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小徑管超聲波探傷在行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用

日期:2024-10-23 03:21
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摘要: 小徑管超聲波探傷在行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用 摘要:介紹了小徑管超聲波探傷工藝在《電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范(管道焊接接頭超聲檢驗(yàn)篇)》(DL/T 5048-95)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的制定過程及在實(shí)際探傷中遇到的一些問題,并提出了解決方法。 小徑管超聲波探傷是近幾年我國探傷界逐漸發(fā)展起來的一項(xiàng)新興探傷技術(shù),隨DL/T5048-95標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行,此項(xiàng)技術(shù)在電力系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用,其對(duì)“檢修焊口進(jìn)行100%無損探傷”及消除“四管”泄漏有一定意義。 1 某電力公司簡(jiǎn)況 某電力公司現(xiàn)有6臺(tái)機(jī)組,2臺(tái)100 MW,4臺(tái)210 MW。自1986年投產(chǎn)到1995年“四...
小徑管超聲波探傷在行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用

摘要:介紹了小徑管超聲波探傷工藝在《電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范(管道焊接接頭超聲檢驗(yàn)篇)》(DL/T 5048-95)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的制定過程及在實(shí)際探傷中遇到的一些問題,并提出了解決方法。
小徑管超聲波探傷是近幾年我國探傷界逐漸發(fā)展起來的一項(xiàng)新興探傷技術(shù),隨DL/T5048-95標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行,此項(xiàng)技術(shù)在電力系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用,其對(duì)“檢修焊口進(jìn)行100%無損探傷”及消除“四管”泄漏有一定意義。
1  某電力公司簡(jiǎn)況
     某電力公司現(xiàn)有6臺(tái)機(jī)組,2臺(tái)100 MW,4臺(tái)210 MW。自1986年投產(chǎn)到1995年“四管”因焊口泄漏達(dá)540次,占金屬部件泄漏總次數(shù)的45 %,造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。1995年以后,隨著小徑管超聲波探傷技術(shù)的發(fā)展及某電力公司消除"四管"中焊口泄漏的需要,此項(xiàng)技術(shù)開始在過熱器、再熱器、省煤器、水冷壁的檢修更換中得以應(yīng)用,使檢修焊口檢驗(yàn)率達(dá)100 %,檢修焊口合格率達(dá)100%,檢驗(yàn)過的焊口至今未發(fā)生泄漏,為機(jī)組**運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
      某電力公司小徑管超聲波探傷的特點(diǎn)是:小徑管規(guī)格較多,有φ32mm×4 mm、φ32 mm×6 mm、φ36 mm×6 mm、φ42 mm×4 mm、φ42 mm×5 mm、φ60 mm×5 mm、φ60 mm×6 mm;異種鋼1Cr18Ni9Ti/12Gr1MoV及同種鋼1Cr18Ni9Ti焊口數(shù)量多。在探傷過程中,考慮到工期、檢驗(yàn)率與射線檢驗(yàn)方法間存在的實(shí)際矛盾, 有些焊口探傷只能參考標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5048-95進(jìn)行, 探傷難度加大。在某電力科學(xué)研究院的大力協(xié)助下,采用超聲波探傷方法使檢修焊口達(dá)到100%探傷,保證了檢修工作圓滿完成?,F(xiàn)就某電力公司小徑管超聲波探傷工藝的制定和取得的一些經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行介紹。
2  小徑管超聲波探傷工藝的制定過程
2.1 小徑管焊接工藝控制
