小徑管焊口超聲波檢驗(yàn)的研究

慈維霞

(哈爾濱泰斯特檢測(cè)有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150016)

0 引言

目前，600 MW、1 000 MW的超超臨界火力發(fā)電機(jī)組已成為中國(guó)火力發(fā)電的主力機(jī)組。超超臨界鍋爐受熱面管徑一般較小，管徑為32～89 mm，管壁厚度為4～14 mm。小徑管在鍋爐制造安裝中應(yīng)用較廣，能承受較高的壓力，主要采用X、Y射線進(jìn)行檢驗(yàn)。由于小徑管透照厚度差較大，安裝過(guò)程中管子密集排列，X、Y射線檢驗(yàn)缺陷檢出率較低。為此，用超聲波檢驗(yàn)鍋爐受熱面小徑管焊口，并對(duì)超聲波檢驗(yàn)和射線檢驗(yàn)在小徑管焊口檢驗(yàn)中的缺陷檢出率進(jìn)行比較。

1 射線探傷和超聲波探傷的特點(diǎn)

1．1 射線照相法的特點(diǎn)

a．可以獲得缺陷的直觀圖像，定性準(zhǔn)確，對(duì)長(zhǎng)度、寬度尺寸的定量也比較準(zhǔn)確。

b．檢測(cè)結(jié)果有直接記錄，可以長(zhǎng)期保存。

c．對(duì)體積型缺陷(氣孔、夾渣類)檢出率很高，對(duì)面積型缺陷(如裂紋、未熔合類)，如果照相角度不適當(dāng)，就容易漏檢。

d．適宜檢驗(yàn)厚度較薄的工件而不適宜較厚的工件，因?yàn)闄z驗(yàn)厚工件需要高能量的射線探傷設(shè)備，一般厚度大于100 mm的工件照相是比較困難的。

e．適宜檢驗(yàn)對(duì)接焊縫，不適宜檢驗(yàn)角焊縫以及板材、棒材、鍛件等。

f．對(duì)缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸(高度)的確定比較困難。g．檢測(cè)成本高、速度慢。h．射線對(duì)人體有傷害。

1．2 超聲波檢測(cè)的特點(diǎn)

a．面積型缺陷的檢出率較高，而體積型缺陷的檢出率較低。

b．適宜檢驗(yàn)厚度較大的工件，但隨著超聲波檢測(cè)設(shè)備及技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于較薄工件的檢測(cè)也逐步適宜。

c．適用于各種試件，包括對(duì)接焊縫、角焊縫、板材、管材、棒材、鍛件，以及復(fù)合材料等。

d．檢驗(yàn)成本低、速度快，檢測(cè)儀體積小、重量輕，現(xiàn)場(chǎng)使用較方便。

e．得到的缺陷直觀圖像定性困難，定量精度不高，但基于PC的全數(shù)字超聲檢測(cè)(如TOFD技術(shù))得到的探傷結(jié)果能以文件形式保存。

f．對(duì)缺陷在工件厚度方向上定位較準(zhǔn)確。

g．材質(zhì)、晶粒度對(duì)探傷有影響。

射線檢驗(yàn)與超聲波檢驗(yàn)作為探傷檢驗(yàn)的兩種方法，主要針對(duì)內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)，在超超臨界機(jī)組焊口檢驗(yàn)中應(yīng)用廣泛，射線檢驗(yàn)對(duì)體積型缺陷(氣孔、夾渣類)檢出率很高，而超聲波檢測(cè)對(duì)面積型缺陷的檢出率較高。在探傷檢驗(yàn)前，只有根據(jù)被檢焊縫的焊接特點(diǎn)及容易出現(xiàn)缺陷的類型選擇合適的檢驗(yàn)方法，才能保證檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確。

2 小徑管的探傷檢驗(yàn)方法比較

焊接接頭中常見缺陷有氣孔、夾渣、未焊透、未溶合和裂紋等。小徑管對(duì)接焊縫一般采用手工電弧焊打底、手工焊填充或等離子焊等方法進(jìn)行焊接。對(duì)接接頭焊縫檢驗(yàn)通常采用射線探傷法和超聲波探傷法。

