電站鍋爐環(huán)向?qū)雍附咏宇^內(nèi)表面倒角異?；夭▽嶒灧治?/h1>
2017-05-16 06:54:07萬本例趙加星
中國特種設(shè)備安全 2017年4期
劉 濤 萬本例 趙加星
（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）
電站鍋爐環(huán)向?qū)雍附咏宇^內(nèi)表面倒角異?；夭▽嶒灧治?/p>
劉 濤 萬本例 趙加星
（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）
為了保證組對和焊接質(zhì)量，超臨界電站鍋爐集箱和管道的環(huán)向?qū)雍附咏宇^需要在內(nèi)表面進(jìn)行削薄倒角處理?，F(xiàn)場常規(guī)超聲波檢測時，個別情況下在倒角對應(yīng)厚度之前會出現(xiàn)倒角異?；夭ǎ^易造成檢測人員的誤判。通過模擬現(xiàn)場情況，加工不同角度的倒角試塊，并進(jìn)行常規(guī)超聲波檢測數(shù)據(jù)對比和計算，結(jié)果表明：異常倒角回波是超聲波主聲束軸線下方擴散聲波傳播到內(nèi)表面倒角斜面時產(chǎn)生幾何反射，且?guī)缀畏瓷錆M足橫波斜入射角度＜10°時，特別是擴散聲波在斜面處橫波斜入射角接近0°時產(chǎn)生。
倒角 常規(guī)超聲波檢測 入射角 主聲束 擴散聲波
超臨界電站鍋爐制造和現(xiàn)場安裝的對接環(huán)向焊接接頭由于厚度較厚、管徑相對較小的原因，不能滿足射線檢測標(biāo)準(zhǔn)要求，各檢測和檢驗單位一般采用常規(guī)超聲波檢測。由于鍋爐結(jié)構(gòu)的原因，集箱和管道的連接多通過三通和彎頭實現(xiàn)，連接部位處存在厚度和內(nèi)徑的偏差，為了避免內(nèi)表面錯邊，保證組對和焊接質(zhì)量，在內(nèi)表面進(jìn)行車圓找正，對不等厚部位進(jìn)行削薄處理，削出一定斜率的斜面，并加工一定尺寸的平臺（以下簡稱內(nèi)表面倒角）。雖然《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[1]和《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》[2]對內(nèi)表面倒角斜率或角度有相應(yīng)的規(guī)定，但通過多個現(xiàn)場調(diào)研和實測發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面倒角角度不盡相同，且個別情況下倒角角度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)的要求，如某安裝現(xiàn)場的主蒸汽管道彎頭，見圖1，經(jīng)幾何尺寸測量后計算倒角角度為47.6°，見圖2。常規(guī)超聲波探傷多為脈沖反射式檢測方式，常規(guī)脈沖反射式超聲波探傷儀接收的信號包含了一定聲束的所有反射信號，既有缺陷信號，也有內(nèi)表面倒角處回波信號或其他信號[3]。
圖1 現(xiàn)場測量
圖2 焊接接頭尺寸(mm)
1 內(nèi)表面倒角回波介紹
對多個現(xiàn)場的超臨界電站鍋爐集箱和管道的環(huán)向焊接接頭進(jìn)行常規(guī)超聲波檢測發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面倒角處回波主要有以下三種情況：一是內(nèi)表面倒角的反射回波，見圖3(a)；二是內(nèi)表面倒角處的變形回波，見圖3(b)；三是個別情況下內(nèi)表面倒角異?；夭?，見圖3(c)，該回波顯示在倒角處對應(yīng)厚度之前，且該信號有一定的波幅高度，個別情況下超過定量線，如果探傷人員誤判該回波將會造成不必要的返修。
