P92高壓無(wú)縫鋼管端部缺陷分析

摘 要：目前P92材質(zhì)高壓無(wú)縫鋼管廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)超超臨界火電機(jī)組的主蒸汽管道及再熱蒸汽管道，該類(lèi)管道均為大口徑厚壁無(wú)縫鋼管經(jīng)鋼錠穿孔擠壓成型，經(jīng)磨削或機(jī)加工精整內(nèi)外表面并進(jìn)行超聲波探傷合格后方可使其安全穩(wěn)定運(yùn)行。但由于在鍛造過(guò)程中P92鋼管通常存在大量端部缺陷，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并去除，將會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)安裝帶來(lái)麻煩，甚至?xí)o電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。

關(guān)鍵詞：超超臨界；P92高壓無(wú)縫鋼管；端部缺陷

1 引言

P92鋼是在P91鋼基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，因此其成分是以9Cr-1Mo為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整的，其化學(xué)成分（%）為C0.07～0.13，Mn0.3～0.6，P0.020，S0.010，Si0.50，Cr8.5～9.5，W1.50～2.00，Mo0.30～0.60，V0.15～0.25，Nb0.04～0.09，N0.03～0.07，B0.001～0.006，Al0.040，Ni0.40。

2 P92鋼管端部缺陷分析

2.1 P92鋼管端部缺陷產(chǎn)生原因

2.1.1 P92材質(zhì)高壓無(wú)縫鋼管經(jīng)鋼錠穿孔后熱擠壓成型，用制管的鋼錠芯部可能存在疏松，經(jīng)垂直穿孔擠壓成型時(shí)，此芯部疏松物粘附在管子的端部（后擠壓成型的一端）在鋼管內(nèi)壁經(jīng)過(guò)磨削或機(jī)加工達(dá)到尺寸要求后仍不能徹底清除上述缺陷。

2.1.2 鋼錠內(nèi)部存在氣孔、夾渣類(lèi)缺陷，穿孔后未能完全去除，在熱擠壓過(guò)程中將鋼錠內(nèi)部該類(lèi)缺陷縱向拉長(zhǎng)在端部形成的片狀缺陷。

2.2 P92鋼管端部缺陷的類(lèi)型

端部缺陷分為開(kāi)口于表面和不開(kāi)口于表面兩大類(lèi)。開(kāi)口缺陷通常定義為端部重皮缺陷，不開(kāi)口類(lèi)缺陷通常定義為端部夾層缺陷。

2.3 P92鋼管端部缺陷的特點(diǎn)

該類(lèi)缺陷均位于管子端頭部位（絕大多數(shù)集中在后擠壓成型一端），軸向長(zhǎng)度約為30mm，夾層缺陷從端面目視不可見(jiàn)，不開(kāi)口于內(nèi)壁表面，部分不開(kāi)口缺陷會(huì)在鋼管進(jìn)行端面機(jī)加工或受外力情況下，轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)口缺陷。多數(shù)存在于靠近內(nèi)表面0-3mm深度范圍內(nèi)。如果鋼管端部存缺陷，在坡口焊接時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一側(cè)易燒穿，出現(xiàn)翻邊，根部無(wú)法融合等現(xiàn)象

2.4 P92鋼管端部缺陷檢測(cè)方法

P92大口徑厚壁無(wú)縫鋼管在經(jīng)鋼錠穿孔熱擠壓成型后，形成毛坯管。經(jīng)過(guò)端部切割、內(nèi)外壁加工等工序后，通過(guò)目視外觀檢查、端面滲透探傷以及超聲波檢測(cè)以確保鋼管滿(mǎn)足要求。

由于端部重皮缺陷開(kāi)口于表面，通常通過(guò)目視檢查及超聲波探傷基本可以全部發(fā)現(xiàn)并去除。但端部夾層缺陷存在一定的隱蔽性，由于存在的位置及不開(kāi)口于表面，通過(guò)外觀目視檢查無(wú)法發(fā)現(xiàn)該類(lèi)缺陷，且通過(guò)滲透探傷及超聲波探傷也很難發(fā)現(xiàn)。在這里重點(diǎn)討論端部夾層缺陷難于檢測(cè)的原因及解決辦法。

