厚壁管对接焊缝的超声波探伤

厚壁管对接焊缝的超声波探伤

邹县发电厂是一座大型坑口燃煤电站,其三期扩建工程安装两台600MW机组,该机组锅炉是美国FWWC设计生产的亚临界、一次中间再热、自然循环型布置、燃煤汽包炉。汽轮发电机由东方汽轮机厂和日立公司联合设计制造,汽轮机型式为亚临界、单轴三缸四排汽凝汽式汽轮机。

较以往我公司承建的机组,600MW机组中厚壁管道较多,给焊接及检验带来了一定的困难。其中高温过热器出口对接焊缝规格为889×144,主蒸汽管道规格见下表。

如何提高无损检测水平,选用适当的探伤方法,来保证对焊缝焊接质量的检验,对于安全生产,延长管道的使用寿命,提高生产效率是一个重要课题。

电力建设施工及验收规范DL5007-92中7.0.2.3中规定厚度>=70mm的管子在焊到20mm时做100%的射线探伤,焊接完成后做100%的超声波探伤。但由于管道探伤孔外径较小(依ASME标准设计制造),国产源源头无法放入管道中进行中心透照,只能进行双壁单投影透照检验。在对主蒸汽焊口进行根部探伤时,依照GB/T 12605-90中的规定,环缝AB级透照进度比K值不大于1.1,通过计算至少需要透照8张底片(300×25mm),由于底片规格不标准,只能采用黑纸包装,容易造成先期或后期漏光,且进行探伤时,由于焊缝间隙小,胶片和源头均不易固定,每进行一次透照,40ci的射源需1小时左右,将整个焊口检验完需8个小时,显然劳动强度大,效率也很低。进行源射线探伤,胶片灰雾度较大,对比反差较小,且发现危险缺陷能力较差。因此,射线探伤方法不能很好地适应对厚壁对接焊缝进行根部探伤。

随着超声波探伤技术以及仪器性能和探头质量的提高,超声波探伤技术已广泛地应用于电力施工中。超声波探伤具有以下优点:(a)、探伤灵敏度高,特别是对裂纹之类的危害性缺陷敏感。(b)、能够准确地对缺陷进行定位。(c)、成本低,返修周期短,对环境空间要求低,对人体无害。 通过对比试验,发现采用超声波探伤进行根部探伤较射线探伤好,不仅提高了效率,节约成本,更为重要的是更能发现危险性缺陷。在邹三工程中,对主蒸汽管道的38只焊口进行了根部探伤,共发现5号机中UT 8号焊口存在大面积未熔合性的夹渣,6号机中UT

8号焊口存在约300mm的未熔合和较大面积的夹渣、气孔缺陷,这些缺陷及时得到了返修。

2 探伤方法

2.1 仪器探头的选择

探头频率的高低对探伤有较大的影响。频率高,灵敏度和分辨力高,指向性好,对探伤有利。但频率高,近场区长度大、衰减大,又对探伤不利。晶片大小也对探伤有一定的影响,晶片尺寸增加,半扩散角减少,波束指向性变好,超声波能量集中,对探伤有利。晶片尺寸增加,近声区长度迅速增加,对探伤不利。晶片尺寸大,辐射的超声波能量大,探头未扩散区扫查范围大,远距离扫查范围相对变小,发现远距离缺陷能力增强。

在横波探伤中,探头的K值对探伤的灵敏度、声束轴线的方向、一次波的声程有较大的影响。当工件厚度较大时,应选用较小的K值,以减少声程过大引起的衰减,便于以现深度较大处的缺陷。在焊缝探伤中,还要保证主声束能扫查整个焊缝截面。对于根部未焊透,还要考虑端角反射问题。

因此,我们选用了美国产的2.5P45o(15mm)、2.5P0o、2.5P60o(15mm)等横波斜探头和纵波直探头,该种探头声束较集中,无双峰现象且耐磨,K值较准确。仪器采用EPOCH-Ⅱ型数字式仪器。通过对比试验该仪器分辩力、采样率、水平线性、垂直线性、衰减器精度均较国产模拟仪器好,且能够对波形进行贮存、打印。采用数字式超声探伤仪,能够对波形进行展开、压缩、包络分析,更好对缺陷性质的判断。通过实际操作,结合两种探伤方法的对比试验,可以说明,采用超声波探伤能较好的保证检测质量。

2.2 适当修磨探头

由于高压管子表面有一定的弧度,这就减少了探头与工件的接触面,从而使探头有效面积减少,入射到工件的声能也就减少了。这样就影响了探伤灵敏度,所以应对探头进行修磨以增大接触面积,保证声束能良好的传送和接收,以保证检测。探头进行修磨后,应对K值进行校验,保证其在修磨中无较大变化。