內(nèi)表面倒角處反射回波可以通過回波顯示深度與實測厚度的比較進(jìn)行判定；內(nèi)表面倒角處的變形回波（類似于“山形回波”），可以通過回波的顯示特點及相對位置并結(jié)合外表面蘸油敲打波高是否變化進(jìn)行判定[3-4]；內(nèi)表面倒角異常回波出現(xiàn)在倒角處對應(yīng)厚度之前，當(dāng)焊縫寬度較寬或倒角處加工平臺尺寸較小時，該倒角反射回波會顯示在直射波對應(yīng)的焊縫厚度區(qū)域內(nèi)，且該信號有一定的波幅高度，個別情況下超過定量線，如果探傷人員誤判該回波將會造成不必要的返修。因此有必要通過模擬現(xiàn)場條件制作試塊，重點分析出現(xiàn)在倒角處對應(yīng)厚度之前的倒角異?；夭óa(chǎn)生原因及規(guī)律，以期指導(dǎo)檢測人員識別該異?；夭ā?/p>
圖3 內(nèi)表面倒角回波
2 內(nèi)表面倒角試塊設(shè)計及制作
依據(jù)《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》及鍋爐廠設(shè)計圖紙并參考現(xiàn)場調(diào)研實測數(shù)據(jù)，實驗設(shè)計并制作了3種不同內(nèi)表面倒角試塊。第一種P91板板焊接試塊，下表面加工倒角角度一側(cè)為12°，另一側(cè)為15°，焊縫不同位置處設(shè)置了φ2×50mm的長橫孔；第二種為3個碳鋼試塊，厚度d分別為50mm、75mm、100mm，試塊長L分別為300mm、400mm、400mm，寬W均為100mm，下表面倒角平臺長度l為60mm，倒角角度θ1為20°，θ2為30°，試塊的設(shè)計如圖4(b)所示；第三種2個P91材質(zhì)對比試塊，試塊長L均為300mm，寬W均為100mm，厚d1分別為60mm、30mm，d2分別為55mm、40mm，l1、l2均為50mm，下表面加工倒角角度θ1為30°、45°，θ2為45°、30°，試塊設(shè)計參數(shù)如圖4(c)所示。
圖4 實驗對比試塊
3 模擬試塊常規(guī)超聲檢測實驗結(jié)果
采用HS620超聲波探傷儀，依據(jù)DL/T 820標(biāo)準(zhǔn)，分別在碳鋼和P91材質(zhì)的RB-3試塊上制作2.5P13×13K1、2.5P13×13K1.5、2.5P13×13K2、2.5P8×12K1、2.5P9×9K1.5、2.5P9×9K2探頭的距離波幅曲線，6個探頭分別在以上三種模擬試塊上掃查，存儲和記錄相應(yīng)波形。
在P91板板焊接試塊倒角角度為12°和15°的試塊上掃查，未發(fā)現(xiàn)倒角反射回波信號，說明倒角角度小于15°時，內(nèi)表面倒角不影響常規(guī)超聲波探傷。
在厚度50mm、75mm、100mm碳鋼試塊，倒角角度為20°和30°的試塊上掃查，均能發(fā)現(xiàn)倒角反射回波，部分情況下也能發(fā)現(xiàn)倒角變形回波。倒角 20°的倒角反射回波高度普遍在評定線以下；倒角30°倒角反射回波高度普遍在定量線和判廢線之間，個別倒角反射回波高度超過判廢線；倒角變形回波（類似于“山形回波”）高度經(jīng)常超過判廢線。檢測人員通過回波出現(xiàn)的位置和波形特征可以判斷以上回波為倒角結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。
在厚度50mm、75mm的P91材質(zhì)對比試塊，倒角角度為30°和45°的試塊上掃查。厚度75mm時，2.5P13×13K1.5、2.5P9×9K1.5和2.5P13×13K2、2.5P9×9K2探頭在內(nèi)倒角45°時均發(fā)現(xiàn)倒角異?；夭?，見圖5。從圖5參數(shù)內(nèi)容可知異?；夭@示的深度位置與倒角處對應(yīng)的厚度55mm有明顯的偏差，且隨著K值的增加，偏差越大，異常回波高度減小。檢測人員單純通過回波位置和高度的判別上極易將標(biāo)稱K值為1.5時的倒角處異?；夭ㄗ鳛槿毕莼夭ㄌ幚?。
圖5 檢測信號（括號內(nèi)為實測K值）
4 倒角異常回波理論分析及實驗數(shù)據(jù)計算
4.1 倒角異?；夭ɡ碚摲治?/p>
