注汽锅炉炉管焊缝超声检测技术研究

注汽锅炉炉管焊缝超声检测技术研究

2013年6月，《锅炉安全技术监督规则》（以下简称《锅炉规则》）正式实施。该项目增加了超声波检测方法的应用，降低了辐射检测的刚性要求。超声波检测具有环保和节约成本且生产效率高、对焊缝内口质量检测灵敏度高等特点。但检测技术的准确性难以保证,为此,根据笔者单位注汽锅炉炉管焊缝特点,通过理论指导与实际试验相结合,最终实现了检测的准确性。过热注汽锅炉炉管规格见表1,由于结构特殊,超声波检测存在以下难点:a.弯头对直管或直管对锻件结构件只能实现单面单侧检测;b.灵敏度调整及确保全部焊缝扫查;c.根部信号的判别(单面单侧);d.非缺陷回波的判别。1准备工作1.1干预策略1.1.1ue钢盘炉管接触检测如果使用平面有机玻璃楔块与ue788≤159mm的炉管相接触,会造成很严重的曲面耦合损失,探头晶片与工件形成点接触或者是线接触,进入工件的实际能量要低很多,导致超声波检测灵敏度降低。为此,根据不同管径尺寸,专门定制了带弧度的斜探头,以降低与ue788≤159mm炉管接触的耦合损失,使楔块弧度与管径曲率相一致,确保波束发射区域与管子完全贴合,或使用比管径曲率略大一些的探头。以确保探头与管子的接触部位边缘间隙小于0.5mm。(2)探头晶片的选择晶片的选择直接影响声束的指向性、近场区长度、以及声束的扩散射。当声束入射到曲面时,声束边缘会因为折射与管子内表面产生散射现象,声束的散射与晶片大小成正比,晶片越大,散射越严重,导致实际检测的灵敏度就越低。另外,根据钢中近场长度公式也应使用小晶片探头。但是,探头晶片也不能无限减小,必须考虑晶片的制作工艺、发射能量、扩散角、以及声束指向性等因素,这些因素直接影响检测灵敏度和检测结果的准确性。为此,选用6×6正方形晶片斜探头,因为正方形晶片产生的声场是长方形的,如果再采用长方形晶片,产生的声场更窄,需充分考虑声束的覆盖性。1.1.2接头频率改善由于小晶片探头能引起半扩散角增大,声束指向性变差,可以通过增加探头频率加以改善。因炉管厚度偏薄,提高频率能更好地提高分辨力和减小始脉冲宽度。选择5MHz探头频率检测效果较理想。1.1.3k值的选择应用根据JB/T4730-2005标准规定,采用单面单侧法检测时,应采用两种或两种以上不同K值的探头进行检测,以保证对焊缝的100%覆盖。以ue78860×9mm炉管为例(图1)选择K值时应注意以下几点:(1)一次波保证扫查到焊缝根部:根据炉管坡口形式,使用K2探头检测根部未焊透灵敏度较高。(2)二次波扫查保证足够的跨距:计算跨距时,应充分考虑探头以及探头尾线的长度,探头距管板70mm,实际只可移动35mm。(3)一、二次波确保覆盖全焊缝:在使用K2一、二次波检测时,存在检测死角,需要使用K2.5探头补充检测覆盖不全区域。(4)多方向、多角度检测:应充分考虑焊缝内部缺陷多个角度,建议使用K1补充检测,实现对焊缝更多角度、更多方向的检测,更好地提高缺陷检出率。1.1.4元素选取及用量为了更好地覆盖根部,尽可能的选择短前沿,但是探头前沿与探头晶片的关系密不可分,晶片一定,一味的追求短前沿,会使纵波声束与楔块底面反射后,探头吸声材料不能完全吸收,导致斜楔内部产生多次反射波,又被晶片接收,脉冲波后面杂波过多,经过试验以及理论作图,选择前沿5mm~6mm为宜。1.2实际应用需进一步改进笔者单位使用JB/T4730.3-2005标准检测炉管,标准要求使用GS试块实现,在实际使用GS试块中,对扫描基线的调节和K值的获得,需要大量的计算以及微调,如果使用石油部SGB试块(同样是ue7882×20mm横通孔),实现设备调校以及灵敏度校准将方便很多,所以不要局限于标准对试块的推荐,应以实用为准。2伪信号显示实验炉管超声波检测,根部信号难以区分、很容易混淆和误判,通过实验分析辨别根部信号以及伪信号显示。实验前期准备:探头:5P6×6K2;实测前沿:7mm;实测K值:2.07;仪器型号:USM86;比例调节:声程1:1;对比试块:SGB-Ⅲ;模拟试块:2.1焊缝水平位置测量使用ue788102×14mm过热段未焊透模拟试块,在试块未焊透位置找最高波,其波位于一次波声程以后,显示深度12.05mm,测量水平位置,位于焊缝偏直管段侧,距焊缝中心线2mm~3mm(图2)。分析:未焊透可根据水平位置区分,水平位置偏于直管侧或者中心线位置(与其对口间隙有关),回波位于一次声程以后,深度接近根部,当量较高。2.2焊缝波的测量位置使用ue78889×13mm对流段错口模拟试块,在试块错口位置找最高波,其波位于一次波声程以前,显示深度11.17mm,测量水平位置,位于焊缝偏弯头侧,距焊缝中心线1mm~2mm(图3)。错口回波可根据水平位置区分,水平位置偏于弯头侧且回波位于一次声程内,深度接近根部。2.3焊缝上次波声程检测使用ue788102×14mm过热段模拟试块,在试块过流位置找最高波,其波位于一次波声程以后,显示深度11.92mm,测量水平位置位于焊缝偏弯头侧,距焊缝中心线1mm~2mm(图4)。过流回波可根据水平位置区分,水平位置偏于弯头侧且回波位于一次声程以外,深度接近根部,且转动焊口,整圈焊缝基本都有,只是波幅当量不同。2.4焊接位置检测判断根部内凹回波位于一次声程内,因为是单面单侧检测,信号识别较困难,无法从两侧检测判断,需要对现场的焊接位置了解透彻,焊接转动焊口时,因为管子的转动,焊工的每点焊接都类似平焊,很难出现内凹现象,内凹主要位于固定口仰脸焊位置,对该位置的此种回波应注意,另外,因内凹具有一定的长度,需对该位置的长度进行测量。2.5主声束-余高界面反射使用ue78873×11mm对流段模拟试块,在检测时出现图5所示现象,分析以及辨别方法如下:由于根部的不规则,一次声程和二次声程之间,有时会同时出现三个反射信号,测量三个信号水平位置,分别位于焊缝中心线偏弯头侧2mm~3mm、融合线位置以及离融合线2mm~3mm母材处。第一个信号为根部余高信号,第二、三个信号为变形波信号,由于主声束与余高界面产生反射,反射点相当于第二介质中的入射角,其角度小于第三临界角,即形成第二介质纵波反射,此类反射被探头接收产生的数据无参考价值。用手沾耦合剂,在上焊缝上敲打,会清晰地发现这两个波的跳动。3设备和接头的调校由于