2.3 根部探伤

实际对主蒸汽管道进行根部探伤时,公司内部约定在焊接约进行一半时(约50～60m

m),焊口脱氢冷却,进行探伤,即中间探伤,也可称为根部探伤。该时机进行超声波探伤能够较好地对根部进行检验,检验难度系数相对于在焊到20mm处时要小,也比较方便于根部缺陷的返修以及二次探伤后发现缺陷的反修,因此也更具有实际操作意义。进行中间探伤时要将焊口表面适当打磨,应尽可能把管道表面的油漆磨掉,露出金属光泽,以减小声能损失。打磨宽度约为200mm,仪器扫描比例为25mm/DIV,必要时可延迟50m

m。

探伤灵敏度为一次底波处评定线灵敏度。

检验时首先确定检验区域。首先将探头置于位置坡口处向后移,直至发现坡口同焊缝处交界处反射波(一般情况下能发现此处的反射),记该处为位置A,从A继续向后移,待发现一次底波记位置B,继续后移,可发现焊缝表面反射(即二次波)此位置为C,则A-C之间为扫查区域。

在位置A处,由于焊缝成形不规则,容易产生深度在90mm左右的波形,此时可依据水平定位判定该波形不非缺陷波。在位置A前,由于波形在坡口处的变换,容易引起表面波和在根部内坡口处反射波。在位置B、C间,由根部内坡口也容易引起变形波,此时波形深度出现在2/3壁厚处,一般为探头副声束引起的变形波。

在进行根部探伤时,波形较复杂,变形波较多。

2.4 最终探伤

焊接全部完成后要进行综合C级检验,满足至少采用两种角度的探头(2.5P45o、2.5P

60o)的单面双侧检验。一般情况下,先用2.5P45探头进行初查,主要发现中间探伤后二次焊接初熔合面的缺陷,该位置由于预热温度、焊条角度不易掌握等原因,易出现夹渣和未熔合。2.5P45o探头初查后,再用2.5P 60o探头复查,对两只探头发现的缺陷处将焊缝打磨平整,利用2.5P0o、2.5P45o进行确定缺陷,并分析缺陷性质。

检验过程中,扫查速度不应大于150mm/s,相应两次探头移动间隔保证至少有探头宽度的10%的重叠。

探伤灵敏度为一次底波处的评定线灵敏度。

2.5 缺陷的定性

焊缝缺陷的性质,可根据缺陷反射信号的特征、部位,采用动态包络波形分析法,改变探头角度或扫查方法,并结合焊接工艺等进行综合分析。但厚壁管道对接焊缝的根部分析定性较困难,而这些缺陷又多为开口缺陷(如根部未焊透,根部未熔合等),对焊缝强度影响很大,在根部容易出现的缺陷有焊瘤、内凹、内错口、根部未焊透、根部未熔合、裂纹等。这些缺陷反射波形在示波屏上几乎出现在同一位置,分辨它们比较困难,因此必须认真对待根部缺陷的判定,不断的积累经验,提高判断能力。

根部未熔合多发生在单侧,反射波辐较高,当与焊瘤并存时,会出现双波,一般只能在同侧探到,有时利用二次波也能探到,但一、二次波能量相差较大,内错口反射波强烈,相当于端角反射,只能从一侧探到,这是与根部未焊透主要区别之处。

焊瘤波比未焊透或未熔合反射波后移一个位置,内凹一般出现在焊缝的仰焊位置,反射波较弱,波程比焊瘤提前,波形比较稳定,两侧都要探到。

内咬边发生在一侧,也可能两侧都有,其反射与根部未熔合近似。根部未焊透反射波强烈,焊缝两侧探伤都有端角反射的特点,反射波较稳定,稍一变化探头角度(转动探头)反射波降低明显,这与裂纹比较是区别裂纹的主要特点。另外根部未焊透从两侧均可打到且能量相差不大,水平定位稍有差别。

2.6 示值的异常

声波在介质中传播,由于各种原因会产生纵波变横波,横波变纵波的现象,有时会使测值变大或变小,从而引起测值失真。在排除了因仪器本身、探头和工件表面接触以及使用操作诸因素的影响外,异常的直接原因就是被测工件本身。在实际检验中,变形波主要来源于焊缝内坡口的沟槽等。

2.7 缺陷指示长度的修正 厚壁管超声检测中发现的缺陷要对其指示长度进行修正。按GB11345-89标准测行的缺陷指示长度和实际长度之间的误差有缺陷本身几何因素影响,加之声波的边界效应等因素,造成缺陷指示长度同实际缺陷长度的误差。通过改变探测频率,变换扫查方式等方法可在一定程度上减小误差;另一方面,由于管道曲率影响而产生的测长误差。这个误差有时较大,需修正。具体修正方法为:如图,CD为实际缺陷长度,AB为缺陷测量长度,则其关系为CD/A B=(R-H)/R

R为管道半径H为缺陷深度应根据

CD的长度对缺陷进行定组。

3 结束语

采用超声波探伤技术对厚壁管道对接焊缝进行检测,实际证明效果较好,能保证对厚壁管道焊接质量的检测,且节约了成本,缩短了工期,能满足现代电建安装施工的需要。