小徑管焊口超聲波檢驗的研究

慈維霞

(哈爾濱泰斯特檢測有限責任公司，黑龍江哈爾濱150016)

0 引言

目前，600 MW、1 000 MW的超超臨界火力發電機組已成為中國火力發電的主力機組。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用較廣，能承受較高的壓力，主要采用X、Y射線進行檢驗。由于小徑管透照厚度差較大，安裝過程中管子密集排列，X、Y射線檢驗缺陷檢出率較低。為此，用超聲波檢驗鍋爐受熱面小徑管焊口，并對超聲波檢驗和射線檢驗在小徑管焊口檢驗中的缺陷檢出率進行比較。

1 射線探傷和超聲波探傷的特點

1．1 射線照相法的特點

a．可以獲得缺陷的直觀圖像，定性準確，對長度、寬度尺寸的定量也比較準確。

b．檢測結果有直接記錄，可以長期保存。

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

d．適宜檢驗厚度較薄的工件而不適宜較厚的工件，因為檢驗厚工件需要高能量的射線探傷設備，一般厚度大于100 mm的工件照相是比較困難的。

e．適宜檢驗對接焊縫，不適宜檢驗角焊縫以及板材、棒材、鍛件等。

f．對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．檢測成本高、速度慢。h．射線對人體有傷害。

1．2 超聲波檢測的特點

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．適宜檢驗厚度較大的工件，但隨著超聲波檢測設備及技術的發展，對于較薄工件的檢測也逐步適宜。

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

d．檢驗成本低、速度快，檢測儀體積小、重量輕，現場使用較方便。

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

f．對缺陷在工件厚度方向上定位較準確。

g．材質、晶粒度對探傷有影響。

射線檢驗與超聲波檢驗作為探傷檢驗的兩種方法，主要針對內部缺陷的檢驗，在超超臨界機組焊口檢驗中應用廣泛，射線檢驗對體積型缺陷(氣孔、夾渣類)檢出率很高，而超聲波檢測對面積型缺陷的檢出率較高。在探傷檢驗前，只有根據被檢焊縫的焊接特點及容易出現缺陷的類型選擇合適的檢驗方法，才能保證檢驗結果的準確。

2 小徑管的探傷檢驗方法比較

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行焊接。對接接頭焊縫檢驗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，分別對不合格的焊口進行了超聲波和射線檢驗，并對不同缺陷檢出率進行了比較，檢驗結果如表1所示。從表1可以看出，小徑管超聲檢驗對缺陷的檢出率明顯高于射線檢驗。

表1 射線檢驗和超聲波檢驗對缺陷檢出率的比較

3 小徑管超聲檢驗執行標準的選用

在電力行業標準DL/T 820—2002關于中小徑薄壁管焊接接頭超聲檢驗中，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應依據管壁厚度來選擇，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時探頭前沿應≤5 mm，壁厚度大于＞6 mm時可適當增大。

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超聲波檢驗標準中處于空白，無標準可依。用射線檢驗透照厚度大、管徑較小的焊口，邊蝕效應嚴重，底片靈敏度無法達到標準要求。承壓設備無損檢測行業標準中超聲檢驗 JB4730．3—2005中小徑管焊口的超聲檢驗適用于壁厚≥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向焊接接頭。試塊的曲率應與被檢驗管徑相同或相近，其曲率半徑之差不應大于被檢管徑的10%。采用的試塊型號為 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分析

超聲檢測除了確定焊接接頭中缺陷的位置和大小外，還應判斷缺陷的性質。不同性質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型超聲檢測儀只能提供缺陷回波的時間和幅度信息，檢測人員實際檢測中常常根據經驗結合工件的加工工藝、缺陷特征、缺陷波形和底波情況來分析估計缺陷的性質。缺陷特征指缺陷的形狀、大小和密集程度。對于平面形缺陷，在不同的方向上檢測其缺陷，回波高度顯著不同。在垂直于缺陷方向檢測，缺陷回波高;在平行于缺陷方向檢測，缺陷回波低，甚至無缺陷回波。一般的裂紋、未熔合等缺陷屬于平面形缺陷，對于點狀缺陷，在不同的方向檢測，缺陷回波無明顯變化，氣孔就屬于點狀缺陷。對于密集形缺陷，缺陷波密集互相彼連，在不同的方向上檢測，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 結論

大容量機組小徑管焊接接頭射線檢驗與超聲波檢驗結果表明，小徑薄壁焊接接頭及小徑厚壁焊接接頭的超聲波檢驗效果優于射線檢驗的效果，提高了工作效率，降低了勞動成本，保證了施工的進度。