衍射時(shí)差法在鍋爐安全性能檢測(cè)中的應(yīng)用

河南省化工壓力容器檢測(cè)中心站 馬偉力

衍射時(shí)差法在鍋爐安全性能檢測(cè)中的應(yīng)用

河南省化工壓力容器檢測(cè)中心站 馬偉力

某火力發(fā)電廠，鍋爐運(yùn)行時(shí)間15 000 h，近期因主蒸汽管道的一條焊縫裂紋引起泄漏，被迫停爐進(jìn)行修理。經(jīng)檢驗(yàn)判定，造成被迫停爐的主蒸汽管道的焊縫裂紋為蠕變損傷裂紋，裂紋出現(xiàn)在熱影響區(qū)，為內(nèi)部裂紋擴(kuò)展到表面導(dǎo)致泄露，造成了被迫停爐。為防止此類(lèi)事故的發(fā)生，用戶在大修期間計(jì)劃將主蒸汽管道的焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，對(duì)發(fā)現(xiàn)有蠕變損傷的焊縫修理，以確保機(jī)組的安全運(yùn)行。機(jī)組停運(yùn)后，用戶委托本文筆者單位進(jìn)行檢測(cè)。為縮短檢驗(yàn)及修理時(shí)間，雙方協(xié)商采用TOFD法（衍射時(shí)差法)對(duì)主蒸汽管道焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，主要檢測(cè)內(nèi)容為蠕變損傷裂紋，此次檢測(cè)也是蠕變損傷裂紋專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)。

一、檢測(cè)方案

1.相關(guān)技術(shù)參數(shù)。檢測(cè)對(duì)象為電站鍋爐主蒸汽管道；焊縫類(lèi)別為手工焊，雙V型坡口；材質(zhì)為12Cr1MoVG；規(guī)格為Ф609.6× 90 mm。

2.設(shè)備選用。使用設(shè)備為以色列單通道ISONIC2006型，該設(shè)備具有A、B、C、P掃描、TOFD衍射成像系統(tǒng)等，采用手動(dòng)掃查器。

3.探頭角度的選擇。TOFD檢測(cè)并不要求精測(cè)聲束角度，偏離標(biāo)準(zhǔn)值±5°不會(huì)明顯影響檢測(cè)結(jié)果。根據(jù)實(shí)際情況選擇探頭為：頻率為5 MHz，晶片尺寸為6 mm，楔塊為45°，60°。

4.探頭間距（PCS）設(shè)定。在被檢厚度為90 mm區(qū)域內(nèi)應(yīng)進(jìn)行分區(qū)檢測(cè)，每個(gè)分區(qū)覆蓋不同深度范圍，應(yīng)達(dá)到良好的分辨率和足夠的覆蓋率，保證在整個(gè)焊縫寬度和厚度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全覆蓋，確定采用單面分層掃查，PCS設(shè)定如下：

式（1）中，PCS1為入射角為60°時(shí)的探頭中心間距；PCS2為入射角為45°時(shí)的探頭中心間距；T為被檢工件厚度，單位為mm。

5.掃查方法。采用非平行掃查法對(duì)缺陷長(zhǎng)度、高度和埋藏深度進(jìn)行測(cè)定。對(duì)已發(fā)現(xiàn)的缺陷需要確定相對(duì)焊縫中心線的偏移量時(shí)，進(jìn)行平行掃查。

6.檢測(cè)靈敏度設(shè)置。采用在被檢工件上設(shè)置靈敏度，將直通波的波幅設(shè)定到滿刻度的40%～80%；因工件表面狀況的影響，不能利用直通波校準(zhǔn)時(shí)，可將底面反射波幅設(shè)定為滿刻度，再增益18～30 dB。

二、檢測(cè)結(jié)果與分析

1.檢測(cè)結(jié)果。經(jīng)過(guò)對(duì)80 m主蒸汽管道的20個(gè)焊口進(jìn)行TOFD檢測(cè)，共發(fā)現(xiàn)3處焊縫內(nèi)部存在裂紋，經(jīng)修理后復(fù)驗(yàn)合格。

2.結(jié)果分析。電站鍋爐的主蒸汽管道在高溫、高壓的持續(xù)作用下，特別是經(jīng)過(guò)15萬(wàn)h長(zhǎng)期運(yùn)行后，會(huì)產(chǎn)生蠕變損傷；在厚壁焊接接頭中，由于母材、熱影響區(qū)和焊接金屬內(nèi)，特別是焊接形狀不連續(xù)位置，會(huì)產(chǎn)生蠕變集中，此位置很可能成為蠕變開(kāi)裂的起點(diǎn)。在焊縫及其熱影響區(qū)內(nèi)部的蠕變損傷會(huì)引起穿透性裂紋，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修理，往往會(huì)導(dǎo)致危害性事故。

本次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的3處裂紋，均為內(nèi)部裂紋，實(shí)際上，在外表面發(fā)生開(kāi)裂前，內(nèi)部早就有了裂紋，一旦延伸到表面，就會(huì)產(chǎn)生泄漏事故。因此，內(nèi)部蠕變損傷的檢測(cè)十分重要。

TOFD在檢測(cè)此厚度工件時(shí)，缺陷檢出率高于RT、常規(guī)UT檢測(cè)。RT由于影像噪聲和不清晰度的限制，很難檢測(cè)出厚壁管焊接接頭中的微小蠕變損傷，而常規(guī)UT靠反射波來(lái)判斷裂紋，反射波強(qiáng)度（回波幅度）在很大程度上取決于聲束對(duì)裂紋的入射角度。這里作為檢測(cè)對(duì)象的蠕變損傷，由沿焊縫坡口面的，也有垂直于板材表面的裂紋，用普通的脈沖回波法檢測(cè)，漏檢概率很大。同時(shí)，UT法與操作人員的操作熟練程度和責(zé)任心關(guān)系密切，極易造成漏檢。采用TOFD法（衍射時(shí)差法），因?yàn)槭抢昧鸭y端部向360°方向產(chǎn)生的衍射波，故裂紋的檢出與其傾斜角度無(wú)關(guān)，圖1為比較了常規(guī)UT法與TOFD法的裂紋檢出特性。

圖1 常規(guī)UT法與TOFD法的裂紋檢出特性比較

在圖1中，橫坐標(biāo)表示超聲波對(duì)裂紋的入射角，縱坐標(biāo)表示裂紋回波高度（以超聲波垂直入射裂紋時(shí)的波高為基準(zhǔn)）。從圖1中可見(jiàn)，超聲波束對(duì)裂紋的入射角偏差10°時(shí)，常規(guī)UT靈敏度約下降25%，而TOFD靈敏度下降值很小，才5 dB。因此，管道焊接接頭的裂紋檢測(cè)，采用TOFD最為適當(dāng)。

三、結(jié)論

1.TOFD在電站鍋爐檢測(cè)方面有許多優(yōu)勢(shì)。例如，對(duì)于焊縫中缺陷檢出率很高，容易檢出方向性不好的缺陷；采用TOFD和脈沖回波相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)100%焊縫覆蓋；沿焊縫作一維掃查，具有較高的檢測(cè)速度，缺陷定量、定位精度高。

2.TOFD在電站鍋爐蠕變裂紋檢測(cè)上也存在不足地方。例如，在檢測(cè)近表面時(shí)，存在3～10 mm檢測(cè)盲區(qū)。本次在采用TOFD檢測(cè)的同時(shí)，對(duì)焊縫及熱影響區(qū)表面做了磁粉檢測(cè)，以發(fā)現(xiàn)表面及近表面的缺陷。

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