雙相不銹鋼塔架角接焊縫超聲檢測(cè)的應(yīng)用

羅雅++朱建峰++葉冰??

【摘要】AP1000核電站為第三代先進(jìn)壓水堆，世界上首次建造的新堆型，其建造模式及設(shè)備工作環(huán)境差、抗腐蝕要求高、投產(chǎn)后設(shè)備不可更換等特殊情況，在AP1000結(jié)構(gòu)模塊墻采用了大量的雙相不銹鋼作為墻體材料以提高其抗腐蝕能力。雖然近年來隨著儀器和探頭性能的提高及信號(hào)處理理論的發(fā)展，促使雙相不銹鋼焊縫的超聲波檢測(cè)技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但具體到實(shí)體的檢測(cè)，還有一定的研究空間。

【關(guān)鍵詞】雙相不銹鋼；模擬試塊；對(duì)比試塊；縱波斜探頭

Application of Ultrasonic Testing of Weld Seam in Duplex Stainless Steel Tower

Luo Ya，Zhu Jian-feng，Ye Bing

（Sichuan nuclear Erecht Engineering Inspection Co.， LtdMianyangSichuan621000）

【Abstract】AP1000 nuclear power plant for the third generation of advanced pressurized water reactor， the world's first construction of the new pile type， its construction mode and equipment， poor working environment， high corrosion resistance requirements， equipment can not be replaced after the special situation， in the AP1000 structural module wall A large number of duplex stainless steel as a wall material to improve its corrosion resistance. Although in recent years with the instrument and probe performance and signal processing theory， the development of dual-phase stainless steel weld ultrasonic detection technology has made great progress， but specific to the physical detection， there is a certain research space.

【Key words】Duplex stainless steel；Simulated test block；Comparative test block；Longitudinal wave oblique probe

1. 工程概況

AP1000不銹鋼塔架IRWST作為其中最大的雙相不銹鋼承重支架，IRWST 塔柱外形尺寸為9195mm（H）×453.4（L）×442.0mm（W），成塔式結(jié)構(gòu)，總重量約46t，由4 根立柱，16 支橫支撐，32 支斜支撐，柱頂板，柱底板，加勁板，節(jié)點(diǎn)板等不銹鋼材料組成，其中4根立柱材質(zhì)為A240S32101，厚度38.1mm，尺寸為610mm×610mm×9080mm，由角接形式進(jìn)行焊接，焊接后需要做超聲檢測(cè)，立柱的角接焊縫為本文介紹的重點(diǎn)，其結(jié)果圖1所示：

圖1塔架立柱側(cè)面焊縫接頭

2. 雙相不銹鋼接頭焊縫的特性

雙相不銹鋼焊縫在高溫下為高溫鐵素體相，當(dāng)冷卻到雙相區(qū)時(shí)開始析出針狀?yuàn)W氏體相，由于奧氏體相的析出是屬于擴(kuò)散控制變化，因此在相變時(shí)必須要有足夠的時(shí)間才能發(fā)生相變。在焊接過程中受焊接熱循環(huán)峰值溫度的影響，雙相不銹鋼焊縫及熱影響區(qū)各區(qū)域晶粒尺寸大小不一，導(dǎo)致組織性能有很大差異，故對(duì)其焊縫的超聲波檢測(cè)與碳素鋼焊縫有所不同。

3. 雙相不銹鋼塔架角接焊縫超聲波檢測(cè)

3.1檢測(cè)參數(shù)（探頭）的選擇原則。

由于超聲波晶粒粗大，及其各向異性的特征，超聲波檢測(cè)過程中，不銹鋼對(duì)超聲波回波信號(hào)的散射及衰減作用，對(duì)信號(hào)的測(cè)定帶來影響，降低檢測(cè)靈敏度。草狀回波使信噪比降低。晶間反射產(chǎn)生的偽缺陷信號(hào)的干擾，可能引起誤判。當(dāng)晶粒粗大時(shí)，若采用較高頻率，將會(huì)引起嚴(yán)重衰減，超聲波穿透能力顯著下降，而信噪比也由于散射的增強(qiáng)而明顯下降。為了減少散射，增加信噪比，一般選用較低頻率、窄脈沖縱波斜探頭，選用晶片尺寸大的探頭。在使用縱波斜探頭檢測(cè)時(shí)應(yīng)注意，由于存在波型轉(zhuǎn)換，縱波探頭中伴隨的橫波，容易影響檢測(cè)結(jié)果。