在某電廠電建施工中，分別對(duì)不合格的焊口進(jìn)行了超聲波和射線檢驗(yàn)，并對(duì)不同缺陷檢出率進(jìn)行了比較，檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，小徑管超聲檢驗(yàn)對(duì)缺陷的檢出率明顯高于射線檢驗(yàn)。

表1 射線檢驗(yàn)和超聲波檢驗(yàn)對(duì)缺陷檢出率的比較

3 小徑管超聲檢驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的選用

在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 820—2002關(guān)于中小徑薄壁管焊接接頭超聲檢驗(yàn)中，要求采用DL—1型專用試塊的探頭頻率為5MHz。斜探頭的折射角β應(yīng)依據(jù)管壁厚度來(lái)選擇，不同管壁厚度焊接接頭推薦使用的探頭角度如表2所示。在保證晶片面積不大于64 mm2的前提下，推薦探頭晶片尺寸選用6 mm ×6 mm、8 mm ×8 mm、7 mm ×9 mm。管壁厚度≤6 mm時(shí)探頭前沿應(yīng)≤5 mm，壁厚度大于＞6 mm時(shí)可適當(dāng)增大。

表2 推薦使用的探頭角度β

在電建施工中，小徑厚壁管焊口(φ70×22、φ101．6×18、φ127 ×22、φ114×20等)的焊接接頭在電力行業(yè)超聲波檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中處于空白，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依。用射線檢驗(yàn)透照厚度大、管徑較小的焊口，邊蝕效應(yīng)嚴(yán)重，底片靈敏度無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中超聲檢驗(yàn) JB4730．3—2005中小徑管焊口的超聲檢驗(yàn)適用于壁厚≥4 mm、外徑為32～159 mm或壁厚為4～6 mm、外徑≥159 mm的鍋爐、壓力容器管和壓力管道環(huán)向焊接接頭。試塊的曲率應(yīng)與被檢驗(yàn)管徑相同或相近，其曲率半徑之差不應(yīng)大于被檢管徑的10%。采用的試塊型號(hào)為 GS－1、GS－2、GS－3、GS－4，如表3所示。斜探頭K值的選取如表4所示。

表3 試塊圓弧曲率半徑 mm

表4 斜探頭K值的選擇

4 小徑管焊接接頭缺陷性質(zhì)分析

超聲檢測(cè)除了確定焊接接頭中缺陷的位置和大小外，還應(yīng)判斷缺陷的性質(zhì)。不同性質(zhì)的缺陷危害程度不同，如裂紋比氣孔、夾渣危害大得多。目前，A型超聲檢測(cè)儀只能提供缺陷回波的時(shí)間和幅度信息，檢測(cè)人員實(shí)際檢測(cè)中常常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合工件的加工工藝、缺陷特征、缺陷波形和底波情況來(lái)分析估計(jì)缺陷的性質(zhì)。缺陷特征指缺陷的形狀、大小和密集程度。對(duì)于平面形缺陷，在不同的方向上檢測(cè)其缺陷，回波高度顯著不同。在垂直于缺陷方向檢測(cè)，缺陷回波高;在平行于缺陷方向檢測(cè)，缺陷回波低，甚至無(wú)缺陷回波。一般的裂紋、未熔合等缺陷屬于平面形缺陷，對(duì)于點(diǎn)狀缺陷，在不同的方向檢測(cè)，缺陷回波無(wú)明顯變化，氣孔就屬于點(diǎn)狀缺陷。對(duì)于密集形缺陷，缺陷波密集互相彼連，在不同的方向上檢測(cè)，缺陷回波情況類似。一般密集渣、密集氣孔等屬于密集形缺陷。

5 結(jié)論

大容量機(jī)組小徑管焊接接頭射線檢驗(yàn)與超聲波檢驗(yàn)結(jié)果表明，小徑薄壁焊接接頭及小徑厚壁焊接接頭的超聲波檢驗(yàn)效果優(yōu)于射線檢驗(yàn)的效果，提高了工作效率，降低了勞動(dòng)成本，保證了施工的進(jìn)度。