1、火力發電廠小徑管焊縫超聲波探傷方法 王 強 , 敬尚前 , 張廣興(河北省電力研究院 鍋檢中心 , 河北 石家莊 050021摘要 :通過實踐討論了利用國家 承壓設備無損檢測 標準對火力發電廠小徑管超聲波探傷中確定探頭 K 值選 擇 、 波形判斷 、 靈敏度等的要點 , 闡述了對小徑管超聲波探傷的波形判斷和缺陷識別方法 。關鍵詞 :小徑管 ; 焊縫 ; 超聲波探傷本文所指小徑管為外徑 D =32 89mm 、 壁厚 t =4 14mm 的鍋爐受熱面管 , 其環向對接焊縫檢 測可以執行 JB /T4730-2005 承壓設備無損檢測 標準 (以下簡稱標準 中 “ 鋼制承壓設備管子和壓 力管道環向

2、對接接頭超聲檢測和質量分級 ” 部分 。 火力發電廠大部分受熱面管如省煤器 、 過熱器 、 再 熱器 、 水冷壁都是小徑管 , 其焊口數量非常多 , 600 MW 機組小徑管廠家制作焊口約 35000個 , 安裝 焊口約 18000個 。 小徑管對接焊縫一般采用手工 電弧焊 、 鎢極氬弧焊打底手工焊填充或全氬弧等 方法進行焊接 , 焊縫中常見缺陷有氣孔 、 夾渣 、 未 焊透 、 未熔合和裂紋等 。 因對危害性缺陷如裂紋 、 未熔合等檢出率高 , 近年來采用超聲波探傷方法 檢驗小徑管對接焊縫已經廣泛應用于大型鍋爐的 安裝和檢修檢驗中 , 以下介紹超聲波在小徑管焊 縫探傷中應注意的問題 。1探頭

3、 K 值選擇原則小徑管焊縫超聲波探傷一般采用小晶片 、 大 K 值 、 短前沿 、 高阻尼 , 頻率 5MHz , 以獲得較大的 一次波掃查范圍 , 但是 K 值越大 , 探頭雜波 、 表面 波就越多 , 一般選擇探頭 K 值不宜超過 3。 標準中 對探頭選擇進行了規定 , 不同管壁厚度選擇不同 的 K 值 。 實際中掌握原則是選用的橫波探頭應滿 足直射波聲束中心線能掃查到焊接接頭的 1/4以 上壁厚范圍 。2靈敏度的確定標準中提供了 GS-1 4系列對比試塊 , 涵蓋 了小徑管曲率半徑范圍 , 人工反射體為 2 20 mm 的長通孔 , 代表小徑管中較常出現的線性缺 , :、 。 可以看出當

4、壁厚不大 于 8mm 時 , 標準所用的評定線與定量線靈敏度都 是以 2 20mm 人工反射體的波幅增益 16dB 為 準 , 這樣主要是考慮了薄壁管靈敏度太高 , 雜波 多 , 影響缺陷識別 , 提高了實際探傷使用價值 。 3缺陷定量檢測及評級根據標準中規定對所有反射波幅位于 區或 區以上的缺陷 , 均應對缺陷位置 、 最大反射波幅 和缺陷指示長度進行測定 。 缺陷指示長度在 區 或 區以上時均采用定量線的絕對靈敏度法測其 長度 , 當缺陷最大反射波幅位于 區時 , 如認為有 必要記錄 , 則以評定線絕對靈敏度法測其指示長 度 。 需要注意的是 , 缺陷的指示長度應先換算以 后再評級 , 即

5、缺陷指示長度要小于探頭左右移動 距離 。在對根部缺陷評級時 , 標準規定了在 10mm 焊縫范圍內 , 同時存在條狀缺陷和未焊透時 , 應評 級 , 考慮到電廠小徑管都是高溫 、 高壓下工作 , 且目前都是氬弧焊打底或者為全氬弧 , 應對根部 缺陷從嚴 , 因此可掌握的原則為 :氬弧焊打底焊 縫 , 存在根部未焊透缺陷時 , 評為不合格 ; 焊接接 頭存在裂紋 、 坡口未熔 、 層間未熔缺陷時 , 評為不 合格 ; 如探傷人員能判定為層間密集等危險性缺 陷時 , 評為不合格 。 標準以 2 20mm 的長通孔 模擬了根部的線性缺陷 , 存在一定誤差 , 實際中可 以用同批管子在內壁做一些不同深

6、度的尖角槽 , 來模擬未焊透等根部缺陷 , 以根部缺陷和試塊上 尖角槽的三次波進行波高對比 , 定量更加準確 。 4缺陷波的性質判斷小徑管探傷中由于管壁較薄 , 干擾信號較多 , 正確識別缺陷信號和非缺陷信號 , 必須靠無損檢收稿日期 :2010-05-04作者簡介 :王 強 (1982 , 男 , 河北石家莊人 , 助理工程師 , 主要從事電站鍋爐壓力容器的檢驗工作 。·58測人員的認真學習和實踐積累 。4. 1典型缺陷反射回波的分析和性質判斷 4. 1. 1根部裂紋熒光屏上 的 深 度 讀 數 在 一 次 波 處 。 兩 側 探傷 , 焊縫水平定位交于一點或非常接近 。 反射信

7、號強烈 , 波形尖銳 , 陡峭 , 清晰 , 波根較寬 , 波高較 高 。 探頭前后移動時動態波形呈標準中 a 型或 b 型 。 波形如圖 1所示 。(b 探頭在左側的超聲波回波示意圖H2H (c 探頭在右側的超聲波回波示意圖H2H (a 超聲波在工件中傳播示意圖LLHTFTF圖 1根部裂紋H 工件厚度 ; L 回波水平定位 ; T 始波 ; F 缺陷回波4. 1. 2根部未焊透熒光屏上的深度讀數在一次波之前 。 焊縫水平定位在探頭本側 。 兩側探測回波相似 ,形成端 角反射 , 回波信號強烈 , 波形尖銳 , 陡峭 , 清晰 , 波根較寬 , 波高較高 。 探頭前后移動時動態波形呈 標準中

