小徑管超聲波探傷在行業(yè)內的應用

摘要:介紹了小徑管超聲波探傷工藝在《電力建設施工及驗收技術(shù)規范(管道焊接接頭超聲檢驗篇)》(DL/T 5048-95)標準基礎上的制定過(guò)程及在實(shí)際探傷中遇到的一些問(wèn)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(lái)的一項新興探傷技術(shù)，隨DL/T5048-95標準的執行，此項技術(shù)在電力系統得到普遍應用，其對“檢修焊口進(jìn)行100%無(wú)損探傷”及消除“四管”泄漏有一定意義。
1  某電力公司簡(jiǎn)況
     某電力公司現有6臺機組，2臺100 MW，4臺210 MW。自1986年投產(chǎn)到1995年“四管”因焊口泄漏達540次，占金屬部件泄漏總次數的45 %，造成了很大的經(jīng)濟損失。1995年以后，隨著(zhù)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，此項技術(shù)開(kāi)始在過(guò)熱器、再熱器、省煤器、水冷壁的檢修更換中得以應用，使檢修焊口檢驗率達100 %，檢修焊口合格率達100%，檢驗過(guò)的焊口至今未發(fā)生泄漏，為機組**運行奠定了堅實(shí)的基礎。
      某電力公司小徑管超聲波探傷的特點(diǎn)是：小徑管規格較多，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焊口數量多。在探傷過(guò)程中，考慮到工期、檢驗率與射線(xiàn)檢驗方法間存在的實(shí)際矛盾， 有些焊口探傷只能參考標準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到100%探傷，保證了檢修工作圓滿(mǎn)完成?，F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)驗進(jìn)行介紹。
2  小徑管超聲波探傷工藝的制定過(guò)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(guān)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。
2.1.1 了解小徑管焊接工藝過(guò)程
      在電力系統中，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(lèi)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價(jià)中應給予重視，如未熔合、夾雜、氬弧接頭缺陷、外觀(guān)缺陷(焊瘤、余高過(guò)大、焊寬等)。應嚴格控制這些缺陷，盡量減少焊接缺陷類(lèi)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是焊接與金屬監督的管理工作之一。焊工必須持證上崗，而焊樣代表著(zhù)焊工當時(shí)的技術(shù)狀態(tài)及水平，一般讓焊工連續焊接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(guò)程中出現的焊接缺陷類(lèi)型，為探傷工探前練習挑選試樣提供幫助，以便快捷準確地探傷。
2.1.3 焊接過(guò)程中的檢查
      焊接過(guò)程中的焊工自查、焊工間互查及焊接打底結束前探傷工對根部缺陷的檢查、標記收弧點(diǎn)等工作是至關(guān)重要的，其對探傷工控制根部缺陷，了解接頭情況，探傷中準確判定接頭缺陷有重要意義。
2.2  探傷工探前準備
2.2.1 探頭的選擇
現在市場(chǎng)提供的小徑管探頭規格有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DL/T5048-95標準，探傷中需考慮管徑、壁厚、缺陷定位、缺陷類(lèi)型、焊寬等來(lái)選擇頻率盡量接近5 MHz、適當的K值(β=70°為佳)、前沿短(5 mm左右)的探頭。這是因為從式(1)、(2)中可看出頻率越高，NⅡ就長(cháng)，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)區長(cháng)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)對未焊透、裂紋、夾渣、氣孔綜合檢測效果較佳，β＝67.5°時(shí)對1 mm以下未熔合、0.2 mm以下縱向裂紋檢測效果較差，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(zhuān)用對比試塊的研制
      除備用好DL/T 5048-95規定的小徑管專(zhuān)用試塊及補償試塊外，考慮到缺陷可能在N～3N范圍內，還研制了以下專(zhuān)用對比試塊。其上孔、槽須與標準專(zhuān)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 儀器調試