常規(guī)脈沖反射式超聲波探傷儀接收的信號包含了一定聲束的所有反射信號。既有缺陷信號，也有內(nèi)表面倒角處及其他回波信號。個別條件下，主聲束軸線下方擴散聲波傳播到內(nèi)表面倒角斜面時產(chǎn)生幾何反射，見圖6。當(dāng)幾何反射同時滿足圖7橫波斜入射角度小于10°時，特別是擴散聲波在下擴散角范圍及附近，擴散聲波在斜面處橫波斜入射角接近0°時，橫波反射回波信號會很高，探頭也能接收到該回波。常規(guī)脈沖反射超聲波探傷儀接收倒角斜面反射回波，將該信號以主聲速軸線上橫波傳播的時間顯示在顯示屏上，即倒角回波出現(xiàn)在倒角處對應(yīng)厚度之前，當(dāng)?shù)菇腔夭ǔ霈F(xiàn)的位置與試塊倒角處對應(yīng)厚度偏差較大時，檢測人員容易將異常倒角回波作為缺陷信號進(jìn)行評定。
圖6 超聲聲束檢測示意圖
圖7 橫波S斜入射到鋼/空氣界面
依據(jù)圖6，可知在一定厚度范圍內(nèi)，隨著檢測工件厚度的增大，出現(xiàn)異常倒角回波的可能增大；相同晶片大小的探頭，隨著K值的增大，出現(xiàn)異常倒角回波的可能增大（與實際厚度偏差大）。試驗中僅發(fā)現(xiàn)了圖5中的倒角異?；夭?，且回波高度不盡相同。主要原因：一是異常倒角回波顯示的位置和倒角對應(yīng)的厚度偏差較大時方能引起檢測人員重視，二是擴散聲波在下擴散角范圍之內(nèi)或附近（下擴散角與K值、晶片大小有關(guān)，見表1），有一定的聲波強度，倒角異常反射回波才能超過定量。
表1 不同探頭上、下擴散角統(tǒng)計表
4.2 實驗數(shù)據(jù)計算
筆者對圖5(b)倒角異?；夭ㄟM(jìn)行實驗數(shù)據(jù)計算。實驗條件：探頭2.5P9×9K1.5，實測K=1.54，前沿8mm，探頭前部到試塊右端距離l=109mm，可知入射點至試塊右端117mm，假定擴散聲波在斜面處橫波斜入射角接近0°，即垂直斜面，依據(jù)上述參數(shù)繪制回波計算分析圖，見圖8。
圖8 75mm厚度試塊回波計算分析圖
根據(jù)光的反射原理及幾何原理，又K =1.54，折射角θ = arctan(K) = 57°，DE = 47mm，OD = 75mm，可得，
驗偏差小于1mm，此外對圖5(a)、圖5(c)、圖5(d)實驗數(shù)據(jù)計算，與實驗偏差分別為1.3mm、3.6mm 和2.5mm。以上實驗數(shù)據(jù)計算結(jié)果與理論分析是一致的，由此得出，異常倒角回波是特殊情況下主聲束軸線下方擴散聲波垂直或者接近垂直斜面引起的。
5 倒角異?；夭ǖ奶攸c及識別
通過倒角異?；夭óa(chǎn)生的理論分析和模擬內(nèi)倒角試塊的常規(guī)超聲波實驗結(jié)果，可知倒角異常回波有以下特點：
1) 在一定厚度范圍內(nèi)，隨著檢測工件厚度的增大，出現(xiàn)異常倒角回波的可能增大；相同晶片大小的探頭，隨著K值的增大，出現(xiàn)異常倒角回波的可能增大。
2) 通過上述實驗數(shù)據(jù)計算，倒角異常回波出現(xiàn)的位置和探頭與倒角下邊沿處水平位置、K值、倒角處對應(yīng)的厚度相關(guān)；倒角異?；夭ǜ叨扰c擴散聲波處聲強及橫波斜入射角度相關(guān)，相同K值的探頭，晶片大小不同，倒角異?；夭ǜ叨却嬖谝欢ǖ牟町悺?/p>
根據(jù)以上倒角異?；夭ǖ奶攸c，檢測或檢驗現(xiàn)場可以通過更換探頭K值、晶片尺寸的大小，觀察倒角異?；夭ㄎ恢煤透叨鹊淖兓町悂砼卸ɑ夭ㄊ欠駷榈菇钱惓；夭?，此外還可以借助TOFD、相控陣檢測[5]的圖像顯示回波的位置來判定，從而避免倒角回波的誤判造成不必要的返修。
[1] TSG G0001—2012 鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S]．
[2] DLT 869—2012 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S]．
[3] 鄭暉，林樹青．超聲檢測[M]．北京：中國勞動社會保障出版社，2008：1-364．
[4] 農(nóng)金龍，陳業(yè)漢．帶內(nèi)加工倒角鋼管對接焊接接頭超聲波檢測[J]．中國特種設(shè)備安全，2011，27(8)：27-30．
[5] 蒙殿武，馬君鵬，張俊，等．管道不規(guī)則接頭內(nèi)外斜臺對相控陣超聲檢測的影響[J]．無損檢測，2015，37(11)：78-83．
