厚壁管對接焊縫的超聲波探傷

1、厚壁管對接焊縫的超聲波探傷 鄒縣發(fā)電廠是一座大型坑口燃煤電站,其三期擴(kuò)建工程安裝兩臺600MW機(jī)組,該機(jī)組鍋爐是美國FWWC設(shè)計生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)型布置、燃煤汽包爐。汽輪發(fā)電機(jī)由東方汽輪機(jī)廠和日立公司聯(lián)合設(shè)計制造,汽輪機(jī)型式為亞臨界、單軸三缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)。較以往我公司承建的機(jī)組,600MW機(jī)組中厚壁管道較多,給焊接及檢驗帶來了一定的困難。其中高溫過熱器出口對接焊縫規(guī)格為889×144,主蒸汽管道規(guī)格見下表。 如何提高無損檢測水平,選用適當(dāng)?shù)奶絺椒?來保證對焊縫焊接質(zhì)量的檢驗,對于安全生產(chǎn),延長管道的使用壽命,提高生產(chǎn)效率是一個重要課題。 電力建設(shè)施工及驗收規(guī)

2、范DL5007-92中7.0.2.3中規(guī)定厚度>=70mm的管子在焊到20mm時做100%的射線探傷,焊接完成后做100%的超聲波探傷。但由于管道探傷孔外徑較小(依ASME標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造),國產(chǎn)源源頭無法放入管道中進(jìn)行中心透照,只能進(jìn)行雙壁單投影透照檢驗。在對主蒸汽焊口進(jìn)行根部探傷時,依照GB/T 12605-90中的規(guī)定,環(huán)縫AB級透照進(jìn)度比K值不大于1.1,通過計算至少需要透照8張底片(300×25mm),由于底片規(guī)格不標(biāo)準(zhǔn),只能采用黑紙包裝,容易造成先期或后期漏光,且進(jìn)行探傷時,由于焊縫間隙小,膠片和源頭均不易固定,每進(jìn)行一次透照,40ci的射源需1小時左右,將整個焊口檢驗

3、完需8個小時,顯然勞動強(qiáng)度大,效率也很低。進(jìn)行源射線探傷,膠片灰霧度較大,對比反差較小,且發(fā)現(xiàn)危險缺陷能力較差。因此,射線探傷方法不能很好地適應(yīng)對厚壁對接焊縫進(jìn)行根部探傷。 隨著超聲波探傷技術(shù)以及儀器性能和探頭質(zhì)量的提高,超聲波探傷技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于電力施工中。超聲波探傷具有以下優(yōu)點(diǎn):(a)、探傷靈敏度高,特別是對裂紋之類的危害性缺陷敏感。(b)、能夠準(zhǔn)確地對缺陷進(jìn)行定位。(c)、成本低,返修周期短,對環(huán)境空間要求低,對人體無害。 通過對比試驗,發(fā)現(xiàn)采用超聲波探傷進(jìn)行根部探傷較射線探傷好,不僅提高了效率,節(jié)約成本,更為重要的是更能發(fā)現(xiàn)危險性缺陷。在鄒三工程中,對主蒸汽管道的38只焊口進(jìn)行了根部

4、探傷,共發(fā)現(xiàn)5號機(jī)中UT 8號焊口存在大面積未熔合性的夾渣,6號機(jī)中UT 8號焊口存在約300mm的未熔合和較大面積的夾渣、氣孔缺陷,這些缺陷及時得到了返修。2探傷方法2.1儀器探頭的選擇 探頭頻率的高低對探傷有較大的影響。頻率高,靈敏度和分辨力高,指向性好,對探傷有利。但頻率高,近場區(qū)長度大、衰減大,又對探傷不利。晶片大小也對探傷有一定的影響,晶片尺寸增加,半擴(kuò)散角減少,波束指向性變好,超聲波能量集中,對探傷有利。晶片尺寸增加,近聲區(qū)長度迅速增加,對探傷不利。晶片尺寸大,輻射的超聲波能量大,探頭未擴(kuò)散區(qū)掃查范圍大,遠(yuǎn)距離掃查范圍相對變小,發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離缺陷能力增強(qiáng)。 在橫波探傷中,探頭的K值對探