      由于小徑管超聲波探傷受各種主、客觀因素的影響較大,為盡量減少探傷中的誤判,使探傷工藝得到普遍使用、且增加適用性,小徑管焊接工藝管理在探傷中占有較重要的位置。探傷工需注意以下3項(xiàng)。
2.1.1 了解小徑管焊接工藝過程
      在電力系統(tǒng)中,小徑管焊接目前基本采用全氬焊接或氬弧打底手工蓋面焊接方法。除可能存在焊接基本類型缺陷外,還可能存在氬弧接頭缺陷,如弧坑、接頭不佳等。有一些缺陷在焊接工藝評(píng)價(jià)中應(yīng)給予重視,如未熔合、夾雜、氬弧接頭缺陷、外觀缺陷(焊瘤、余高過大、焊寬等)。應(yīng)嚴(yán)格控制這些缺陷,盡量減少焊接缺陷類型, 為探傷提供便利條件。
2.1.2 焊樣的控制及挑選
      焊接前焊工焊接試樣練習(xí)是焊接與金屬監(jiān)督的管理工作之一。焊工必須持證上崗,而焊樣代表著焊工當(dāng)時(shí)的技術(shù)狀態(tài)及水平,一般讓焊工連續(xù)焊接3個(gè)試樣,從中抽取2個(gè)接近焊樣作為其代表試樣,從而準(zhǔn)確反映出每個(gè)焊工的焊接水平及狀態(tài),了解其可能在焊接過程中出現(xiàn)的焊接缺陷類型,為探傷工探前練習(xí)挑選試樣提供幫助,以便快捷準(zhǔn)確地探傷。
2.1.3 焊接過程中的檢查
      焊接過程中的焊工自查、焊工間互查及焊接打底結(jié)束前探傷工對(duì)根部缺陷的檢查、標(biāo)記收弧點(diǎn)等工作是至關(guān)重要的,其對(duì)探傷工控制根部缺陷,了解接頭情況,探傷中準(zhǔn)確判定接頭缺陷有重要意義。
2.2  探傷工探前準(zhǔn)備
2.2.1 探頭的選擇
現(xiàn)在市場(chǎng)提供的小徑管探頭規(guī)格有5 MHz 4×6、5×6、6×6、6×8 K1.5、2.0、2.5、3.0系列,4 MHz 4×6 K系列,2.5 MHz 6×8 K系列探頭。據(jù)DL/T5048-95標(biāo)準(zhǔn),探傷中需考慮管徑、壁厚、缺陷定位、缺陷類型、焊寬等來選擇頻率盡量接近5 MHz、適當(dāng)?shù)腒值(β=70°為佳)、前沿短(5 mm左右)的探頭。這是因?yàn)閺氖?1)、(2)中可看出頻率越高,NⅡ就長(zhǎng),而θ0卻越小。表1列出了晶片面積為5×6,K=2.5, L1=1時(shí)頻率f與NⅡ的關(guān)系。
NⅡ=(F×f)÷(3.14×cⅡ)×cosβ÷cosα-L2    (1)
θ0=57×cⅡ÷f÷a(或b)        (2)
式中NⅡ——在介質(zhì)Ⅱ中的近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度,mm
      F——實(shí)際波源面積,mm2
      f——探頭頻率,MHz
      cⅡ——介質(zhì)Ⅱ中的聲速,km/s
      α——縱波入射角
      β——橫波折射角
      L2——入射點(diǎn)至假想橫波波源的距離,mm
θ0——矩形聲源半擴(kuò)散角
在實(shí)際探傷中小徑管探頭K值在直射波、一次反射波中變化較大。從日本有關(guān)研究資料了解到,β=70°時(shí)對(duì)未焊透、裂紋、夾渣、氣孔綜合檢測(cè)效果較佳,β=67.5°時(shí)對(duì)1 mm以下未熔合、0.2 mm以下縱向裂紋檢測(cè)效果較差,而實(shí)際探傷中直射波、一次反射波的K值變化恰為合理選擇探頭K值提供了幫助。
2.2.2 專用對(duì)比試塊的研制
      除備用好DL/T 5048-95規(guī)定的小徑管專用試塊及補(bǔ)償試塊外,考慮到缺陷可能在N~3N范圍內(nèi),還研制了以下專用對(duì)比試塊。其上孔、槽須與標(biāo)準(zhǔn)專用試塊的孔、槽做比較,做好dB相差值記錄,探傷中選擇其一攜帶備用。
2.2.3 儀器調(diào)試
      為便于探傷中判定缺陷,**定位,*好使用深度調(diào)節(jié),使顯示屏能看到二次反射波,并做好距離—波幅曲線。
2.2.4 靈敏度確定
      參照小徑管曲率、表面狀況、耦合劑選用等因素來調(diào)整做好的距離—波幅曲線,然后在符合DL/T5048-95標(biāo)準(zhǔn)掃查靈敏度的基礎(chǔ)上,對(duì)自制的專用對(duì)比試塊1、2(見圖1)做測(cè)試,找到實(shí)際探傷中適合的掃查靈敏度。
2.2.5 探前練習(xí)
在模仿實(shí)際工作環(huán)境情況下,選擇合理探傷掃查、評(píng)判掃查方式(矩形移動(dòng)、直射波環(huán)繞移動(dòng)一次、反射波矩形移動(dòng)、前移動(dòng)定位定量、后移動(dòng)定位定量對(duì)探傷能否快捷、定位定量是否準(zhǔn)確都有一定影響)。針對(duì)上崗實(shí)際焊工焊樣中有代表性的缺陷試樣進(jìn)行探前練習(xí),為準(zhǔn)確評(píng)判打下基礎(chǔ)。在專用試塊1、2上進(jìn)行多次練習(xí)調(diào)試,做好個(gè)人比較數(shù)據(jù)記錄;磨合探頭使之曲率穩(wěn)定;根據(jù)K值變化,確定掌握K平均值,練習(xí)缺陷定位計(jì)算,面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的大工作量,使探傷快捷、準(zhǔn)確, 為現(xiàn)場(chǎng)小徑管超聲波探傷做好準(zhǔn)備。
