胡建勝，梁雷波

（浙江省特種設(shè)備檢驗研究院，杭州 310020）

2012年4月，在某電站1000MW級超超臨界鍋爐進(jìn)行定期檢驗時，對自動弧焊技術(shù)焊接的四級過熱器聯(lián)箱的厚壁窄間隙對接焊縫，利用超聲波反射法檢測結(jié)合超聲衍射時差法（TOFD）檢測，發(fā)現(xiàn)該聯(lián)箱三通左側(cè)焊縫在整個周向區(qū)域、一定深度區(qū)間內(nèi)均存在斷續(xù)的密集裂紋缺陷，其水平位置均處于焊縫中心，避免了由于裂紋擴(kuò)展而發(fā)生事故的危險。因此，筆者認(rèn)為對自動弧焊焊接的該類厚壁聯(lián)箱窄間隙接頭，除常規(guī)的超聲波反射法檢測外，有必要增加超聲波TOFD檢測手段。

1 厚壁聯(lián)箱對接焊縫

1.1 材質(zhì)和規(guī)格

本次檢測某電站的1000MW超超臨界鍋爐四級過熱器出口聯(lián)箱采用SA－335P122材料，其規(guī)格為φ559mm×126mm。

1.2 焊接方式——窄間隙弧焊技術(shù)

1.2.1 窄間隙弧焊技術(shù)［1］

窄間隙弧焊技術(shù)是利用現(xiàn)有弧焊方法的一種特別技術(shù)：采用I形坡口，或坡口角度很?。?.5°～7°）的U、V形坡口；多層焊接；自上而下的各層焊道數(shù)目基本相同（通常為1或2道）；采用小或中等線能量進(jìn)行焊接；可以全位置焊接。

這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種大型重要結(jié)構(gòu)，如造船、鍋爐、核電、橋梁等厚大件的生產(chǎn)。目前，國際上發(fā)達(dá)國家如歐美、日本、俄羅斯等應(yīng)用的比較多，特別是日本遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在前列；國內(nèi)應(yīng)用最多的是粗絲大電流窄間隙埋弧焊，近幾年來在火電和核電領(lǐng)域陸續(xù)引進(jìn)窄間隙熱絲TIG焊，而窄間隙熔化極氣體保護(hù)焊（NG－GMAW）在國內(nèi)的應(yīng)用則是2008年后才開始的。

1.2.2 坡口形式

檢測的窄間隙焊接常用的坡口如圖1所示。

圖1 窄間隙焊接坡口型式

1.2.3 窄間隙弧焊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與不足［2］

優(yōu)點(diǎn)：① 焊接線能量小，HAZ小，組織細(xì)小，改善接頭韌性。② 殘余應(yīng)力小，焊接變形較小。③經(jīng)濟(jì)性較好，能耗低，焊材消耗量少，生產(chǎn)效率高。

不足：① 窄間隙焊接易產(chǎn)生側(cè)壁熔合不良。② 易形成梨形裂紋。③ 易產(chǎn)生夾渣和氣孔。④ 焊接工藝過程穩(wěn)定性差。

2 超聲波檢測方法及結(jié)果分析

2.1 反射法超聲波檢測（A掃描信號）

按照J(rèn)B／T 4730.3－2005《承壓設(shè)備無損檢測第3部分（超聲檢測）》標(biāo)準(zhǔn)，用2.5MHz的K1探頭，采用鋸齒形掃查方式，對被檢焊縫進(jìn)行單面雙側(cè)反射法超聲波檢測，檢測結(jié)果如下：① 在對接焊縫一周均存在斷續(xù)的反射波信號顯示，同一個缺陷未見超標(biāo)的指示長度，沒有多峰的現(xiàn)象。② 缺陷指示深度在10～60mm左右區(qū)域范圍內(nèi)。③ 缺陷指示當(dāng)量不超過φ1×6－1.5dB。④ 缺陷指示水平位置均位于焊縫的中心。

針對以上發(fā)現(xiàn)的超聲波反射信號處于厚壁聯(lián)箱對接焊縫的位置特點(diǎn)，采用2.5MHz的K2探頭重復(fù)以上掃查。所得的檢測結(jié)果與K1探頭掃查結(jié)果基本一致。由于超聲波反射法探傷本身直觀性較差，無法得到更多的缺陷信息，無法給檢出的缺陷定性，根據(jù)該檢測標(biāo)準(zhǔn)評定該缺陷為合格缺陷，因此有必要增加TOFO方法檢測缺陷的端部和定位等信息，以確定其是否為危險性缺陷。