8、型 。 波形如圖 2所示 。(b 探頭在左側的超聲波回波示意圖(c 探頭在右側的超聲波回波示意圖(a 超聲波在工件中傳播示意圖LHH 2HH 2HTFTF圖 2根部未焊透4. 1. 3沿坡口邊緣未熔合從缺陷處探測二次波信號強 , 熒光屏上的深 度讀數在一次波之后 , 焊縫水平定位在探頭本側 。 在對側探測時一次波信號強 , 熒光屏上的深度讀數在一次波之前 。 焊縫水平定位在探頭對側 。 熒光屏上波形呈鋸齒狀或草叢狀 , 並伴隨著出現尖 銳 , 陡峭 , 波高較高的信號 。 焊縫較寬 、 K 值較小 時一次波容易漏檢 。 波形如圖 3所示 。(b 探頭在左側的超聲波回波示意圖(c 探頭在右側的超

9、聲波回波示意圖(a 超聲波在工件中傳播示意圖LLXHTFH 2HH 2HX XTF 圖 3沿坡口邊緣未熔合X 缺陷距下端面的距離4. 1. 4焊縫內部點狀缺陷 處于焊縫內部的點狀缺陷 ,在雙側用一 、 二次 波基本都可發現 , 只是信號強弱不同 , 焊縫水平定 位交于一點或非常接近 。 典型的單個氣孔波形尖 銳 , 陡峭 , 清晰 , 波根較窄 。 波形如圖 4所示 。 4. 2幾種偽缺陷信號的識別 4. 2. 1根部焊瘤根部焊瘤對聲束起會聚作用 , 有一定長度的焊瘤在雙側都能探到 , 波形陡峭 , 尖銳 , 清晰 , 信號 較強 。 動態波形與未焊透 、 裂紋 、 內凹差不多 。 焊(b 探

10、頭在左側的超聲波回波示意圖(c 探頭在右側的超聲波回波示意圖(a 超聲波在工件中傳播示意圖LLHXTF XTF X2HH 2HH 圖 4焊縫內部點狀缺陷縫上水平定位在探頭對側并互相交叉 。 熒光屏上的深度讀數在一次波之后 。 波形如圖 5所示 。(b 探頭在左側的超聲波回波示意圖(c 探頭在右側的超聲波回波示意圖(a 超聲波在工件中傳播示意圖LLHTH2H TH2H 圖 5根部焊瘤4. 2. 2錯口錯口從一側探測時信號較強 , 熒光屏上的深 度讀數在一次波之處 。 焊縫上水平定位在探頭對 側 。 而從另一側探測時沒有信號 。 要注意與單側未焊透的區別 。 錯口是一種偽缺陷 ,但是如果從 外部測

11、量錯口量超過壁厚的 10%, 則不符合探傷 要求 。 波形如圖 6所示 。其他容易干擾的如變形波 、 油膜波等 。 變形(b 探頭在左側的超聲波回波示意圖(c 探頭在右側的超聲波回波示意圖(a 超聲波在工件中傳播示意圖H2H H2H LHT T圖 6錯口波是由于橫波在工件一側傾斜入射發生波型轉換 而產生的反射縱波和反射橫波 。 這些變形波都出 現在二次范圍內 , 易誤判為缺陷波 。 可用手指沾 油拍打焊縫上變形縱波的反射點 , 觀察熒光屏上 波形的相應跳動來區分 ; 若探頭進油或刷油過多則易產生油膜波 ,通常起伏不定 , 重復性不好 , 可 以用油刷刷在探頭前 , 油膜波立刻消失 ; 如果檢測

12、 面有凸起或凹坑 , 也會形成雜波 , 可將檢測面處理 平后消除 ; 另外若焊縫較平滑 , 余高較小 , 探頭容 易騎到焊縫而產生一些回波 ; K 值過大時存在嚴 重的表面回波 , 這些都可能影響正常波形進而引 起誤判 。總之 , 對小徑管焊縫缺陷定性 , 單憑缺陷的某 一種特征來判斷其性質是困難的 , 片面的 , 由于實際情況的復雜性和多樣性 , 必須對各種特征以及焊縫的焊接情況進行綜合考慮 , 才能做出較正確 的結論 。5關于射線和超聲在小徑管探傷中的比較由于小徑管較薄 , 超聲波對上層間的氣孔檢 出率較低 。 一次波檢測時 , 缺陷尺寸越大 , 位置越 靠上表面 , 越容易漏檢 , 即缺

13、陷直徑大于波長的 3倍 , 缺陷對聲波鏡面反射 , 當聲束傾斜入射時 , 大 部分聲壓鏡面反射探頭接收不到 , 導致回波聲壓 較低 , 波幅較低 ; 且由于小徑管內弧對超聲波的散 射影響 , 導致一次波終點與二次波終點聲能相差 較大 , 二次波檢驗波高也較低 , 可能會漏判 , 而當 缺陷直徑較小時 , 缺陷波能量成球形分布 , 垂直入 射和傾斜入射都有大致相同的能量 , 反而能得到·68較好的缺陷回波 , 就會出現同一缺陷射線檢測不 超標的缺陷而超聲檢測時超標 , 超聲檢測不超標 的缺陷而射線檢測超標 。 對于較小的線性缺陷 , 如根部打底因焊工手法導致焊接接頭不良 , 在射 線底片投影時呈現很小的影像