2.3  技術(shù)問題探討
2.3.1 探頭選用上存在的問題
DL/T5048-95規(guī)定小徑管超聲波探傷選用單晶橫波探頭工作頻率為5 MHz,從表1可看出,選用表1列探頭,探傷公稱壁厚為4 mm,考慮制造廠允許-0.4 mm的壁厚偏差, 實(shí)際探傷將遇到很大困難,選擇探頭余地較小。如適當(dāng)放寬探頭頻率,如將5 MHz放寬到4 MHz,那么其對(duì)θ0影響較?。é?變化相對(duì)較小,薄壁角度擴(kuò)散也相對(duì)較?。?,而對(duì)NⅡ影響相對(duì)較大,使探傷成為可能。
2.3.2 專用對(duì)比試塊的合理性
      小徑管超聲波探傷據(jù)DL/T5048-95標(biāo)準(zhǔn)主要采用直射波及一次反射波,根據(jù)表1及計(jì)算看出,缺陷在小于3N的區(qū)域內(nèi),可用試塊比較法或距離—波幅曲線法定量分析,距離—波幅曲線現(xiàn)場(chǎng)使用需經(jīng)常校驗(yàn)?,F(xiàn)場(chǎng)攜帶對(duì)比試塊,也十分必要。采用上述試塊1、試塊2,其合理性在于試塊材料及規(guī)格取自原管件或原管件焊件對(duì)剖,表面狀況與探傷管件相同,“U”槽相當(dāng)于SD-Ⅲ溝槽,見圖2示,對(duì)比相差在-1dB到2dB間,而內(nèi)外管表面φ1/2T球孔可進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)、缺陷半定位半定量用,且便于制造,重量輕便于攜帶。
2.3.3利用直射波回波波形確定管內(nèi)缺陷
      在小徑管實(shí)際超聲波探傷中發(fā)現(xiàn)直射波回波顯示很有特點(diǎn),只要K值選擇恰當(dāng),其根部缺陷和中間缺陷可同時(shí)通過波形反映出來,見圖3、圖4所示。因?yàn)樾焦鼙诒?,焊接層?到3層,而缺陷接近中、下部,故可同時(shí)反映出直射波實(shí)際走勢(shì),見圖5。這樣一來區(qū)分上、中、下部缺陷變得容易起來,為缺陷定位提供了幫助。                                       
2.3.4 壁厚超標(biāo),18-8鋼、18-8/12Cr1MoV焊口超聲波探傷的可行性
在實(shí)際探傷中,通常會(huì)遇到公稱壁厚為4 mm,而負(fù)偏差使管壁厚在3.7 mm左右的管材。現(xiàn)在中大型機(jī)組過熱器較多采用不銹鋼管材。DL/T 5048-95標(biāo)準(zhǔn)已執(zhí)行近4 a,小徑管探傷技術(shù)、設(shè)備日趨成熟,焊接技術(shù)、探傷經(jīng)驗(yàn)也日趨豐富,小徑管焊口超聲波探傷的可行性值得探討。
從試驗(yàn)來看,選用適當(dāng)?shù)念l率、較大的晶片中心點(diǎn)到入射點(diǎn)距離、小晶片尺寸的探頭、適當(dāng)儀器、試塊,加上實(shí)際探傷中對(duì)波形的研究,是可以解決上、中、下缺陷定位的(因在中厚壁管探傷中定位要**到1 mm以下是不切實(shí)際的)。而在薄壁管的實(shí)際探傷中過份要求**定位也是毫無意義的。故只要解決定量問題,小徑管超聲波探傷完全可以檢測(cè)壁厚為3.0 mm的薄壁管。
某電力公司鍋爐的部分小徑管采用不銹鋼材料,其中以18-8鋼為多,規(guī)格為φ42 mm×5 mm、φ36 mm×6 mm,采用全氬弧焊接,焊寬在8 mm左右,管壁表面狀態(tài)要比同規(guī)格的合金鋼管好,做成專用對(duì)比試塊對(duì)其回波幅值進(jìn)行測(cè)定,利用同種鋼管材制成專用試塊2型,把異種鋼焊口磨平制成槽、孔,在焊縫中心進(jìn)行比較,得到數(shù)據(jù)如表2所示。
從表2可看出18-8鋼是具備小徑管超聲波探傷條件的。對(duì)18-8鋼、 18-8/12Cr1MoV 焊口小徑管超聲波探傷進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果令人滿意。
3  結(jié)論
     通過實(shí)際測(cè)試可以肯定對(duì)3~4 mm壁厚,18-8鋼、18-8/12Cr1MoV焊口的小徑管超聲波探傷是可行的。
    DL/T 5048-95標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行后,使小徑管超聲波探傷有據(jù)可循。對(duì)保證“四管”焊口質(zhì)量、縮短檢修工期、減少探傷工作量及焊口泄漏有十分重大的意義。

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