各種方法這次都束手無策檢測(cè)小徑管異種鋼對(duì)接焊縫層間未熔合缺陷路在何方_第1頁
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在超臨界機(jī)組和超超臨界機(jī)組鍋爐的高溫再熱器?高溫過熱器?屏式過熱器等部件中存在大量小徑管異種鋼對(duì)接焊縫,按照TSGG0001-2012《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定,對(duì)接焊縫需進(jìn)行射線檢測(cè),檢測(cè)過程按照NB/T47013.2-2015《承壓設(shè)備無損檢測(cè)第2部分:射線檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行射線橢圓成像或垂直成像檢測(cè)。某電廠在安裝過程中通過斷口試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)批量異種鋼小徑管對(duì)接接頭存在層間未熔合類缺陷。受透照角度的影響,該類缺陷大致與射線透照方向垂直,不易被發(fā)現(xiàn)。所以需要開發(fā)一種小徑管層間未熔合缺陷檢測(cè)的專用方法。小徑管異種鋼焊縫超聲檢測(cè)的特點(diǎn)奧氏體焊縫組織對(duì)超聲檢測(cè)的影響異種鋼焊縫為奧氏體組織,對(duì)超聲檢測(cè)的影響主要體現(xiàn)在焊縫晶粒粗大、各項(xiàng)異性、異質(zhì)界面和聲束衰減等方面,在超聲檢測(cè)過程中信噪比嚴(yán)重下降,產(chǎn)生聲束扭曲和虛假信號(hào),最終無法完成超聲檢測(cè)。鍋爐小徑管規(guī)格對(duì)超聲檢測(cè)的影響鍋爐異種鋼小徑管對(duì)接焊縫具有直徑小、管壁厚、曲率大等特點(diǎn),常見鍋爐異種鋼對(duì)接焊縫材料和規(guī)格如下表所示:焊接時(shí)采用熱絲TIG焊(非熔化極氣體保護(hù)電弧焊),多道焊接成型,表面帶有余高,超聲檢測(cè)耦合效果差,采用U型坡口。圖1異種鋼U型坡口結(jié)構(gòu)示意為了避免錯(cuò)邊的產(chǎn)生,在鋼管對(duì)接之前,需要對(duì)管內(nèi)壁進(jìn)行機(jī)加(Do),消除鋼管的橢圓度,這就增加了超聲檢測(cè)信號(hào)的識(shí)別難度。常用超聲檢測(cè)方法對(duì)比分析按照異種鋼小徑管層間未熔合缺陷的特點(diǎn),分別采用了V形雙探頭法、超聲波測(cè)厚法、TOFD檢測(cè)和相控陣檢測(cè)等方法,從方法的可行性方面分別進(jìn)行了理論研究和試驗(yàn)。V形雙探頭法超聲檢測(cè)將兩個(gè)探頭放置在同一個(gè)平面上,一個(gè)探頭發(fā)射的超聲波被缺陷反射,反射的回波剛好落在另一個(gè)探頭的入射點(diǎn)上,主要用來發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面平行的面狀缺陷。超聲波測(cè)厚利用超聲波在工件上下底面產(chǎn)生多次反射,反射波被探頭接收轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)經(jīng)放大器放大后輸入計(jì)算電路,由計(jì)算電路測(cè)出超聲波在工件上下底面往返一次傳播的時(shí)間,最后再換算成工件厚度顯示出來。相控陣檢測(cè)通過控制探頭陣列中各陣元激勵(lì)(或接收)脈沖的時(shí)間延遲,改變由各陣元發(fā)射(或接收)聲波到達(dá)(或來自)物體內(nèi)某點(diǎn)時(shí)的相位關(guān)系,就可實(shí)現(xiàn)聚焦點(diǎn)和聲束方位的變化,從而進(jìn)行掃描成像。通過改變延時(shí),實(shí)現(xiàn)超聲波聲束角度的偏轉(zhuǎn)。TOFD檢測(cè)將TOFD探頭對(duì)稱布置在焊縫兩側(cè),在工件無缺陷部位發(fā)射超聲脈沖后,首先到達(dá)接收探頭的是直通波,然后是底面反射波。