Experimental Analysis of Abnormal Chamfering Echo of Circumferential Butt Welding Joint in Power Station Boiler
Liu Tao Wan Benli Zhao Jiaxing
(China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
In order to guarantee the quality of circumferential butt welding joint in header and pipeline of supercritical power boiler, cutting and chamfering are used in the internal surface. During the conventional ultrasonic testing, sometimes an abnormal echo occurs before the thickness of cutting and chamfering, this situation may cause misjudgment. In this paper, several chamfer blocks with different angles were processed according to field situation; data comparison and calculation were conducted in conventional ultrasonic testing. The results show, abnormal chamfering echo is the geometric reflection coming from sound waves of lower diffusion angle edge of the ultrasonic main beam spread to the inner surface chamfering. And the geometric reflection meets incidence angle of shear wave is less than10°, especially closes to 0°.
Chamfering Conventional ultrasonic testing Angle of incidence Main beam Sound waves of lower diffusion
X924
B
1673-257X(2017)04-0067-05
10.3969/j.issn.1673-257X.2017.04.015
劉濤(1973～)，男，本科，工程師，從事超（超）臨界電站鍋爐檢驗技術(shù)和缺陷研究工作。
2016-12-28）
猜你喜歡
EN 車軸產(chǎn)品超聲波徑向檢測校準(zhǔn)試塊制作及應(yīng)用科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新(2022年1期)2022-02-19 09:20:42 橫波技術(shù)在工程物探中的應(yīng)用分析建材發(fā)展導(dǎo)向(2021年19期)2021-12-06 03:20:54 箱梁三面倒角的作圖方法工程技術(shù)研究(2021年7期)2021-05-30 02:55:04 風(fēng)積砂混凝土試塊抗壓強度試驗研究科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新(2021年3期)2021-01-22 07:46:46 關(guān)于機械設(shè)計與制造中的零件倒角問題分析時代農(nóng)機(2017年2期)2017-04-02 19:19:12 基于機械設(shè)計與制造中的零件倒角研究山東工業(yè)技術(shù)(2016年15期)2016-12-01 05:31:51 采用倒角坯改善鑄坯邊直裂缺陷的研究上海金屬(2016年2期)2016-11-23 05:34:40 鑄件超聲檢測DGS曲線法和試塊法對比分析大型鑄鍛件(2015年4期)2016-01-12 06:35:21 2號試塊及其改進(jìn)型的應(yīng)用無損檢測(2015年12期)2015-10-31 03:14:04 揚眉一顧，妖嬈橫波處傳奇故事(破繭成蝶)(2015年6期)2015-02-28 09:28:18
