火力发电厂小径管焊缝超声波探伤方法

1、火力发电厂小径管焊缝超声波探伤方法 王 强 , 敬尚前 , 张广兴(河北省电力研究院 锅检中心 , 河北 石家庄 050021摘要 :通过实践讨论了利用国家 承压设备无损检测 标准对火力发电厂小径管超声波探伤中确定探头 K 值选 择 、 波形判断 、 灵敏度等的要点 , 阐述了对小径管超声波探伤的波形判断和缺陷识别方法 。关键词 :小径管 ; 焊缝 ; 超声波探伤本文所指小径管为外径 D =32 89mm 、 壁厚 t =4 14mm 的锅炉受热面管 , 其环向对接焊缝检 测可以执行 JB /T4730-2005 承压设备无损检测 标准 (以下简称标准 中 “ 钢制承压设备管子和压 力管道环向

2、对接接头超声检测和质量分级 ” 部分 。 火力发电厂大部分受热面管如省煤器 、 过热器 、 再 热器 、 水冷壁都是小径管 , 其焊口数量非常多 , 600 MW 机组小径管厂家制作焊口约 35000个 , 安装 焊口约 18000个 。 小径管对接焊缝一般采用手工 电弧焊 、 钨极氩弧焊打底手工焊填充或全氩弧等 方法进行焊接 , 焊缝中常见缺陷有气孔 、 夹渣 、 未 焊透 、 未熔合和裂纹等 。 因对危害性缺陷如裂纹 、 未熔合等检出率高 , 近年来采用超声波探伤方法 检验小径管对接焊缝已经广泛应用于大型锅炉的 安装和检修检验中 , 以下介绍超声波在小径管焊 缝探伤中应注意的问题 。1探头

3、 K 值选择原则小径管焊缝超声波探伤一般采用小晶片 、 大 K 值 、 短前沿 、 高阻尼 , 频率 5MHz , 以获得较大的 一次波扫查范围 , 但是 K 值越大 , 探头杂波 、 表面 波就越多 , 一般选择探头 K 值不宜超过 3。 标准中 对探头选择进行了规定 , 不同管壁厚度选择不同 的 K 值 。 实际中掌握原则是选用的横波探头应满 足直射波声束中心线能扫查到焊接接头的 1/4以 上壁厚范围 。2灵敏度的确定标准中提供了 GS-1 4系列对比试块 , 涵盖 了小径管曲率半径范围 , 人工反射体为 2 20 mm 的长通孔 , 代表小径管中较常出现的线性缺 , :、 。 可以看出当

4、壁厚不大 于 8mm 时 , 标准所用的评定线与定量线灵敏度都 是以 2 20mm 人工反射体的波幅增益 16dB 为 准 , 这样主要是考虑了薄壁管灵敏度太高 , 杂波 多 , 影响缺陷识别 , 提高了实际探伤使用价值 。 3缺陷定量检测及评级根据标准中规定对所有反射波幅位于 区或 区以上的缺陷 , 均应对缺陷位置 、 最大反射波幅 和缺陷指示长度进行测定 。 缺陷指示长度在 区 或 区以上时均采用定量线的绝对灵敏度法测其 长度 , 当缺陷最大反射波幅位于 区时 , 如认为有 必要记录 , 则以评定线绝对灵敏度法测其指示长 度 。 需要注意的是 , 缺陷的指示长度应先换算以 后再评级 , 即

5、缺陷指示长度要小于探头左右移动 距离 。在对根部缺陷评级时 , 标准规定了在 10mm 焊缝范围内 , 同时存在条状缺陷和未焊透时 , 应评 级 , 考虑到电厂小径管都是高温 、 高压下工作 , 且目前都是氩弧焊打底或者为全氩弧 , 应对根部 缺陷从严 , 因此可掌握的原则为 :氩弧焊打底焊 缝 , 存在根部未焊透缺陷时 , 评为不合格 ; 焊接接 头存在裂纹 、 坡口未熔 、 层间未熔缺陷时 , 评为不 合格 ; 如探伤人员能判定为层间密集等危险性缺 陷时 , 评为不合格 。 标准以 2 20mm 的长通孔 模拟了根部的线性缺陷 , 存在一定误差 , 实际中可 以用同批管子在内壁做一些不同深

6、度的尖角槽 , 来模拟未焊透等根部缺陷 , 以根部缺陷和试块上 尖角槽的三次波进行波高对比 , 定量更加准确 。 4缺陷波的性质判断小径管探伤中由于管壁较薄 , 干扰信号较多 , 正确识别缺陷信号和非缺陷信号 , 必须靠无损检收稿日期 :2010-05-04作者简介 :王 强 (1982 , 男 , 河北石家庄人 , 助理工程师 , 主要从事电站锅炉压力容器的检验工作 。·58测人员的认真学习和实践积累 。4. 1典型缺陷反射回波的分析和性质判断 4. 1. 1根部裂纹荧光屏上 的 深 度 读 数 在 一 次 波 处 。 两 侧 探伤 , 焊缝水平定位交于一点或非常接近 。 反射信

7、号强烈 , 波形尖锐 , 陡峭 , 清晰 , 波根较宽 , 波高较 高 。 探头前后移动时动态波形呈标准中 a 型或 b 型 。 波形如图 1所示 。(b 探头在左侧的超声波回波示意图H2H (c 探头在右侧的超声波回波示意图H2H (a 超声波在工件中传播示意图LLHTFTF图 1根部裂纹H 工件厚度 ; L 回波水平定位 ; T 始波 ; F 缺陷回波4. 1. 2根部未焊透荧光屏上的深度读数在一次波之前 。 焊缝水平定位在探头本侧 。 两侧探测回波相似 ,形成端 角反射 , 回波信号强烈 , 波形尖锐 , 陡峭 , 清晰 , 波根较宽 , 波高较高 。 探头前后移动时动态波形呈 标准中

