriittisiin kohteisiin on paneuduttu tämän lehden artikkelissa Voimalaitosten korkean lämpötilan komponenttien virumisen hallinta.
Jäljennetarkastuksen suunnittelu
Miten jäljennetarkastus voidaan kohdistaa oikein? Tarkastettavaa putkistoa voi laitoksella olla satoja metrejä eikä joka ainoan hitsaussauman tarkastus ole mielekästä taloudellisesta tai aikataulullisestakaan näkökulmasta. Sen sijaan tarkastuskohteiden valinta perustuu tietoon virumisvaurion kehittymisestä ja tyypillisistä kriittisistä kohteista.
Valinnassa voidaan käyttää laitoksen käyntijakson aikana tehtäviä tutkimuksia, kuten kannakointitarkastusta, putkistogeometrian tarkastelua sekä virumismallinnusta. Lisäksi voidaan hyödyntää laitoksella aiemmin suoritettujen jäljennetarkastusten tuloksia, mikäli niitä on saatavilla.
Tarkastettavat kohteet on valittava huolellisesti, jotta jäljenne edustaisi rakenteen pahiten vaurioitunutta osaa. Yleinen suositus on ottaa jäljenteet neljältä sektorilta hitsien molemmilta sularajoilta siten, että mukana on hieman perusainetta, muutosvyöhykettä ja hitsiä. Suuntien valintaan vaikuttaa putkistojen kuormitus, esim. lämpöliikkeen vaikutus. Yhdehitseissä tyypillisiä kohteita ovat satulapiste ja 90° kulma. Jäljennekohteiden valintaan voivat vaikuttaa myös mahdollinen viruma-analyysi, luoksepäästävyys sekä aiemmin löytynet säröt.
Esivalmistelut
Jäljennetarkastus vaatii suorittajaltaan paljon, mutta työn onnistumisessa myös tilaajalla on vastuunsa. Seisokin aikana on yleensä tiukka aikataulu, joten esivalmistelut ovat tärkeitä. Etukäteen tulisi suunnitella tarvittavien
telineiden rakentaminen ja eristeiden poisto. Eristeet tulisi poistaa mahdollisimman aikaisessa vaiheessa, että tutkittavan kohteen lämpötila laskee riittävästi (alle 50°C), sekä riittävän laajalta alueelta, että hionta saadaan
suoritettua. Myös tulityösuojaus tulee huomioida, koska elinikätarkastuksen kohteet hiotaan kulmahiomakoneella.
Jossain tapauksissa jäljennesuunnitelmaa joudutaan muuttamaan ”lennosta”, jos vaikka eristeiden poiston jälkeen löytyy vielä uusia hitsejä. Joskus taas jäljennetarkastuksen laajuutta joudutaan supistamaan merkittävästi, kun esimerkiksi tarkastettava hitsi onkin kyseisen linjan kannakkeiden alla. Tällaisia yllättäviä tapauksia ilmenee erityisesti vanhemmilla laitoksilla, joissa päähöyrylinjojen piirustukset ei välttämättä ole täysin ajan tasalla tai niitä ei muuten ole saatavilla.
Työn suorittamiseen liittyvien vaatimusten läpikäynti tilaajan ja tarkastajan välillä on tärkeä osa tarkastusten suunnitteluvaihetta. Riittävällä suunnittelulla varmistetaan että molemmat osapuolet ovat tilanteen tasalla ja
mahdollistetaan se, että tarkastaja kykenee aloittamaan työskentelyn välittömästi laitokselle saavuttuaan ja käyttämään laitoksella aikansa mahdollisimman tehokkaasti.
