基于案例的壓力管道超聲檢測新舊標準對比分析

付 力

（廣州特種承壓設備檢測研究院 廣州 510000）

1 前言

近年來,隨著我國特種設備行業的高速發展,特種設備行業內檢測技術水平不斷提高,新方法、新技術不斷涌現。自NB/T 47013—2015《承壓設備無損檢測》實施以來,該標準促進了我國無損檢測技術水平的發展,保障了特種設備安全運行。該標準替代JB/T 4730—2005《承壓設備無損檢測》,新標準有多處修改內容,在實際檢驗中,會出現標準選擇不當的問題。本文對壁厚范圍6 ～40 mm,管徑≥500 mm 的承壓設備管道對接焊縫進行超聲檢測,采用標準NB/T 47013.3—2015《承壓設備無損檢測 第3 部分：超聲檢測》中要求的CSK-IIA-1 試塊和JB/T 4730.3—2005《承壓設備無損檢測 第3 部分：超聲檢測》中要求的CSK-IIIA 試塊,進行檢測靈敏度差異比較。CSK-IIA-1 試塊采用的橫孔為φ2.0 mm,CSK-IIIA試塊采用的橫孔為φ1 mm,NB/T 47013.3—2015 中使用的對比試塊更符合現場實際情況,對于缺陷的評定更加嚴格,體現了新標準的優越性和合理性。

2 CSK-IIA-1 試塊與CSK-IIIA 試塊標準內容對比

超聲檢測中使用的試塊分為標準試塊和對比試塊,標準試塊是指具有規定的化學成分、表面粗糙度、熱處理及幾何形狀的材料塊,用于評定和校準超聲檢測設備,即用于儀器探頭系統性能校準的試塊。對比試塊是指與被檢材料成分相似,含有意義明確參考反射體（反射體應采用機加工方式制作）的試塊,用以調節超聲檢測設備的幅度和聲程,以將所檢出的缺陷信號與已知反射體所產生的信號相比較,即用于檢測校準的試塊[1]。在本文中均采用同一標準試塊CSKIA,對比試塊分別采用CSK-IIA-1 試塊與CSK-IIIA試塊進行靈敏度校準以及檢測。

本文對壁厚范圍6 ～40 mm,管徑≥500 mm的承壓設備管道對接焊縫進行超聲檢測,NB/T 47013.3—2015 與JB/T 4730.3—2005 中關于斜探頭檢測距離-波幅曲線的靈敏度規定見表1。

表1 斜探頭檢測距離-波幅曲線的靈敏度

NB/T 47013.3—2015 和JB/T 4730.3—2005 中關于CSK-IIA-1 試塊與CSK-IIIA 試塊的尺寸見表2。

表2 CSK-IIA-1 試塊與CSK-IIIA 試塊尺寸mm

NB/T 47013.3—2015 和JB/T 4730.3—2005 中關于CSK-IIA-1 試塊與CSK-IIIA 試塊的外觀尺寸如圖1所示。

圖1 CSK-IIA-1 試塊與CSK-IIIA 試塊外觀尺寸

NB/T 47013.3—2015 中CSK-IIA-1 試塊采用φ2 mm 橫孔作為標準人工反射體,JB/T 4730.3—2005 中CSK-IIIA 試塊則采用φ1 mm 橫孔作為標準人工反射體。通過理論計算,通常情況下φ2 mm×40 mm在厚度為40 mm以內可看作為長橫孔,而φ1 mm×6 mm 被看作短橫孔。

3 檢驗案例

2021 年12 月12 日某特檢院對某火力發電廠#3爐（鍋爐型號：HG-1021/18.2-YM3）進行全面檢驗,對再熱蒸汽管道進行檢驗,對27 m 平臺水平段彎頭1#環焊縫（位置如圖2 所示）進行超聲檢測抽查發現超標缺陷,管道材質為SA-335P22,規格為φ530 mm×20 mm,設計壓力為3.64 MPa,設計溫度為520 ℃,累計運行時間為138 000 h。其中UT1 環焊縫由兩家不同單位進行檢測,超聲檢測均采用5P 9×9 K2.5 探頭、CSK-IA 標準試塊,耦合劑為機油,單面雙側橫波檢測,兩家單位采用的參數見表3,檢測結果見表4,缺陷定位如圖2 所示。

圖2 再熱蒸汽熱段管道單線圖及缺陷定位圖

表3 現場檢測參數

表4 現場檢測結果

通過對表4 中檢測結果進行分析,兩家單位在同一深度均發現缺陷,但是反映的缺陷反射波高不一致,如果采用CSK-ⅢA 試塊校調的探頭對此缺陷進行檢測,評定結果為II 級,而采用CSK-ⅡA-1 試塊校調的探頭對此缺陷進行檢測,評定結果為III 級。由于雙方對此缺陷評定結果不同,最后協商對缺陷進行挖補處理,最終在深度15 mm 的位置發現缺陷,并經過磁粉檢測確定該缺陷為長度6 mm 的裂紋,缺陷見圖3。由于超聲檢測的缺陷性質難以確認,因此,超聲檢測過程中發現缺陷回波顯示時,首先確定工件中缺陷的位置和大小,其次應對缺陷回波特征進行動態分析,盡可能判定其是體積缺陷還是平面缺陷[2]。