3.2對(duì)比試塊的選擇原則。

對(duì)比試塊的的材料應(yīng)與被檢材料相同，或具有相同聲學(xué)性能的材質(zhì)制作而成。試塊的設(shè)計(jì)，對(duì)比試塊為50*38.1*200的平行六面體試塊。試塊的參考反射體為一組3個(gè)1.5mm平行橫孔，橫孔間距為12.7mm，最上面橫孔距左端距離為20mm，各橫孔水平及垂直間依次排開。這樣即保證了斜探頭調(diào)校的同時(shí)又有利于直探頭的校準(zhǔn)。從試塊上表面及側(cè)邊探測(cè)，直探頭可參考1.5橫孔深度值有：

斜探頭從上下兩個(gè)面對(duì)三個(gè)不同深度的橫孔探測(cè)，可參考的1.5橫孔深度有（深度1：1校驗(yàn)）：

3.3模擬試塊的制作。

為更好的編制及選用AP1000不銹鋼塔架超聲波檢測(cè)工藝，提高檢測(cè)效率，我們事先應(yīng)設(shè)計(jì)和制作其相應(yīng)的模擬試塊，試塊尺寸模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，并在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)計(jì)人工反射體橫孔。充分考慮到缺陷的產(chǎn)生區(qū)域及加工制作的合理性，下面分別設(shè)計(jì)了兩個(gè)模擬試件：

（1）模擬試件1。

人工反射體直徑為1.5mm，分別位于根部、中間部及左側(cè)上表面：孔1位于焊縫與腹板熔合線上部，距離工件翼板上表面10mm；孔2位于焊縫中間部，距左端焊縫與腹板熔合線10mm，距離工件翼板上表面20mm；孔3位于焊縫根部，距左端焊縫與腹板熔合線10mm，距離工件翼板上表面30mm。模擬試塊1圖示如圖3：

（2）模擬試塊2。

人工反射體直徑為1.5mm，主要位于表面區(qū)域，以補(bǔ)償試塊中未涉及區(qū)域。兩個(gè)試塊配合使用能更好的模擬現(xiàn)場(chǎng)，制作出最佳的檢測(cè)工藝。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的不確定回波信號(hào)進(jìn)行對(duì)比及修正，對(duì)排除偽缺陷顯示有指導(dǎo)意義。人工反射體位于距離工件翼板上表面10mm，分別距左端焊縫與腹板熔合線10mm、30mm處，更好的配合斜探頭二次波的檢測(cè)。模擬試塊2圖示如圖4：

3.4超聲波檢測(cè)探頭的布局。

（1）我們將超聲波對(duì)不銹鋼焊縫檢測(cè)分為上部、中間部、根部三個(gè)檢查區(qū)域?？紤]到結(jié)構(gòu)特殊性，由于墊板的阻擋，立柱內(nèi)壁空間太小，人員及探頭無法入內(nèi)，只能從翼板上表面B及腹板外側(cè)面A這兩個(gè)面探測(cè)。探頭掃查圖示如下：

（2）探頭掃查區(qū)域： L線上部區(qū)域，長(zhǎng)度L1=38mm，主要探測(cè)焊縫金屬與腹板熔合線處未熔合缺陷及焊縫金屬內(nèi)部面狀缺陷。