Hionta
Ensimmäinen käytännön työvaihe jäljenteenotossa on hiominen. Jäljenteen ja koko elinikätarkastuksen onnistumisen kannalta hiontatyö on avainasemassa ja se määrittääkin jäljenteen lopullisen laadun. Hionnassa on
kaksi vaihetta. Magneettijauhetarkastusta varten hiomalla poistetaan putken pinnalla oleva oksidikerros ja tasoitetaan hitsin sularaja. Ideaalitapauksissa hionta tulisi tehdä putken ympäri hitsin yli, niin että magneettijauhetarkastus päästään suorittamaan riittävältä alueelta. Huolellinen pohjahionta varmistaa sen, että virumasäröt tulevat varmasti näkyviin, mikäli niitä kyseisessä hitsissä on. Hionnassa on myös haasteena poistaa
materiaalia riittävästi, jotta särötarkastus saadaan tehtyä, mutta toisaalta mahdollisimman vähän, että pintaan keskittyvä virumisvaurio on havaittavissa.
Toisessa vaiheessa jäljennekohteille suoritetaan vielä tarkempi hionta käyttäen eri karheusasteen hiomalaikkoja. Hionnan aikana on tärkeä varmistaa, ettei naarmuja pääse muodostumaan. Mahdolliselle kovuusmittaukselle
pinnankarheusvaatimus on minimissään 220 grit kulmahiomakoneella hiottuna. Viimeistään kovuusmittausten jälkeen pinta hiotaan lopulliseen karheuteensa. Elektrolyyttistä kiillotusta käytettäessä karheusaste on 400 grit.
Huolellinen hiontatyö on tärkeä vaihe jäljennetarkastuksessa.
Magneettijauhetarkastus
Jäljennetarkastusta edeltävällä magneettijauhetarkastuksella tarkastetaan mahdollisuuksien mukaan koko hitsi. Tämä on tärkeä vaihe, koska jäljennetarkastus kohdistuu vain hyvin pienelle pinta-alalle, kun taas magneettijauhemenetelmällä voidaan tarkastaa koko hitsaussauman suhteellisen nopeasti makrosäröjen tai muiden vikojen varalta. Suositeltavaa on käyttää fluoresoivaa magneettijauhetarkastusta, jolla voidaan huolellisesti
suoritettuna havaita luotettavasti 2 mm ja isommat virumissäröt. Fluoresoivassa magneettijauhetarkastuksessa
havaituista mahdollisista näyttämistä on hyvä ottaa jäljenne ja määritellä, onko näyttämän syynä viruma vai jokin muu tekijä.
Virumissärö T-haarassa havaittuna fluoresoivalla magneettijauhetarkastuksella.
Kenttäkovuusmittaus
Kenttäkovuusmittaus on toinen tarkastusmenetelmä, jota käytetään usein jäljennetarkastuksen rinnalla. Kovuusmittauksen avulla voidaan arvioida materiaalin tilaa jäljennetarkastuksen tukena esimerkiksi mikrorakenteen hajaantumista arvioitaessa. Sopiva pinnankarheusvaatimus kenttäkovuusmittaukselle on 220 grit. Mikäli kovuusmittaus suoritetaan karkeammalle pinnalle, tulosten hajonta kasvaa ja tulosten tarkkuus kärsii.
Menetelmä on suuntaa-antava, mutta antaa lisätietoa materiaalin tilasta yhdessä jäljenteiden kanssa. Kenttäkovuusmittaus on herkkä pinnan laadulle ja oikealle hiontasyvyydelle (hiilenkato kerros ym.). Luotettavan
tuloksen saaminen vaatii huolellisen valmistelun, kohteeseen soveltuvan kenttäkovuusmittarin ja materiaalikohtaisen kalibroinnin mittarille.
Jäljennekohteen elektroninen kiillotus.
