注汽鍋爐爐管焊縫超聲檢測技術(shù)研究

注汽鍋爐爐管焊縫超聲檢測技術(shù)研究

2013年6月，《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)督規(guī)則》（以下簡稱《鍋爐規(guī)則》）正式實(shí)施。該項(xiàng)目增加了超聲波檢測方法的應(yīng)用，降低了輻射檢測的剛性要求。超聲波檢測具有環(huán)保和節(jié)約成本且生產(chǎn)效率高、對焊縫內(nèi)口質(zhì)量檢測靈敏度高等特點(diǎn)。但檢測技術(shù)的準(zhǔn)確性難以保證,為此,根據(jù)筆者單位注汽鍋爐爐管焊縫特點(diǎn),通過理論指導(dǎo)與實(shí)際試驗(yàn)相結(jié)合,最終實(shí)現(xiàn)了檢測的準(zhǔn)確性。過熱注汽鍋爐爐管規(guī)格見表1,由于結(jié)構(gòu)特殊,超聲波檢測存在以下難點(diǎn):a.彎頭對直管或直管對鍛件結(jié)構(gòu)件只能實(shí)現(xiàn)單面單側(cè)檢測;b.靈敏度調(diào)整及確保全部焊縫掃查;c.根部信號(hào)的判別(單面單側(cè));d.非缺陷回波的判別。1準(zhǔn)備工作1.1干預(yù)策略1.1.1ue鋼盤爐管接觸檢測如果使用平面有機(jī)玻璃楔塊與ue788≤159mm的爐管相接觸,會(huì)造成很嚴(yán)重的曲面耦合損失,探頭晶片與工件形成點(diǎn)接觸或者是線接觸,進(jìn)入工件的實(shí)際能量要低很多,導(dǎo)致超聲波檢測靈敏度降低。為此,根據(jù)不同管徑尺寸,專門定制了帶弧度的斜探頭,以降低與ue788≤159mm爐管接觸的耦合損失,使楔塊弧度與管徑曲率相一致,確保波束發(fā)射區(qū)域與管子完全貼合,或使用比管徑曲率略大一些的探頭。以確保探頭與管子的接觸部位邊緣間隙小于0.5mm。(2)探頭晶片的選擇晶片的選擇直接影響聲束的指向性、近場區(qū)長度、以及聲束的擴(kuò)散射。當(dāng)聲束入射到曲面時(shí),聲束邊緣會(huì)因?yàn)檎凵渑c管子內(nèi)表面產(chǎn)生散射現(xiàn)象,聲束的散射與晶片大小成正比,晶片越大,散射越嚴(yán)重,導(dǎo)致實(shí)際檢測的靈敏度就越低。另外,根據(jù)鋼中近場長度公式也應(yīng)使用小晶片探頭。但是,探頭晶片也不能無限減小,必須考慮晶片的制作工藝、發(fā)射能量、擴(kuò)散角、以及聲束指向性等因素,這些因素直接影響檢測靈敏度和檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。為此,選用6×6正方形晶片斜探頭,因?yàn)檎叫尉a(chǎn)生的聲場是長方形的,如果再采用長方形晶片,產(chǎn)生的聲場更窄,需充分考慮聲束的覆蓋性。1.1.2接頭頻率改善由于小晶片探頭能引起半擴(kuò)散角增大,聲束指向性變差,可以通過增加探頭頻率加以改善。因爐管厚度偏薄,提高頻率能更好地提高分辨力和減小始脈沖寬度。選擇5MHz探頭頻率檢測效果較理想。1.1.3k值的選擇應(yīng)用根據(jù)JB/T4730-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,采用單面單側(cè)法檢測時(shí),應(yīng)采用兩種或兩種以上不同K值的探頭進(jìn)行檢測,以保證對焊縫的100%覆蓋。以u(píng)e78860×9mm爐管為例(圖1)選擇K值時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)一次波保證掃查到焊縫根部:根據(jù)爐管坡口形式,使用K2探頭檢測根部未焊透靈敏度較高。(2)二次波掃查保證足夠的跨距:計(jì)算跨距時(shí),應(yīng)充分考慮探頭以及探頭尾線的長度,探頭距管板70mm,實(shí)際只可移動(dòng)35mm。(3)一、二次波確保覆蓋全焊縫:在使用K2一、二次波檢測時(shí),存在檢測死角,需要使用K2.5探頭補(bǔ)充檢測覆蓋不全區(qū)域。(4)多方向、多角度檢測:應(yīng)充分考慮焊縫內(nèi)部缺陷多個(gè)角度,建議使用K1補(bǔ)充檢測,實(shí)現(xiàn)對焊縫更多角度、更多方向的檢測,更好地提高缺陷檢出率。1.1.4元素選取及用量為了更好地覆蓋根部,盡可能的選擇短前沿,但是探頭前沿與探頭晶片的關(guān)系密不可分,晶片一定,一味的追求短前沿,會(huì)使縱波聲束與楔塊底面反射后,探頭吸聲材料不能完全吸收,導(dǎo)致斜楔內(nèi)部產(chǎn)生多次反射波,又被晶片接收,脈沖波后面雜波過多,經(jīng)過試驗(yàn)以及理論作圖,選擇前沿5mm~6mm為宜。