小徑管異種鋼對(duì)接焊縫經(jīng)過TOFD檢測(cè)的結(jié)果如下所示:圖2異種鋼對(duì)接焊縫的TOFD檢測(cè)圖譜小徑管異種鋼焊縫通常由3層焊接而成,焊道間粗大的晶粒信號(hào)會(huì)從焊縫根部的焊接位置起始,延續(xù)到直通波位置,層間未熔合缺陷位置正好處于焊道層間,層間未熔合信號(hào)和焊道層號(hào)重合在一起,從而無法識(shí)別缺陷。異種鋼焊縫的解剖結(jié)果如下所示:圖3異種鋼焊縫的解剖結(jié)果通過對(duì)比分析以上4種方法可知:(1)V形雙探頭超聲檢測(cè)受奧氏體晶粒的影響,信噪比差,聲束衰減嚴(yán)重,始脈沖較寬。(2)超聲波測(cè)厚時(shí),因探頭晶片大,接觸不良,檢測(cè)效果不可靠。(3)相控陣檢測(cè)無法形成反射回波。(4)TOFD檢測(cè)受焊道粗大晶粒信號(hào)的影響和缺陷信號(hào)重合而無法識(shí)別信號(hào)。因此,以上4種方法都無法實(shí)現(xiàn)層間未熔合缺陷的檢測(cè)。柔性楔塊相控陣檢測(cè)為了避免小徑管焊縫余高和曲率對(duì)超聲波耦合的影響以及奧氏體晶粒對(duì)超聲波衰減的影響,設(shè)計(jì)開發(fā)了一種小徑管層間未熔合缺陷檢測(cè)專用檢測(cè)工藝和探頭支架,并采用柔性的曲面楔塊,材料聲速為1480mm/s。將相控陣探頭支架分別加工成沿著管子軸向和周向的曲面形狀,軸向曲率半徑與被檢管徑曲率一致,周向曲率基本與焊縫余高吻合。這樣有效避免了管徑曲率和焊縫余高對(duì)超聲波耦合的影響。圖4柔性楔塊相控陣檢測(cè)探頭支架結(jié)構(gòu)外觀檢測(cè)原理檢測(cè)時(shí)將5MHz相控陣探頭安裝在0°縱波柔性曲率楔塊的專用探頭支架上,同時(shí)激發(fā)-10°,0°和10°縱波聲束,當(dāng)缺陷信號(hào)和超聲波聲束近似垂直時(shí)形成反射回波,檢測(cè)時(shí)形成D掃、B掃和A掃圖像,可直觀顯示出缺陷的長(zhǎng)度、深度和幅度。圖5異種鋼焊縫的相控陣D掃和A掃視圖通過相控陣D掃圖像進(jìn)行坡口設(shè)置,可顯示出焊縫余高和根部,并可利用焊縫兩側(cè)母材對(duì)超聲波的反射成像實(shí)現(xiàn)耦合和靈敏度監(jiān)控。其可以從A掃描中讀取缺陷的波幅,從B掃描中獲得缺陷的長(zhǎng)度,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的檢測(cè)和評(píng)判。檢測(cè)驗(yàn)證為了驗(yàn)證該方法的有效性和可靠性,對(duì)帶有缺陷的3個(gè)樣管分別進(jìn)行了射線檢測(cè)(相隔120°透照3次)和相控陣檢測(cè),檢測(cè)結(jié)束后進(jìn)行了金相解剖驗(yàn)證。圖6樣管的射線檢測(cè)結(jié)果圖7樣管的相控陣檢測(cè)結(jié)果(1)按照標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.2-2015對(duì)缺陷樣管進(jìn)行橢圓成像檢測(cè),未發(fā)現(xiàn)任何缺陷。(2)采用專用相控陣檢測(cè),發(fā)現(xiàn)1#樣管缺陷長(zhǎng)度為20mm,2#、3#樣管缺陷為整圈。(3)經(jīng)過射線檢測(cè)和相控陣檢測(cè)后,對(duì)有缺陷的樣管部位取樣并進(jìn)行金相分析。圖8有缺陷樣管的金相檢驗(yàn)結(jié)果從金相圖可以看出,該類缺陷產(chǎn)生在兩個(gè)焊道之間,其自身高度為0.74μm~4.38μm,寬度占焊道寬度的1/2以上。金相檢驗(yàn)結(jié)果與相控陣檢測(cè)結(jié)果一致,驗(yàn)證了該檢測(cè)方法的有效性。

結(jié)語

采用專用的相控陣掃查裝置配合帶有曲率的柔性楔塊在焊縫上進(jìn)行檢測(cè),可克服奧氏體晶粒對(duì)超聲波傳播聲束的影響,減少管徑曲率

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