Jäljenteen otto
Kun tarkastettava pinta on saatu hiottua 400 gritiin, on vuorossa kiillotus. Virumisvaurion havaitsemisen kannalta elektrolyyttinen kiillotus kannettavalla laitteella on paras vaihtoehto. Kiillotus irrottaa sähkövirran avulla tarkastuspinnalta pienen määrän materiaalia, jonka seurauksena pinta kiillottuu. Tarkastettava pinta-ala määräytyy Movipol-laitteen suuttimen halkaisijan perusteella. Kiillotus kestää tyypillisesti 30 sekuntia, jonka jälkeen kiillotettu jäljennepaikka huuhdellaan etanolilla, jotta laitteessa elektrolyyttinä toiminut heikko happo saadaan huuhdeltua pois metallipinnalta. Myös mekaanista kiillotusta (hiomapaperi ja timanttitahna) voidaan käyttää esimerkiksi särön syntymekanismin arviointiin.
Seuraava vaihe jäljennetarkastuksessa on tuttu kaikille, jotka ovat joskus valmistaneet hieitä. Kuten hieen valmistuksessa, niin myös jäljennetarkastuksessa on tärkeää saada teräksen mikrorakenne esille. Tähän tarkoitukseen käytetään syövytyshappoa, joka valitaan tarkastettavan teräksen laadun perusteella. Esimerkiksi seostamattoman teräksen syövytykseen riittää melko heikko happo, kun taas ruostumattomille austeniittisille
teräksille voidaan vaatia esimerkiksi voimakkaasti syövyttävää ja myrkyllistä fluorivetyhappoa. Pääasiassa virumiskohteissa materiaalit ovat kuitenkin niukka- tai runsasseosteisia kuumalujia teräksiä, joiden syövyttäminen
onnistuu turvallisesti kenttäolosuhteissa.
Syövytyksen jälkeen jäljennekohta huuhdellaan jälleen etanolilla, jotta syöpyminen saadaan pysäytettyä. Syövytyksen jälkeen mikrorakenne pitää saada kopioitua myöhempiä tutkimuksia varten. Tähän on muutamia erilaisia metodeja, joista eräs on kopioida mikrorakenteen peilikuva muovikalvolle. Muovi pehmitetään liuottimella
ja asetetaan huolella valmistellun jäljennekohdan päälle. Mikrorakenne kopioituu muoville, kun muovin ja metallin välissä oleva liuotin haihtuu, jolloin muovi tiivistyy ja tunkeutuu metallin pintaan. Jähmettynyt jäljennemuovi poistetaan varovasti ja kiinnitetään alustalle. Tämän jälkeen jäljenne on valmis tutkittavaksi.
Jäljenteenottaja työssään.
Jäljenteen tutkiminen ja johtopäätökset
Valmis jäljenne tutkitaan optisella mikroskoopilla. Huoltoseisokin aikana laitoksella tulee vähintäänkin varmistaa jäljenteen onnistuminen: jäljenteessä ei ole ilmakuplia, raerajat erottuvat selvästi, mikrorakenne ei ole
naarmuinen jne. Usein myös pyritään suorittamaan jäljenteiden alustava luokittelu eli havaitsemaan pitkälle edennyt virumisvaurio.
Vakavimmista virumavaurioista informoidaan tilaajaa paikan päällä. Tämän perusteella voi olla tarpeen laajentaa
jäljennetarkastusta. Mikäli makroskooppinen virumissärö on havaittu ja poistettu, tulisi jäljenne ottaa myös pois hionnan jälkeen. Tällöin tiedetään, mihin vaurioasteeseen komponentti jää ja voidaan seurata virumisvaurion
mahdollista uusiutumista.
Lopullinen luokittelu tehdään toimistolla, jonka jälkeen tulokset jäljenne- kovuusmittaus- ja magneettijauhetarkastuksista raportoidaan asiakkaalle ja annetaan suositukset uudelleentarkastuksista.
Jäljenteen alustava tutkimus optisella mikroskoopilla.
Tanja Winqvist ja Johanna Tuiremo
Kiwa Inspecta Suomi
Alkuperäinen teksti on julkaistu Hitsaustekniikka 5/2017 -lehdessä.