      為便于探傷中判定缺陷，**定位，*好使用深度調節，使顯示屏能看到二次反射波，并做好距離—波幅曲線(xiàn)。
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(lái)調整做好的距離—波幅曲線(xiàn)，然后在符合DL/T5048-95標準掃查靈敏度的基礎上，對自制的專(zhuān)用對比試塊1、2(見(jiàn)圖1)做測試，找到實(shí)際探傷中適合的掃查靈敏度。
2.2.5 探前練習
在模仿實(shí)際工作環(huán)境情況下，選擇合理探傷掃查、評判掃查方式(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)定位定量對探傷能否快捷、定位定量是否準確都有一定影響)。針對上崗實(shí)際焊工焊樣中有代表性的缺陷試樣進(jìn)行探前練習，為準確評判打下基礎。在專(zhuān)用試塊1、2上進(jìn)行多次練習調試，做好個(gè)人比較數據記錄；磨合探頭使之曲率穩定；根據K值變化，確定掌握K平均值，練習缺陷定位計算，面對現場(chǎng)的大工作量，使探傷快捷、準確， 為現場(chǎng)小徑管超聲波探傷做好準備。
2.3  技術(shù)問(wèn)題探討
2.3.1 探頭選用上存在的問(wèn)題
DL/T5048-95規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(chēng)壁厚為4 mm，考慮制造廠(chǎng)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。如適當放寬探頭頻率，如將5 MHz放寬到4 MHz，那么其對θ0影響較?。é?變化相對較小，薄壁角度擴散也相對較?。?，而對NⅡ影響相對較大，使探傷成為可能。
2.3.2 專(zhuān)用對比試塊的合理性
      小徑管超聲波探傷據DL/T5048-95標準主要采用直射波及一次反射波，根據表1及計算看出，缺陷在小于3N的區域內，可用試塊比較法或距離—波幅曲線(xiàn)法定量分析，距離—波幅曲線(xiàn)現場(chǎng)使用需經(jīng)常校驗?，F場(chǎng)攜帶對比試塊，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格取自原管件或原管件焊件對剖，表面狀況與探傷管件相同，“U”槽相當于SD-Ⅲ溝槽，見(jiàn)圖2示，對比相差在-1dB到2dB間，而內外管表面φ1/2T球孔可進(jìn)行靈敏度校驗、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缺陷
      在小徑管實(shí)際超聲波探傷中發(fā)現直射波回波顯示很有特點(diǎn)，只要K值選擇恰當，其根部缺陷和中間缺陷可同時(shí)通過(guò)波形反映出來(lái)，見(jiàn)圖3、圖4所示。因為小徑管壁薄，焊接層為2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，見(jiàn)圖5。這樣一來(lái)區分上、中、下部缺陷變得容易起來(lái)，為缺陷定位提供了幫助。                                       
2.3.4 壁厚超標,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(chēng)壁厚為4 mm，而負偏差使管壁厚在3.7 mm左右的管材?，F在中大型機組過(guò)熱器較多采用不銹鋼管材。DL/T 5048-95標準已執行近4 a，小徑管探傷技術(shù)、設備日趨成熟，焊接技術(shù)、探傷經(jīng)驗也日趨豐富，小徑管焊口超聲波探傷的可行性值得探討。
從試驗來(lái)看，選用適當的頻率、較大的晶片中心點(diǎn)到入射點(diǎn)距離、小晶片尺寸的探頭、適當儀器、試塊，加上實(shí)際探傷中對波形的研究，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(guò)份要求**定位也是毫無(wú)意義的。故只要解決定量問(wèn)題，小徑管超聲波探傷完全可以檢測壁厚為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)要比同規格的合金鋼管好，做成專(zhuān)用對比試塊對其回波幅值進(jìn)行測定，利用同種鋼管材制成專(zhuān)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，得到數據如表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18-8鋼、 18-8/12Cr1MoV 焊口小徑管超聲波探傷進(jìn)行實(shí)驗，結果令人滿(mǎn)意。
3  結論
     通過(guò)實(shí)際測試可以肯定對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標準執行后，使小徑管超聲波探傷有據可循。對保證“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。