劉 濤 萬本例 趙加星
（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）
電站鍋爐環(huán)向?qū)雍附咏宇^內(nèi)表面倒角異?；夭▽嶒灧治?/p>
劉 濤 萬本例 趙加星
（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）
為了保證組對和焊接質(zhì)量，超臨界電站鍋爐集箱和管道的環(huán)向?qū)雍附咏宇^需要在內(nèi)表面進(jìn)行削薄倒角處理?，F(xiàn)場常規(guī)超聲波檢測時，個別情況下在倒角對應(yīng)厚度之前會出現(xiàn)倒角異?；夭ǎ^易造成檢測人員的誤判。通過模擬現(xiàn)場情況，加工不同角度的倒角試塊，并進(jìn)行常規(guī)超聲波檢測數(shù)據(jù)對比和計算，結(jié)果表明：異常倒角回波是超聲波主聲束軸線下方擴散聲波傳播到內(nèi)表面倒角斜面時產(chǎn)生幾何反射，且?guī)缀畏瓷錆M足橫波斜入射角度＜10°時，特別是擴散聲波在斜面處橫波斜入射角接近0°時產(chǎn)生。
倒角 常規(guī)超聲波檢測 入射角 主聲束 擴散聲波
超臨界電站鍋爐制造和現(xiàn)場安裝的對接環(huán)向焊接接頭由于厚度較厚、管徑相對較小的原因，不能滿足射線檢測標(biāo)準(zhǔn)要求，各檢測和檢驗單位一般采用常規(guī)超聲波檢測。由于鍋爐結(jié)構(gòu)的原因，集箱和管道的連接多通過三通和彎頭實現(xiàn)，連接部位處存在厚度和內(nèi)徑的偏差，為了避免內(nèi)表面錯邊，保證組對和焊接質(zhì)量，在內(nèi)表面進(jìn)行車圓找正，對不等厚部位進(jìn)行削薄處理，削出一定斜率的斜面，并加工一定尺寸的平臺（以下簡稱內(nèi)表面倒角）。雖然《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[1]和《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》[2]對內(nèi)表面倒角斜率或角度有相應(yīng)的規(guī)定，但通過多個現(xiàn)場調(diào)研和實測發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面倒角角度不盡相同，且個別情況下倒角角度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)的要求，如某安裝現(xiàn)場的主蒸汽管道彎頭，見圖1，經(jīng)幾何尺寸測量后計算倒角角度為47.6°，見圖2。常規(guī)超聲波探傷多為脈沖反射式檢測方式，常規(guī)脈沖反射式超聲波探傷儀接收的信號包含了一定聲束的所有反射信號，既有缺陷信號，也有內(nèi)表面倒角處回波信號或其他信號[3]。
圖1 現(xiàn)場測量
圖2 焊接接頭尺寸(mm)
1 內(nèi)表面倒角回波介紹
對多個現(xiàn)場的超臨界電站鍋爐集箱和管道的環(huán)向焊接接頭進(jìn)行常規(guī)超聲波檢測發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面倒角處回波主要有以下三種情況：一是內(nèi)表面倒角的反射回波，見圖3(a)；二是內(nèi)表面倒角處的變形回波，見圖3(b)；三是個別情況下內(nèi)表面倒角異?；夭?，見圖3(c)，該回波顯示在倒角處對應(yīng)厚度之前，且該信號有一定的波幅高度，個別情況下超過定量線，如果探傷人員誤判該回波將會造成不必要的返修。
