電廠機械小口徑不銹鋼管座角焊縫超聲波檢測方法

浙江至德鋼業有限公司通過在發電廠的在役超聲波檢測的經驗積累，并根據對比試驗，總結出一些非全焊透小口徑不銹鋼管座角焊縫超聲波檢測的方法。

一、小口徑不銹鋼管座角焊縫超聲波檢測的技術要求

  在焊縫產生的各種缺陷中，面積型缺陷的應力集中程度要遠大于體積型缺陷。因此要首先將裂紋、未焊透、未熔合等危險性的面積型缺陷檢出并及時消除。這些面積型缺陷利用超聲波探傷時靈敏度比較高。角焊縫超聲波探傷技術的要求是所采用的工藝能使超聲波主聲束掃查到整個管座角焊縫截面，并能明顯區分缺陷波與結構波，同時要求操作簡便，易于現場使用。

二、小口徑不銹鋼管座角焊縫超聲波檢測探頭的選用分析

 單純采用小口徑不銹鋼管斜探頭從接管座一側對角焊縫進行檢測，存在部分漏檢區；單純采用普通斜探頭從集箱一側對角焊縫進行檢測也無法實現。在本次試驗中，選用小角度縱波探頭和小徑管橫波斜探頭對小徑接管座角焊縫進行綜合檢測。

 由于受到集箱結構影響，超聲波檢測只能在管座側以接管為檢驗面進行單側掃查，依據DL/T820-2002《管道焊接接頭超聲波檢驗技術規程》規定，管壁厚度為8~14mm，推薦折射角為63°~70°（對應的K值分別為2和2.7），選取實測K值為2.7，晶片尺寸準6mm，頻率5MHz，探頭前沿為5mm的斜探頭進行檢測。儀器選擇以色列生產的ISONIC2008，由于該儀器具有B掃描功能，對于顯示缺陷能夠進行B掃描成像分析，便于缺陷記錄和分析，選用甘油為耦合劑，在小直徑管焊接接頭超聲波檢驗專用試塊DL-1上制作準1mm孔的DAC曲線。

三、對比試塊的設計制作

 1. 小角度縱波對比試塊的制作要求和設計指標

  分別選取一定曲面、壁厚的材料模擬集箱管材，并在軸向及周向管座開孔部位制作1mm和2mm深的切割槽模擬缺陷，在對比試塊中間不同深度做1mm×6mm橫孔進行靈敏度比較試驗。

 2. 小口徑不銹鋼管與橫波斜探頭對比試塊制作要求和設計指標

 用對比試塊的切割槽模擬不同深度的未焊透缺陷。該試塊分別切有1mm、1.6mm、2mm、3mm、4mm、6mm、8mm深的水平線切割槽，用以模擬管座。側未焊透缺陷；在1.6mm線切割槽后集箱側焊縫熔合線位置分別切有1mm、2mm、3mm、4mm、6mm深的切割槽，模擬不同深度集箱側坡口未熔合缺陷。

四、檢測驗證

 某電廠燃煤鍋爐，機組累計運行時間10萬小時以上。為了解鍋爐集箱管座角焊縫運行情況，檢修期間，對水冷壁、低溫再熱器、省煤器、末級再熱器的集箱管座角焊縫進行超聲波檢測，以51×7的小徑管座角焊縫檢測為例：小口徑管座角焊縫規格：小口徑管規格為51×7mm，管座角焊縫寬度為11mm，焊縫高度為8mm，集箱坡口深度為7mm。

 1. 儀器、探頭

 選用數字式A型脈沖反射式超聲探傷儀，探頭頻率為5MHz，探頭前沿長度為5mm，晶片尺寸為6mm×6mm，折射角度選為56.3°的K1.5的橫波斜探頭。

 2. DAC曲線的制作

 利用DL-1小口徑不銹鋼管專用超聲波檢測試塊上深度為8mm、15mm、20mm、25mm的1mm的長橫孔來制作DAC曲線。由于非全焊透小口徑管座角焊縫的結構特殊，小口徑不銹鋼管有一部分插入集箱本體，定量和判廢靈敏度的要求可適當降低。

 3. 反射信號的分析

 檢測工作中，必須區分出焊縫的根部反射信號和缺陷反射信號。根據焊縫的結構尺寸、探頭的位置、示波屏上探頭入射點到反射信號的水平距離、反射信號的深度，綜合判定該信號是否為焊縫根部反射信號或缺陷反射信號。根部反射信號的判定：先使探頭靠近焊縫，再向后拖動探頭，示波屏上如果出現反射信號顯示，先根據反射信號的水平距離顯示，依據焊縫的尺寸，在工件上通過實際測量，判斷是否在根部位置；然后根據反射信號的深度，依據工件的厚度，判斷是否在根部位置，如果反射信號的水平距離、深度顯示都在焊縫根部位置，則可判定該信號為根部反射信號顯示。

 缺陷反射信號的判定：繼續向后拖動探頭，示波屏上根部反射信號的幅值降低。在根部反射信號以外如果出現反射信號顯示，則可初步判定為缺陷信號顯示。如果該反射信號的深度顯示大于或等于兩倍工件壁厚，且在焊縫范圍內，水平距離顯示經實際測量也在焊縫范圍內，則可判定該反射信號為缺陷信號顯示。

 4. 檢測結果

 對缺陷管座經過解剖檢查內部均發現未熔合、夾渣、裂紋等缺陷，解剖結果與超聲檢驗結果全符合，有效保證了鍋爐的焊接質量及機組的安全運行。

 5. 結論

   a. 角焊縫根部無余高只可見集箱殼體端角反射波，反射能量高，波形尖銳，根部有余高可見余高反射波與集箱殼體端角反射波，能量低于端角反射波。

   b. 根部未完全焊透的反射波形明顯低于余高反射波形，集箱殼體端角反射波能量基本不變。

   c. 對于根部完全未焊透結構，集箱殼體端角反射波能量明顯降低，完全未焊透反射能量高于集箱殼體端角反射波能量。

五、結語

  綜上，對非全焊透小口徑不銹鋼管座角焊縫的超聲波檢測，采用小晶片、短前沿、小折射角度的超聲波橫波斜探頭進行檢測，可以有效的檢測出管座角焊縫內部缺陷，達到檢測的目的，為目前非全焊透小口徑管座角焊縫內部缺陷檢測的有效方法。