5、傷的靈敏度、聲束軸線的方向、一次波的聲程有較大的影響。當(dāng)工件厚度較大時,應(yīng)選用較小的K值,以減少聲程過大引起的衰減,便于以現(xiàn)深度較大處的缺陷。在焊縫探傷中,還要保證主聲束能掃查整個焊縫截面。對于根部未焊透,還要考慮端角反射問題。 因此,我們選用了美國產(chǎn)的2.5P45o(15mm)、2.5P0o、2.5P60o(15mm)等橫波斜探頭和縱波直探頭,該種探頭聲束較集中,無雙峰現(xiàn)象且耐磨,K值較準(zhǔn)確。儀器采用EPOCH-型數(shù)字式儀器。通過對比試驗該儀器分辯力、采樣率、水平線性、垂直線性、衰減器精度均較國產(chǎn)模擬儀器好,且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行貯存、打印。采用數(shù)字式超聲探傷儀,能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行展開、壓縮、包絡(luò)分析

6、,更好對缺陷性質(zhì)的判斷。通過實際操作,結(jié)合兩種探傷方法的對比試驗,可以說明,采用超聲波探傷能較好的保證檢測質(zhì)量。2.2適當(dāng)修磨探頭 由于高壓管子表面有一定的弧度,這就減少了探頭與工件的接觸面,從而使探頭有效面積減少,入射到工件的聲能也就減少了。這樣就影響了探傷靈敏度,所以應(yīng)對探頭進(jìn)行修磨以增大接觸面積,保證聲束能良好的傳送和接收,以保證檢測。探頭進(jìn)行修磨后,應(yīng)對K值進(jìn)行校驗,保證其在修磨中無較大變化。2.3根部探傷 實際對主蒸汽管道進(jìn)行根部探傷時,公司內(nèi)部約定在焊接約進(jìn)行一半時(約5060m m),焊口脫氫冷卻,進(jìn)行探傷,即中間探傷,也可稱為根部探傷。該時機(jī)進(jìn)行超聲波探傷能夠較好地對根部進(jìn)行檢

7、驗,檢驗難度系數(shù)相對于在焊到20mm處時要小,也比較方便于根部缺陷的返修以及二次探傷后發(fā)現(xiàn)缺陷的反修,因此也更具有實際操作意義。進(jìn)行中間探傷時要將焊口表面適當(dāng)打磨,應(yīng)盡可能把管道表面的油漆磨掉,露出金屬光澤,以減小聲能損失。打磨寬度約為200mm,儀器掃描比例為25mm/DIV,必要時可延遲50m m。 探傷靈敏度為一次底波處評定線靈敏度。檢驗時首先確定檢驗區(qū)域。首先將探頭置于位置坡口處向后移,直至發(fā)現(xiàn)坡口同焊縫處交界處反射波(一般情況下能發(fā)現(xiàn)此處的反射),記該處為位置A,從A繼續(xù)向后移,待發(fā)現(xiàn)一次底波記位置B,繼續(xù)后移,可發(fā)現(xiàn)焊縫表面反射(即二次波)此位置為C,則A-C之間為掃查區(qū)域。 在位

8、置A處,由于焊縫成形不規(guī)則,容易產(chǎn)生深度在90mm左右的波形,此時可依據(jù)水平定位判定該波形不非缺陷波。在位置A前,由于波形在坡口處的變換,容易引起表面波和在根部內(nèi)坡口處反射波。在位置B、C間,由根部內(nèi)坡口也容易引起變形波,此時波形深度出現(xiàn)在2/3壁厚處,一般為探頭副聲束引起的變形波。在進(jìn)行根部探傷時,波形較復(fù)雜,變形波較多。2.4最終探傷 焊接全部完成后要進(jìn)行綜合C級檢驗,滿足至少采用兩種角度的探頭(2.5P45o、2.5P 60o)的單面雙側(cè)檢驗。一般情況下,先用2.5P45探頭進(jìn)行初查,主要發(fā)現(xiàn)中間探傷后二次焊接初熔合面的缺陷,該位置由于預(yù)熱溫度、焊條角度不易掌握等原因,易出現(xiàn)夾渣和未熔合