（3）用45°斜探頭掃查L(zhǎng)線上部區(qū)域下部區(qū)域L2=38mm（暫先不考慮斜探頭前沿）。輔助掃查焊縫區(qū)域內(nèi)缺陷。

（4）用60°斜探頭從翼板B面距焊縫右端L3=tan60°*T-L0=28mm區(qū)域進(jìn)行掃查（T為板厚38.1mm，L0為焊縫寬度約為38.1）。一次波檢測(cè)時(shí)焊縫金屬左端上部及中間部區(qū)域存在檢測(cè)肓區(qū)，需要配合其他角度檢測(cè)。60°斜探頭二次波掃查時(shí)其探頭移區(qū)域大，超聲波傳遞聲程也大，不銹鋼晶粒對(duì)超聲波的散射作用大，回波信號(hào)弱，固不建議使用，可以作為輔助檢測(cè)的一種方法。

（5）70°斜探頭從翼板B面距焊縫右端L4=tan70°*T-L0=67mm區(qū)域進(jìn)行掃查。一次波能檢測(cè)時(shí)焊縫金屬左端上部區(qū)域存在檢測(cè)肓區(qū)，需要配合其他角度檢測(cè)。

（6）用45°斜探頭從翼板B面距焊縫右端L2a=3*tan45°*T-L0=76mm區(qū)域進(jìn)行掃查。

（7）于腹板焊前加工為45°坡口，焊接完成后焊縫區(qū)域用45°斜探頭一次無法掃查到，固采用二次回波法。主要探測(cè)焊縫金屬與腹板坡口處未熔合及焊縫缺陷，包括對(duì)焊縫金屬左端上部60°、70°探頭未能掃查的區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，以減小探測(cè)盲區(qū)。

3.5焊接過程無損檢測(cè)控制。

（1）原材超聲檢測(cè)。

不銹鋼板材進(jìn)廠應(yīng)參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)畫網(wǎng)絡(luò)線進(jìn)行超聲波抽檢，以確保板材無內(nèi)部缺陷。

（2） 1/3焊縫層間檢測(cè)。

焊接至1/3層時(shí)，清理焊道表面，增加一次液體滲透檢測(cè)，從板A面用直探頭進(jìn)超聲波進(jìn)行輔助檢測(cè)。主要檢測(cè)重點(diǎn)為根部未焊透、坡口處未熔合。注意焊縫底面根部位置的確定，直探頭移動(dòng)范圍小，我們可以在腹板A面標(biāo)出焊縫底部位置為直線L（翼板與墊板交界面） 。L線上端為掃查區(qū)域，注意翼板與墊板交界面處的回波的干擾。條件允許可以從翼板B面增加一個(gè)60°斜探頭。 檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷應(yīng)返修，返修后部位再做一次液體滲透檢測(cè)，經(jīng)驗(yàn)證合格后可以進(jìn)入下一道焊接工序。

（3） 2/3層焊縫檢測(cè)。

焊接至2/3層時(shí)，清理焊道表面，增加一次液體滲透檢測(cè)，從腹板A面用直探頭進(jìn)超聲波進(jìn)行輔助檢測(cè)。主要檢測(cè)重點(diǎn)裂紋，焊縫金屬與腹板、翼板母材側(cè)坡口間未熔合，焊道層間未熔合。條件允許可以從翼板B面增加一個(gè)60°斜探頭或利用45°斜探頭一次反射波進(jìn)行檢測(cè)，更有利于翼板坡口處未熔合缺陷的檢出，避免漏檢測(cè)。

（4）最終焊縫。

超聲波檢測(cè)從腹板A面用直探頭對(duì)L線上部區(qū)域進(jìn)行掃查，A面增加一個(gè)45°斜探頭掃查。從翼板B面用60°、70°斜探頭掃查，B面再增加一個(gè)45°斜探頭一次反射波進(jìn)行掃查。

4. 結(jié)語

AP1000不銹鋼塔架角接接頭焊縫超聲波檢測(cè)中，通過與模擬試塊1、模擬試塊2人工反射體缺陷回波信號(hào)的對(duì)比，分析處理實(shí)際缺陷信號(hào)，并在焊接過程進(jìn)行無損檢測(cè)過程控制。在最終焊縫的超聲波檢測(cè)中其一次檢測(cè)合格大幅提升，為今后的不銹鋼塔架制作和超聲檢測(cè)工藝的提升具有相關(guān)指導(dǎo)意義。

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[文章編號(hào)]1619-2737（2017）03-18-103