2.2 衍射時差法超聲波檢測（TOFD）

2.2.1 超聲波TOFD檢測原理

超聲TOFD技術(shù)是用一發(fā)一收兩個探頭相向?qū)χ?，利用缺陷端部產(chǎn)生的散射波和衍射波來檢測出缺陷和評定缺陷的方法［3］。圖2為TOFD法的檢測原理圖。

圖2 TOFD法檢測原理

TOFD方法采集的信號是缺陷邊緣的衍射波的傳播時間，缺陷邊緣的光滑程度對衍射信號的強(qiáng)弱有很大影響，檢測時，對缺陷的定位是指對整個缺陷的定位。該方法二維顯示檢測到的數(shù)據(jù)，即將掃查過程中采集的A掃描信號連續(xù)拼接起來，掃描軸代表移動距離，超聲軸代表深度，用灰度表示A掃描信號的幅度。

2.2.2 TOFD檢測及結(jié)果

根據(jù)厚壁聯(lián)箱對接焊縫現(xiàn)場情況和NBT 47013.10－2010（JB／T 4730.10）《承壓設(shè)備無損檢測第10部分（衍射時差法超聲檢測）》相關(guān)規(guī)定，檢測參數(shù)設(shè)定如下：工件厚度126mm；標(biāo)稱頻率均為5MHz；晶片直徑10mm；檢測分區(qū)為1區(qū)和2區(qū)；檢測1區(qū)和2區(qū)的深度范圍分別為0～70mm，63～126mm；聲束角度分別為60°，45°。

檢測前對工件掃查面的處理：進(jìn)行打磨處理，使探頭移動區(qū)域無焊接飛濺、鐵屑、油垢及其他雜質(zhì)；將余高打磨到與鄰近母材平齊，使檢測表面平整，便于探頭的掃查。

采用非平行掃查所測得的被檢焊縫TOFD檢測圖，如圖3，4所示。由圖3，4可知，在焊縫靠近聯(lián)箱外表面的檢測1區(qū)（深度0～70mm）存在較多的條狀缺陷；越靠近聯(lián)箱表面，缺陷越明顯；缺陷呈現(xiàn)一定的彎曲，邊緣清晰，而且亮度比較高，與底色反差較大。在焊縫中靠近聯(lián)箱內(nèi)表面的檢測2區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)缺陷信號顯示。以上檢測的結(jié)果與反射法超聲波檢測的結(jié)果一致。

2.3 缺陷的評定與結(jié)果分析

針對兩種超聲波方法的檢測結(jié)果，對該缺陷性質(zhì)進(jìn)行分析和判定：

首先根據(jù)氣體保護(hù)焊的焊接方式可以排除該缺陷為夾渣缺陷的評定。其次根據(jù)和反射法超聲波檢測到的缺陷水平位置均處于焊縫中心而不是在側(cè)壁上，且缺陷指示深度在1區(qū)的特點(diǎn)，排除了未焊透和未熔合性質(zhì)缺陷的評定。另外，由于缺陷在TOFD檢測圖上顯示為較高的條狀，這與裂紋的形狀一般具有一定的延展性且有一定的彎曲，在裂紋的邊緣會發(fā)生較強(qiáng)的衍射的認(rèn)知相符［4］。

根據(jù)以上分析，可對檢出的缺陷評定為裂紋缺陷。

對此次檢測出的窄間隙焊縫的缺陷進(jìn)行解剖，解剖圖如圖5所示。

圖5 檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷解剖圖

從解剖圖上可以看出，此次所檢測的缺陷為處于焊縫中心位置的密集型裂紋，并且沿焊縫方向斷續(xù)分布，與超聲波檢測的結(jié)果吻合。

3 結(jié)論

利用超聲波反射法方法結(jié)合超聲波TOFD法對某電廠四級過熱器聯(lián)箱的厚壁窄間隙自動弧焊對接焊縫進(jìn)行檢測。經(jīng)解剖，驗證了兩者結(jié)合能有效地檢測出厚壁窄間隙自動弧焊對接焊縫中的存在的危險缺陷，極大地減少了漏檢風(fēng)險。

［1］張富巨，羅傳紅.窄間隙焊及其新進(jìn)展［J］.焊接技術(shù)，2000，29（6）：33－36.

［2］日本焊接學(xué)會方法委員會.窄間隙焊接［M］.尹士科，王振家，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988：1－38.

［3］李劍鋒.應(yīng)用超聲衍射時差法TOFD成像技術(shù)對焊縫檢測［J］.金屬加工熱加工焊接與切割，2008，16：36－44.

［4］王國圈，嚴(yán)小波.TOFD超聲波衍射法與超聲反射法檢測技術(shù)比較［J］.無損探傷，2012，36（2）：40－43.