2.4.1 超聲波檢測(cè)無(wú)法發(fā)現(xiàn)端部夾層缺陷的原因

由于P92鋼管端部夾層缺陷基本與鋼管表面平行，因此在實(shí)際探傷時(shí)以縱波探傷為主，還增加使用橫波定位旋轉(zhuǎn)掃查作為一種補(bǔ)充。

（1）超聲波的傳播具有良好的指向性，這是利用超聲波對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)的基本理論。衡量指向性的指標(biāo)為半擴(kuò)散角的大小，超聲波的能量主要集中在半擴(kuò)散角？覫以?xún)?nèi)，半擴(kuò)散角限制了超聲波的傳播范圍，只有當(dāng)缺陷位于半擴(kuò)散角以?xún)?nèi)的主聲束時(shí)，才容易被發(fā)現(xiàn)。因此對(duì)于鋼管探傷來(lái)說(shuō)，圖中陰影部分區(qū)域內(nèi)的缺陷是縱波探傷無(wú)法發(fā)現(xiàn)的。

對(duì)于圓形晶片探頭：半擴(kuò)散角=arc Sin1.22·λ/OS對(duì)于方形晶片探頭：半擴(kuò)散角=arc Sinλ/OS

其中OS-晶片直徑；λ-波長(zhǎng)。

如使用直徑為16mm，頻率為2.5MHz圓形晶片探頭，對(duì)壁厚為100mm的管子做縱波探傷時(shí)，其半擴(kuò)散角約為10.3°，圖中X=tg10.3°≈18.2mm。

盡管該區(qū)域在鋼管制作坡口是基本去除，但仍然有一部分沒(méi)有去除的部分，依然不能保證該區(qū)域內(nèi)的缺陷被檢測(cè)出。

（2）側(cè)壁干擾的影響

縱波探傷時(shí)，探頭若靠近側(cè)壁，經(jīng)側(cè)壁反射的縱波或變形橫波與主聲束的縱波相遇產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，對(duì)探傷產(chǎn)生不利影響。

因此對(duì)于靠近側(cè)壁的缺陷，探頭靠近缺陷正對(duì)探傷時(shí)，缺陷回波低，探頭遠(yuǎn)離側(cè)壁探傷時(shí)缺陷回波高，這個(gè)最佳探頭位置總是遠(yuǎn)離缺陷。這說(shuō)明由于側(cè)壁干擾的影響，改變了探頭的指向性，缺陷的最高回波不在生束軸線上，這不僅影響了缺陷的定量而且影響了缺陷的定位。

（3）端角反射的影響

超聲波在兩個(gè)平面構(gòu)成的直角內(nèi)會(huì)產(chǎn)生端角反射，在端角反射中，超聲波經(jīng)歷了兩次反射，如果不考慮變形橫波，二次反射波與入社波互相平行，且α+β=90°。

回波聲壓與入射波聲壓之比，稱(chēng)為端角反射率。縱波探傷時(shí)，端角反射率很低，但在實(shí)際探傷中由于入射波與反射波在邊界相互干涉而抵消，因此這時(shí)探傷靈敏度很低，可能造成缺陷的漏檢。

（4）缺陷的影響

缺陷的影響因素有：缺陷形狀的影響，缺陷大小的影響，缺陷方向的影響，缺陷位置的影響，缺陷性質(zhì)的影響等。

其中最典型的是缺陷較小而且距離鋼管內(nèi)表面較近時(shí)，很難通過(guò)超聲波檢測(cè)檢查出。

3 結(jié)束語(yǔ)

P92材質(zhì)大口徑厚壁無(wú)縫鋼管端部夾層缺陷較多，而且極易造成漏檢。通過(guò)加工統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，端部夾層缺陷漏檢率約在1‰～2‰左右。為進(jìn)一步降低漏檢率，建議采用如下方法：

3.1 保證P92毛坯管端部切割長(zhǎng)度，尤其是后擠壓成型一端切割長(zhǎng)度應(yīng)不小于600mm。

3.2 在P92鋼管坡口加工后，對(duì)整個(gè)坡口面進(jìn)行滲透探傷。

參考文獻(xiàn)

[1]楊富，章應(yīng)霖，任永寧，李為民.新型耐熱鋼焊接[M].中國(guó)電力出版社：2006.

[2]李克明，劉德容，張永志，孟傳亨.超聲波探傷[M].中國(guó)電力出版社：1980.

作者簡(jiǎn)介：滕堯（1981-），男，吉林長(zhǎng)春人，助理工程師，本科，從事電站用大口徑厚壁無(wú)縫鋼管的設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)工作。