圖3 超聲檢測現場解剖圖

從現場檢測數據結果初步分析,采用CSK-IIA-1試塊調校后的超聲檢測儀檢測靈敏度要高于CSK-ⅢA試塊（兩臺儀器檢測結果相差5 dB）,初步分析是由于兩個試塊的橫通孔的大小不一樣,導致兩個單位對結果的評定等級不同,從而導致了缺陷誤判。如果遇到類似情況,無損檢測人員應根據現場確定正確的檢測靈敏度,選擇符合標準的對比試塊進行檢測,下文將從試驗的角度來分析產生這種情況的原因。

4 試驗分析

針對上述檢測結果,分別采用5P 9×9 K3、5P 9×9 K2.5、5P 9×9 K1.5 的探頭、南通友聯PXUT-330C超聲波探傷儀、CSK-IA 標準試塊,通過CSK-ⅡA-1與CSK-ⅢA 對比試塊中不同深度的孔所產生的波高來分析2 種試塊靈敏度的不同之處。由橫波聲場近場區長度計算公式（FS-波源面積,λS2-第二介質中橫波波長,α-入射角,β-折射角)計算出不同探頭的近場區長度N（見表5）,K值增大,近場區長度將減小。橫波聲場中,當軸線上某點至假想波源的距離x≥3N時,波束軸線上的聲壓與波源面積成正比,與至假想波源的距離成反比,類似縱波聲場[3]。先用標準試塊校調好不同探頭的聲速以及K值,尋找不同K值探頭分別在CSK-IIA-1 試塊與CSK-IIIA 試塊上深度為10 mm、20 mm、30 mm、40 mm 人工反射體的波,并把對應的波高增益到屏幕的80%,所得的需要的增益值見表6、表7。

表5 不同K 值3 倍近場區長度3N

表6 CSK-ⅡA-1 試塊中不同K 值均達到80%波高的增益值 dB

表7 CSK-ⅢA 試塊中不同K 值均達到80%波高的增益值 dB

根據表6、表7 初步分析可知,當探頭入射點至人工反射體孔的長度小于3N（N為近場區長度）,φ2 mm 孔的反射波高基本大于φ1 mm 橫孔的,符合長橫孔與短橫孔的回波聲壓規律。按照不同K值的探頭在CSK-IIA-1 與CSK-IIIA 對比試塊上分別制作兩條DAC 曲線,依據NB/T 47013.3—2015 與JB/T 4730.3—2005 分別檢測對比試塊中深度10 mm、20 mm、30 mm、40 mm 共4 處人工反射體的波高（增益至滿屏幕的80%）,采集所得人工反射體靈敏度見表8、表9。

表8 CSK-ⅡA-1 試塊人工反射體靈敏度對比dB

表9 CSK-ⅢA 試塊人工反射體靈敏度對比dB

從表8、表9 分析可知,采用CSK-ⅡA-1 試塊做出的DAC 曲線低于采用CSK-IIIA 試塊做出的DAC曲線,CSK-IIA-1 試塊的檢測靈敏度高于采用CSKIIIA 試塊的。如果工作中需要采用CSK-ⅢA 試塊進行調校,必須對檢測靈敏度進行適當調整以與CSKIIA-1 試塊保持一致。

通過檢測靈敏度的改變,可以使不同尺寸對比試塊等效代用,從而提供了對比試塊的替代性和可選擇性,也為對比試塊中的反射體設計提供了參考[4]。CSK-IIIA 試塊的標準人工反射體為短橫孔,在檢測時會發生側壁干擾現象,由于側壁干擾的存在,最高反射波不在探頭軸線上,也會影響缺陷的定位和定量,短橫孔試塊中的半圓形缺口并不能解決上述問題,它只是起到容易在試塊中部加工φ1 mm×6 mm 短橫孔的作用[5]。焊縫中常見的缺陷有氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋等,不同性質的缺陷對超聲波的反射規律不同,即使用同一類型的缺陷,其形狀不同,對超聲波的反射規律也會不同。因此,要采用某一種人孔缺陷來模擬所有缺陷的反射規律是不現實的,只是在某種程度上的近似,尺寸大的缺陷其反射規律可能與長橫孔接近,尺寸小的缺陷可能與短橫孔相似。

5 結束語

1）經實驗表明,在壁厚6 ～40 mm,管徑≥500 mm范圍內,NB/T 47013.3—2015 與JB/T 4730.3—2005分別采用CSK-IIA-1 試塊與CSK-IIIA 試塊,檢測結果靈敏度存在差異。采用NB/T 47013.3—2015 中的CSK-IIA-1 試塊進行DAC 曲線調校,檢測靈敏度比CSK-IIIA 試塊高,即在實際檢測工作中,采用CKIIA-1 試塊更容易檢測出超標缺陷。

2）通常在實際檢測中,如未焊透、未熔合、裂紋等缺陷對焊縫傷害極大,大缺陷才是必須找出的對象,所以采用長橫孔似乎更加合理。

3）在實際檢測工作中,無損檢測人員要采用最新的標準,如果舊標準被替代,應該及時接受新知識的更新以及技能培訓。

4）對于承壓設備如果發現缺陷顯示,應該嚴格按照標準進行評定,并進行相應的返修處理,處理完畢后需要經過原檢測方法檢測合格。