內(nèi)表面倒角處反射回波可以通過回波顯示深度與實測厚度的比較進(jìn)行判定；內(nèi)表面倒角處的變形回波（類似于“山形回波”），可以通過回波的顯示特點及相對位置并結(jié)合外表面蘸油敲打波高是否變化進(jìn)行判定[3-4]；內(nèi)表面倒角異常回波出現(xiàn)在倒角處對應(yīng)厚度之前，當(dāng)焊縫寬度較寬或倒角處加工平臺尺寸較小時，該倒角反射回波會顯示在直射波對應(yīng)的焊縫厚度區(qū)域內(nèi)，且該信號有一定的波幅高度，個別情況下超過定量線，如果探傷人員誤判該回波將會造成不必要的返修。因此有必要通過模擬現(xiàn)場條件制作試塊，重點分析出現(xiàn)在倒角處對應(yīng)厚度之前的倒角異?；夭óa(chǎn)生原因及規(guī)律，以期指導(dǎo)檢測人員識別該異?；夭ā?/p>
圖3 內(nèi)表面倒角回波
2 內(nèi)表面倒角試塊設(shè)計及制作
依據(jù)《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》及鍋爐廠設(shè)計圖紙并參考現(xiàn)場調(diào)研實測數(shù)據(jù)，實驗設(shè)計并制作了3種不同內(nèi)表面倒角試塊。第一種P91板板焊接試塊，下表面加工倒角角度一側(cè)為12°，另一側(cè)為15°，焊縫不同位置處設(shè)置了φ2×50mm的長橫孔；第二種為3個碳鋼試塊，厚度d分別為50mm、75mm、100mm，試塊長L分別為300mm、400mm、400mm，寬W均為100mm，下表面倒角平臺長度l為60mm，倒角角度θ1為20°，θ2為30°，試塊的設(shè)計如圖4(b)所示；第三種2個P91材質(zhì)對比試塊，試塊長L均為300mm，寬W均為100mm，厚d1分別為60mm、30mm，d2分別為55mm、40mm，l1、l2均為50mm，下表面加工倒角角度θ1為30°、45°，θ2為45°、30°，試塊設(shè)計參數(shù)如圖4(c)所示。
圖4 實驗對比試塊
3 模擬試塊常規(guī)超聲檢測實驗結(jié)果
采用HS620超聲波探傷儀，依據(jù)DL/T 820標(biāo)準(zhǔn)，分別在碳鋼和P91材質(zhì)的RB-3試塊上制作2.5P13×13K1、2.5P13×13K1.5、2.5P13×13K2、2.5P8×12K1、2.5P9×9K1.5、2.5P9×9K2探頭的距離波幅曲線，6個探頭分別在以上三種模擬試塊上掃查，存儲和記錄相應(yīng)波形。
在P91板板焊接試塊倒角角度為12°和15°的試塊上掃查，未發(fā)現(xiàn)倒角反射回波信號，說明倒角角度小于15°時，內(nèi)表面倒角不影響常規(guī)超聲波探傷。
在厚度50mm、75mm、100mm碳鋼試塊，倒角角度為20°和30°的試塊上掃查，均能發(fā)現(xiàn)倒角反射回波，部分情況下也能發(fā)現(xiàn)倒角變形回波。倒角 20°的倒角反射回波高度普遍在評定線以下；倒角30°倒角反射回波高度普遍在定量線和判廢線之間，個別倒角反射回波高度超過判廢線；倒角變形回波（類似于“山形回波”）高度經(jīng)常超過判廢線。檢測人員通過回波出現(xiàn)的位置和波形特征可以判斷以上回波為倒角結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。
在厚度50mm、75mm的P91材質(zhì)對比試塊，倒角角度為30°和45°的試塊上掃查。厚度75mm時，2.5P13×13K1.5、2.5P9×9K1.5和2.5P13×13K2、2.5P9×9K2探頭在內(nèi)倒角45°時均發(fā)現(xiàn)倒角異?；夭?，見圖5。從圖5參數(shù)內(nèi)容可知異?；夭@示的深度位置與倒角處對應(yīng)的厚度55mm有明顯的偏差，且隨著K值的增加，偏差越大，異常回波高度減小。檢測人員單純通過回波位置和高度的判別上極易將標(biāo)稱K值為1.5時的倒角處異?；夭ㄗ鳛槿毕莼夭ㄌ幚?。
圖5 檢測信號（括號內(nèi)為實測K值）
4 倒角異常回波理論分析及實驗數(shù)據(jù)計算
4.1 倒角異?；夭ɡ碚摲治?/p>