9、。2.5P45o探頭初查后,再用2.5P 60o探頭復(fù)查,對兩只探頭發(fā)現(xiàn)的缺陷處將焊縫打磨平整,利用2.5P0o、2.5P45o進(jìn)行確定缺陷,并分析缺陷性質(zhì)。 檢驗過程中,掃查速度不應(yīng)大于150mm/s,相應(yīng)兩次探頭移動間隔保證至少有探頭寬度的10%的重疊。 探傷靈敏度為一次底波處的評定線靈敏度。2.5缺陷的定性 焊縫缺陷的性質(zhì),可根據(jù)缺陷反射信號的特征、部位,采用動態(tài)包絡(luò)波形分析法,改變探頭角度或掃查方法,并結(jié)合焊接工藝等進(jìn)行綜合分析。但厚壁管道對接焊縫的根部分析定性較困難,而這些缺陷又多為開口缺陷(如根部未焊透,根部未熔合等),對焊縫強(qiáng)度影響很大,在根部容易出現(xiàn)的缺陷有焊瘤、內(nèi)凹、內(nèi)錯口、

10、根部未焊透、根部未熔合、裂紋等。這些缺陷反射波形在示波屏上幾乎出現(xiàn)在同一位置,分辨它們比較困難,因此必須認(rèn)真對待根部缺陷的判定,不斷的積累經(jīng)驗,提高判斷能力。 根部未熔合多發(fā)生在單側(cè),反射波輻較高,當(dāng)與焊瘤并存時,會出現(xiàn)雙波,一般只能在同側(cè)探到,有時利用二次波也能探到,但一、二次波能量相差較大,內(nèi)錯口反射波強(qiáng)烈,相當(dāng)于端角反射,只能從一側(cè)探到,這是與根部未焊透主要區(qū)別之處。 焊瘤波比未焊透或未熔合反射波后移一個位置,內(nèi)凹一般出現(xiàn)在焊縫的仰焊位置,反射波較弱,波程比焊瘤提前,波形比較穩(wěn)定,兩側(cè)都要探到。 內(nèi)咬邊發(fā)生在一側(cè),也可能兩側(cè)都有,其反射與根部未熔合近似。根部未焊透反射波強(qiáng)烈,焊縫兩側(cè)探傷

11、都有端角反射的特點(diǎn),反射波較穩(wěn)定,稍一變化探頭角度(轉(zhuǎn)動探頭)反射波降低明顯,這與裂紋比較是區(qū)別裂紋的主要特點(diǎn)。另外根部未焊透從兩側(cè)均可打到且能量相差不大,水平定位稍有差別。2.6示值的異常 聲波在介質(zhì)中傳播,由于各種原因會產(chǎn)生縱波變橫波,橫波變縱波的現(xiàn)象,有時會使測值變大或變小,從而引起測值失真。在排除了因儀器本身、探頭和工件表面接觸以及使用操作諸因素的影響外,異常的直接原因就是被測工件本身。在實際檢驗中,變形波主要來源于焊縫內(nèi)坡口的溝槽等。2.7缺陷指示長度的修正 厚壁管超聲檢測中發(fā)現(xiàn)的缺陷要對其指示長度進(jìn)行修正。按GB11345-89標(biāo)準(zhǔn)測行的缺陷指示長度和實際長度之間的誤差有缺陷本身幾何因素影響,加之聲波的邊界效應(yīng)等因素,造成缺陷指示長度同實際缺陷長度的誤差。通過改變探測頻率,變換掃查方式等方法可在一定程度上減小誤差;另一方面,由于管道曲率影響而產(chǎn)