1.2實(shí)際應(yīng)用需進(jìn)一步改進(jìn)筆者單位使用JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)檢測爐管,標(biāo)準(zhǔn)要求使用GS試塊實(shí)現(xiàn),在實(shí)際使用GS試塊中,對掃描基線的調(diào)節(jié)和K值的獲得,需要大量的計(jì)算以及微調(diào),如果使用石油部SGB試塊(同樣是ue7882×20mm橫通孔),實(shí)現(xiàn)設(shè)備調(diào)校以及靈敏度校準(zhǔn)將方便很多,所以不要局限于標(biāo)準(zhǔn)對試塊的推薦,應(yīng)以實(shí)用為準(zhǔn)。2偽信號(hào)顯示實(shí)驗(yàn)爐管超聲波檢測,根部信號(hào)難以區(qū)分、很容易混淆和誤判,通過實(shí)驗(yàn)分析辨別根部信號(hào)以及偽信號(hào)顯示。實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備:探頭:5P6×6K2;實(shí)測前沿:7mm;實(shí)測K值:2.07;儀器型號(hào):USM86;比例調(diào)節(jié):聲程1:1;對比試塊:SGB-Ⅲ;模擬試塊:2.1焊縫水平位置測量使用ue788102×14mm過熱段未焊透模擬試塊,在試塊未焊透位置找最高波,其波位于一次波聲程以后,顯示深度12.05mm,測量水平位置,位于焊縫偏直管段側(cè),距焊縫中心線2mm~3mm(圖2)。分析:未焊透可根據(jù)水平位置區(qū)分,水平位置偏于直管側(cè)或者中心線位置(與其對口間隙有關(guān)),回波位于一次聲程以后,深度接近根部,當(dāng)量較高。2.2焊縫波的測量位置使用ue78889×13mm對流段錯(cuò)口模擬試塊,在試塊錯(cuò)口位置找最高波,其波位于一次波聲程以前,顯示深度11.17mm,測量水平位置,位于焊縫偏彎頭側(cè),距焊縫中心線1mm~2mm(圖3)。錯(cuò)口回波可根據(jù)水平位置區(qū)分,水平位置偏于彎頭側(cè)且回波位于一次聲程內(nèi),深度接近根部。2.3焊縫上次波聲程檢測使用ue788102×14mm過熱段模擬試塊,在試塊過流位置找最高波,其波位于一次波聲程以后,顯示深度11.92mm,測量水平位置位于焊縫偏彎頭側(cè),距焊縫中心線1mm~2mm(圖4)。過流回波可根據(jù)水平位置區(qū)分,水平位置偏于彎頭側(cè)且回波位于一次聲程以外,深度接近根部,且轉(zhuǎn)動(dòng)焊口,整圈焊縫基本都有,只是波幅當(dāng)量不同。2.4焊接位置檢測判斷根部內(nèi)凹回波位于一次聲程內(nèi),因?yàn)槭菃蚊鎲蝹?cè)檢測,信號(hào)識(shí)別較困難,無法從兩側(cè)檢測判斷,需要對現(xiàn)場的焊接位置了解透徹,焊接轉(zhuǎn)動(dòng)焊口時(shí),因?yàn)楣茏拥霓D(zhuǎn)動(dòng),焊工的每點(diǎn)焊接都類似平焊,很難出現(xiàn)內(nèi)凹現(xiàn)象,內(nèi)凹主要位于固定口仰臉焊位置,對該位置的此種回波應(yīng)注意,另外,因內(nèi)凹具有一定的長度,需對該位置的長度進(jìn)行測量。2.5主聲束-余高界面反射使用ue78873×11mm對流段模擬試塊,在檢測時(shí)出現(xiàn)圖5所示現(xiàn)象,分析以及辨別方法如下:由于根部的不規(guī)則,一次聲程和二次聲程之間,有時(shí)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)三個(gè)反射信號(hào),測量三個(gè)信號(hào)水平位置,分別位于焊縫中心線偏彎頭側(cè)2mm~3mm、融合線位置以及離融合線2mm~3mm母材處。第一個(gè)信號(hào)為根部余高信號(hào),第二、三個(gè)信號(hào)為變形波信號(hào),由于主聲束與余高界面產(chǎn)生反射,反射點(diǎn)相當(dāng)于第二介質(zhì)中的入射角,其角度小于第三臨界角,即形成第二介質(zhì)縱波反射,此類反射被探頭接收產(chǎn)生的數(shù)據(jù)無參考價(jià)值。用手沾耦合劑,在上焊縫上敲打,會(huì)清晰地發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)波的跳動(dòng)。3設(shè)備和接頭的調(diào)校由于