常規(guī)脈沖反射式超聲波探傷儀接收的信號包含了一定聲束的所有反射信號。既有缺陷信號，也有內(nèi)表面倒角處及其他回波信號。個別條件下，主聲束軸線下方擴散聲波傳播到內(nèi)表面倒角斜面時產(chǎn)生幾何反射，見圖6。當(dāng)幾何反射同時滿足圖7橫波斜入射角度小于10°時，特別是擴散聲波在下擴散角范圍及附近，擴散聲波在斜面處橫波斜入射角接近0°時，橫波反射回波信號會很高，探頭也能接收到該回波。常規(guī)脈沖反射超聲波探傷儀接收倒角斜面反射回波，將該信號以主聲速軸線上橫波傳播的時間顯示在顯示屏上，即倒角回波出現(xiàn)在倒角處對應(yīng)厚度之前，當(dāng)?shù)菇腔夭ǔ霈F(xiàn)的位置與試塊倒角處對應(yīng)厚度偏差較大時，檢測人員容易將異常倒角回波作為缺陷信號進(jìn)行評定。
圖6 超聲聲束檢測示意圖
圖7 橫波S斜入射到鋼/空氣界面
依據(jù)圖6，可知在一定厚度范圍內(nèi)，隨著檢測工件厚度的增大，出現(xiàn)異常倒角回波的可能增大；相同晶片大小的探頭，隨著K值的增大，出現(xiàn)異常倒角回波的可能增大（與實際厚度偏差大）。試驗中僅發(fā)現(xiàn)了圖5中的倒角異?；夭?，且回波高度不盡相同。主要原因：一是異常倒角回波顯示的位置和倒角對應(yīng)的厚度偏差較大時方能引起檢測人員重視，二是擴散聲波在下擴散角范圍之內(nèi)或附近（下擴散角與K值、晶片大小有關(guān)，見表1），有一定的聲波強度，倒角異常反射回波才能超過定量。
表1 不同探頭上、下擴散角統(tǒng)計表
4.2 實驗數(shù)據(jù)計算
筆者對圖5(b)倒角異?；夭ㄟM(jìn)行實驗數(shù)據(jù)計算。實驗條件：探頭2.5P9×9K1.5，實測K=1.54，前沿8mm，探頭前部到試塊右端距離l=109mm，可知入射點至試塊右端117mm，假定擴散聲波在斜面處橫波斜入射角接近0°，即垂直斜面，依據(jù)上述參數(shù)繪制回波計算分析圖，見圖8。
圖8 75mm厚度試塊回波計算分析圖
根據(jù)光的反射原理及幾何原理，又K =1.54，折射角θ = arctan(K) = 57°，DE = 47mm，OD = 75mm，可得，
驗偏差小于1mm，此外對圖5(a)、圖5(c)、圖5(d)實驗數(shù)據(jù)計算，與實驗偏差分別為1.3mm、3.6mm 和2.5mm。以上實驗數(shù)據(jù)計算結(jié)果與理論分析是一致的，由此得出，異常倒角回波是特殊情況下主聲束軸線下方擴散聲波垂直或者接近垂直斜面引起的。
5 倒角異?；夭ǖ奶攸c及識別
通過倒角異?；夭óa(chǎn)生的理論分析和模擬內(nèi)倒角試塊的常規(guī)超聲波實驗結(jié)果，可知倒角異常回波有以下特點：
1) 在一定厚度范圍內(nèi)，隨著檢測工件厚度的增大，出現(xiàn)異常倒角回波的可能增大；相同晶片大小的探頭，隨著K值的增大，出現(xiàn)異常倒角回波的可能增大。
2) 通過上述實驗數(shù)據(jù)計算，倒角異常回波出現(xiàn)的位置和探頭與倒角下邊沿處水平位置、K值、倒角處對應(yīng)的厚度相關(guān)；倒角異?；夭ǜ叨扰c擴散聲波處聲強及橫波斜入射角度相關(guān)，相同K值的探頭，晶片大小不同，倒角異?；夭ǜ叨却嬖谝欢ǖ牟町悺?/p>
根據(jù)以上倒角異?；夭ǖ奶攸c，檢測或檢驗現(xiàn)場可以通過更換探頭K值、晶片尺寸的大小，觀察倒角異?；夭ㄎ恢煤透叨鹊淖兓町悂砼卸ɑ夭ㄊ欠駷榈菇钱惓；夭?，此外還可以借助TOFD、相控陣檢測[5]的圖像顯示回波的位置來判定，從而避免倒角回波的誤判造成不必要的返修。
[1] TSG G0001—2012 鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S]．
[2] DLT 869—2012 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S]．
[3] 鄭暉，林樹青．超聲檢測[M]．北京：中國勞動社會保障出版社，2008：1-364．
[4] 農(nóng)金龍，陳業(yè)漢．帶內(nèi)加工倒角鋼管對接焊接接頭超聲波檢測[J]．中國特種設(shè)備安全，2011，27(8)：27-30．