8、型 。 波形如图 2所示 。(b 探头在左侧的超声波回波示意图(c 探头在右侧的超声波回波示意图(a 超声波在工件中传播示意图LHH 2HH 2HTFTF图 2根部未焊透4. 1. 3沿坡口边缘未熔合从缺陷处探测二次波信号强 , 荧光屏上的深 度读数在一次波之后 , 焊缝水平定位在探头本侧 。 在对侧探测时一次波信号强 , 荧光屏上的深度读数在一次波之前 。 焊缝水平定位在探头对侧 。 荧光屏上波形呈锯齿状或草丛状 , 並伴随着出现尖 锐 , 陡峭 , 波高较高的信号 。 焊缝较宽 、 K 值较小 时一次波容易漏检 。 波形如图 3所示 。(b 探头在左侧的超声波回波示意图(c 探头在右侧的超

9、声波回波示意图(a 超声波在工件中传播示意图LLXHTFH 2HH 2HX XTF 图 3沿坡口边缘未熔合X 缺陷距下端面的距离4. 1. 4焊缝内部点状缺陷 处于焊缝内部的点状缺陷 ,在双侧用一 、 二次 波基本都可发现 , 只是信号强弱不同 , 焊缝水平定 位交于一点或非常接近 。 典型的单个气孔波形尖 锐 , 陡峭 , 清晰 , 波根较窄 。 波形如图 4所示 。 4. 2几种伪缺陷信号的识别 4. 2. 1根部焊瘤根部焊瘤对声束起会聚作用 , 有一定长度的焊瘤在双侧都能探到 , 波形陡峭 , 尖锐 , 清晰 , 信号 较强 。 动态波形与未焊透 、 裂纹 、 内凹差不多 。 焊(b 探

10、头在左侧的超声波回波示意图(c 探头在右侧的超声波回波示意图(a 超声波在工件中传播示意图LLHXTF XTF X2HH 2HH 图 4焊缝内部点状缺陷缝上水平定位在探头对侧并互相交叉 。 荧光屏上的深度读数在一次波之后 。 波形如图 5所示 。(b 探头在左侧的超声波回波示意图(c 探头在右侧的超声波回波示意图(a 超声波在工件中传播示意图LLHTH2H TH2H 图 5根部焊瘤4. 2. 2错口错口从一侧探测时信号较强 , 荧光屏上的深 度读数在一次波之处 。 焊缝上水平定位在探头对 侧 。 而从另一侧探测时没有信号 。 要注意与单侧未焊透的区别 。 错口是一种伪缺陷 ,但是如果从 外部测

11、量错口量超过壁厚的 10%, 则不符合探伤 要求 。 波形如图 6所示 。其他容易干扰的如变形波 、 油膜波等 。 变形(b 探头在左侧的超声波回波示意图(c 探头在右侧的超声波回波示意图(a 超声波在工件中传播示意图H2H H2H LHT T图 6错口波是由于横波在工件一侧倾斜入射发生波型转换 而产生的反射纵波和反射横波 。 这些变形波都出 现在二次范围内 , 易误判为缺陷波 。 可用手指沾 油拍打焊缝上变形纵波的反射点 , 观察荧光屏上 波形的相应跳动来区分 ; 若探头进油或刷油过多则易产生油膜波 ,通常起伏不定 , 重复性不好 , 可 以用油刷刷在探头前 , 油膜波立刻消失 ; 如果检测

12、 面有凸起或凹坑 , 也会形成杂波 , 可将检测面处理 平后消除 ; 另外若焊缝较平滑 , 余高较小 , 探头容 易骑到焊缝而产生一些回波 ; K 值过大时存在严 重的表面回波 , 这些都可能影响正常波形进而引 起误判 。总之 , 对小径管焊缝缺陷定性 , 单凭缺陷的某 一种特征来判断其性质是困难的 , 片面的 , 由于实际情况的复杂性和多样性 , 必须对各种特征以及焊缝的焊接情况进行综合考虑 , 才能做出较正确 的结论 。5关于射线和超声在小径管探伤中的比较由于小径管较薄 , 超声波对上层间的气孔检 出率较低 。 一次波检测时 , 缺陷尺寸越大 , 位置越 靠上表面 , 越容易漏检 , 即缺

13、陷直径大于波长的 3倍 , 缺陷对声波镜面反射 , 当声束倾斜入射时 , 大 部分声压镜面反射探头接收不到 , 导致回波声压 较低 , 波幅较低 ; 且由于小径管内弧对超声波的散 射影响 , 导致一次波终点与二次波终点声能相差 较大 , 二次波检验波高也较低 , 可能会漏判 , 而当 缺陷直径较小时 , 缺陷波能量成球形分布 , 垂直入 射和倾斜入射都有大致相同的能量 , 反而能得到·68较好的缺陷回波 , 就会出现同一缺陷射线检测不 超标的缺陷而超声检测时超标 , 超声检测不超标 的缺陷而射线检测超标 。 对于较小的线性缺陷 , 如根部打底因焊工手法导致焊接接头不良 , 在射 线底片投影时呈现很小的影像