電站高壓鍋爐管座角焊縫的無(wú)損檢測(cè)

王善奇

摘要：對(duì)于電站高壓鍋爐接管座角焊縫的無(wú)損檢測(cè)，如何選擇檢測(cè)樣本和選擇何種檢測(cè)方法才能最合理地反映出受檢總體的質(zhì)量狀況，是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。為此，分析了目前對(duì)管座角焊縫檢測(cè)所存在的不足，提出利用金屬磁記憶方法篩選管座角焊縫抽查樣本以解決抽查樣本選擇的隨意性問(wèn)題。介紹了對(duì)管座角焊縫表面質(zhì)量及內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)時(shí)適用的各種方法，指出合理選用檢測(cè)方法是角焊縫檢測(cè)質(zhì)量的重要保證。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐管座角焊縫無(wú)損檢測(cè)

0引言

電站高壓鍋爐中，熔化焊接管座角焊縫占有很大的比例，對(duì)這些角焊縫進(jìn)行有效的檢測(cè)是質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接管座熔化焊角焊縫的無(wú)損檢測(cè)都給出了要求。如《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：對(duì)pw≥3.82MPa的鍋爐，集中下降管角焊縫應(yīng)做100％射線(xiàn)探傷或超聲波探傷；每個(gè)鍋筒和集箱上的其他管接頭角焊縫及其打底焊縫，至少應(yīng)做10％的無(wú)損檢測(cè)。其中，就涉及到如何選擇檢測(cè)樣本和選擇何種無(wú)損檢測(cè)方法以最合理地反映出受檢總體的質(zhì)量狀況的問(wèn)題。目前，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，選擇抽查樣本及檢測(cè)方法時(shí)還普遍存在較大的隨意性。為了改善目前的這種狀況，我們?cè)谶@方面進(jìn)行了積極有效的嘗試。

1檢驗(yàn)樣本的選取

對(duì)管座角焊縫按要求進(jìn)行一定比例的無(wú)損檢測(cè)，選擇抽查樣本時(shí)通常做法是基于如下幾方面因素的綜合考慮，即：宏觀檢查的初步結(jié)果；機(jī)組運(yùn)行期間的運(yùn)行狀況對(duì)部件安全的影響；等等。這種選取樣本的方法存在最大的問(wèn)題就是只有當(dāng)部件中的缺陷發(fā)展到一定程度從而存在宏觀表征的管座角焊縫才可能被選中以做進(jìn)一步的檢驗(yàn)，缺陷已初步形成而未有宏觀表征的管座角焊縫很可能漏檢。為了解決這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，我們將金屬磁記憶檢測(cè)(MMMT)的方法引入管座角焊縫的檢驗(yàn)。

電站鍋爐中大量使用的金屬一般都為鐵磁性材料。此類(lèi)材料中存在缺陷或其他原因引起局部應(yīng)力集中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力能。在應(yīng)力能的作用下，其內(nèi)部磁疇在地球磁場(chǎng)中產(chǎn)生疇壁的位移甚至不可逆的重新排列，產(chǎn)生磁彈性以抵消應(yīng)力能的增加，從而在應(yīng)力集中區(qū)形成微弱的“漏磁場(chǎng)”，表現(xiàn)為金屬的磁記憶特性。經(jīng)過(guò)對(duì)采集信號(hào)的放大、處理后，可顯示出材料中的應(yīng)力集中部位及強(qiáng)弱，從而方便地查找出可能存在缺陷的部位。這就是我們應(yīng)用金屬磁記憶檢測(cè)選擇管座角焊縫抽查樣本的物理基礎(chǔ)。

利用金屬磁記憶儀對(duì)角焊縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，只要參數(shù)選擇得當(dāng)，在沒(méi)有應(yīng)力集中的部位，屏幕上的磁記憶信號(hào)應(yīng)該有周期性且均勻顯示，當(dāng)存在一定程度的應(yīng)力集中時(shí)，儀器屏幕上會(huì)出現(xiàn)明顯的有一定寬度的突變信號(hào)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，建議對(duì)管座抽查選擇的樣本應(yīng)該包含所有存在明顯磁記憶突變信號(hào)的角焊縫。

2管座角焊縫的表面質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)

對(duì)管座角焊縫表面缺陷進(jìn)行探測(cè)主要采用的方法有滲透和磁粉探傷兩種，并且，應(yīng)盡可能優(yōu)先選擇磁粉探傷。

磁粉探傷時(shí)，為排除偽缺陷的干擾，保證探傷儀與工件表面的良好接觸，探測(cè)前應(yīng)磨掉角焊縫及其邊緣的氧化皮、油漆、銹蝕等直至出現(xiàn)金屬光澤，并將咬邊等表面宏觀缺陷修磨干凈。

電站高壓鍋爐熔化焊角焊縫所連接的材料很多時(shí)候?yàn)楫惙N鋼材，由于材料成分相差較大，特別是當(dāng)Cr與Mo元素含量相差較大時(shí)，磁粉探傷過(guò)程中磁痕往往易偏向顯示于某一側(cè)的熔合線(xiàn)上。此時(shí)，可應(yīng)用滲透探傷對(duì)熔合線(xiàn)上磁痕的真?zhèn)芜M(jìn)行辨別。如滲透探傷沒(méi)有顯示，則可以排除缺陷的存在。如果滲透探傷仍有缺陷顯示，則需進(jìn)一步以超聲波或射線(xiàn)探傷方法予以確認(rèn)。

3管座角焊縫內(nèi)部質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)