[5] 蒙殿武，馬君鵬，張俊，等．管道不規(guī)則接頭內(nèi)外斜臺對相控陣超聲檢測的影響[J]．無損檢測，2015，37(11)：78-83．
Experimental Analysis of Abnormal Chamfering Echo of Circumferential Butt Welding Joint in Power Station Boiler
Liu Tao Wan Benli Zhao Jiaxing
(China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
In order to guarantee the quality of circumferential butt welding joint in header and pipeline of supercritical power boiler, cutting and chamfering are used in the internal surface. During the conventional ultrasonic testing, sometimes an abnormal echo occurs before the thickness of cutting and chamfering, this situation may cause misjudgment. In this paper, several chamfer blocks with different angles were processed according to field situation; data comparison and calculation were conducted in conventional ultrasonic testing. The results show, abnormal chamfering echo is the geometric reflection coming from sound waves of lower diffusion angle edge of the ultrasonic main beam spread to the inner surface chamfering. And the geometric reflection meets incidence angle of shear wave is less than10°, especially closes to 0°.
Chamfering Conventional ultrasonic testing Angle of incidence Main beam Sound waves of lower diffusion
X924
B
1673-257X(2017)04-0067-05
10.3969/j.issn.1673-257X.2017.04.015
劉濤(1973～)，男，本科，工程師，從事超（超）臨界電站鍋爐檢驗技術(shù)和缺陷研究工作。
2016-12-28）
猜你喜歡
科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新(2022年1期)2022-02-19 09:20:42
建材發(fā)展導(dǎo)向(2021年19期)2021-12-06 03:20:54
工程技術(shù)研究(2021年7期)2021-05-30 02:55:04
科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新(2021年3期)2021-01-22 07:46:46
時代農(nóng)機(2017年2期)2017-04-02 19:19:12
山東工業(yè)技術(shù)(2016年15期)2016-12-01 05:31:51
上海金屬(2016年2期)2016-11-23 05:34:40
大型鑄鍛件(2015年4期)2016-01-12 06:35:21
無損檢測(2015年12期)2015-10-31 03:14:04
傳奇故事(破繭成蝶)(2015年6期)2015-02-28 09:28:18