電站高壓鍋爐存在大量規(guī)格φl(shuí)33mm和φ108mm接管的安放式管座角焊縫，對(duì)于管徑大于或等于這兩種外徑的接管座角焊縫可以采用射線(xiàn)探傷或超聲波探傷方法檢測(cè)。接管外徑小于上述尺寸的管座角焊縫一直是無(wú)損檢測(cè)的難點(diǎn)，一般用超聲波探傷進(jìn)行檢測(cè)。

3.1接管外徑大于或等于108mm的管座角焊縫內(nèi)部質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)對(duì)于接管外徑大于或等于108mm的管座角焊縫進(jìn)行射線(xiàn)探傷，主要目的是為了檢測(cè)出角焊縫中是否存在坡口未熔合、根部未焊透等缺陷。

射線(xiàn)探傷時(shí)，由于焊縫長(zhǎng)度、寬度范圍內(nèi)透照厚度變化較大，必須采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行補(bǔ)償，通常采用的方法是異速雙片法：為了保證坡口未熔合、根部未焊透等缺陷的最佳檢出效果，在進(jìn)行探傷前，應(yīng)充分了解焊縫結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并有針對(duì)性地選擇透照方向；角焊縫透照周向位置一般采用“鐘點(diǎn)”定位法定位，工件上12點(diǎn)位置應(yīng)打上低應(yīng)力鋼印，以便分析缺陷位置、性質(zhì)并做出適當(dāng)?shù)奶幚?，同時(shí)，評(píng)定底片時(shí)要注意影像畸變、位移對(duì)缺陷顯示的影響。

目前，有關(guān)管接頭角焊縫射線(xiàn)透照方法與驗(yàn)收條件在我國(guó)還未有自己的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際應(yīng)用中一般可參考英國(guó)BS及德國(guó)DIN等標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容。

電站鍋爐中接管外徑大于或等于108mm的管座角焊縫進(jìn)行超聲波探傷通?？蓞⒖糐B4—73 0—1994《壓力容器無(wú)損檢測(cè)》的有關(guān)規(guī)定，共有5種探測(cè)方式，可根據(jù)工件的實(shí)際狀況選擇其中一種或幾種方式實(shí)施檢測(cè)。但始終應(yīng)堅(jiān)持如下原則：以直探頭檢測(cè)為主，直探頭檢測(cè)不到的區(qū)域，采用斜探頭檢測(cè)；檢測(cè)時(shí)必須充分考慮角焊縫中可能存在的各類(lèi)缺陷，并使主聲束盡可能垂直于焊縫中的危險(xiǎn)缺陷，以保證危險(xiǎn)缺陷能被檢查出來(lái)。

3.2接管外徑小于108mm的管座角焊縫內(nèi)部質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)由于下述三方面因素的存在，接管外徑小于108mm的管座角焊縫的超聲波探傷一直是檢測(cè)的難點(diǎn)，這些因素包括：管徑小，探傷面曲率大，容易造成聲束擴(kuò)散使得靈敏度降低；管壁薄，聲程短，近場(chǎng)干擾較大；為保證盡可能大的掃查范圍，探頭折射角大，從而容易產(chǎn)生變形波。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，對(duì)于接管外徑不大于108mm的管座角焊縫，超聲波探傷時(shí)我們選擇小晶片、小前沿探頭(晶片尺寸6mm×6mm較為合適，探頭前沿長(zhǎng)度10≤5mm)，探頭頻率選擇5MHz，此時(shí)最小可檢出缺陷尺寸約為0.6mm。檢測(cè)時(shí)必須使用至少兩種不同折射角的探頭：為檢出角焊縫上部區(qū)域的缺陷，一般選用K=2.5～2.7；但檢查根部缺陷時(shí)，考慮到端角反射問(wèn)題，選用K=0.7～1.5，以提高根部缺陷檢出能力。檢測(cè)前為保證探頭與工件的充分耦合，探頭底面應(yīng)修磨成圓弧面。

掃描速度調(diào)整、DAC曲線(xiàn)的制作所采用的試塊選取DL/T820—2002標(biāo)準(zhǔn)的DL—1試塊。

探測(cè)焊縫層間缺陷與根部缺陷的靈敏度選擇依據(jù)不同的基準(zhǔn)。探測(cè)焊縫層間缺陷時(shí)，以DL—1試塊中由1mm×15mm的通孔為基準(zhǔn)。對(duì)于接管壁厚為8mm的管座角焊縫，其探傷靈敏度一般選擇為φ1mm×15mm，—12dB。探測(cè)根部缺陷以相同規(guī)格管內(nèi)部1.5mm深溝槽作為啟始靈敏度。

檢測(cè)過(guò)程中，一次波標(biāo)記點(diǎn)前出現(xiàn)的反射波均為缺陷波。如果二次波在內(nèi)壁上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在焊縫外側(cè)，反射點(diǎn)位于焊縫中，該反射波可判為缺陷波；如果二次波在內(nèi)壁上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在焊縫里面，該反射波不能判為缺陷波。

4結(jié)束語(yǔ)

選取適當(dāng)?shù)臋z測(cè)樣本、采用合適的檢驗(yàn)方法是管座角焊縫檢測(cè)質(zhì)量的重要保證。應(yīng)用上述程序和方法，我們對(duì)廣東省內(nèi)部分電廠高壓鍋爐熔化焊管座角焊縫進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了一批容易漏檢的缺陷，在保證機(jī)組安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面發(fā)揮了積極的作用。