胡建勝，梁雷波

（浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，杭州 310020）

2012年4月，在某電站1000MW級(jí)超超臨界鍋爐進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)自動(dòng)弧焊技術(shù)焊接的四級(jí)過(guò)熱器聯(lián)箱的厚壁窄間隙對(duì)接焊縫，利用超聲波反射法檢測(cè)結(jié)合超聲衍射時(shí)差法（TOFD）檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該聯(lián)箱三通左側(cè)焊縫在整個(gè)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(xiǎn)。因此，筆者認(rèn)為對(duì)自動(dòng)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(cè)外，有必要增加超聲波TOFD檢測(cè)手段。

1 厚壁聯(lián)箱對(duì)接焊縫

1.1 材質(zhì)和規(guī)格

本次檢測(cè)某電站的1000MW超超臨界鍋爐四級(jí)過(guò)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，或坡口角度很小（0.5°～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(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的是粗絲大電流窄間隙埋弧焊，近幾年來(lái)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(guó)內(nèi)的應(yīng)用則是2008年后才開(kāi)始的。

1.2.2 坡口形式

檢測(cè)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(guò)程穩(wěn)定性差。

2 超聲波檢測(cè)方法及結(jié)果分析

2.1 反射法超聲波檢測(cè)（A掃描信號(hào)）

按照J(rèn)B／T 4730.3－2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第3部分（超聲檢測(cè)）》標(biāo)準(zhǔn)，用2.5MHz的K1探頭，采用鋸齒形掃查方式，對(duì)被檢焊縫進(jìn)行單面雙側(cè)反射法超聲波檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下：① 在對(duì)接焊縫一周均存在斷續(xù)的反射波信號(hào)顯示，同一個(gè)缺陷未見(jiàn)超標(biāo)的指示長(zhǎng)度，沒(méi)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(guò)φ1×6－1.5dB。④ 缺陷指示水平位置均位于焊縫的中心。

針對(duì)以上發(fā)現(xiàn)的超聲波反射信號(hào)處于厚壁聯(lián)箱對(duì)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(cè)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(wú)法得到更多的缺陷信息，無(wú)法給檢出的缺陷定性，根據(jù)該檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定該缺陷為合格缺陷，因此有必要增加TOFO方法檢測(cè)缺陷的端部和定位等信息，以確定其是否為危險(xiǎn)性缺陷。

2.2 衍射時(shí)差法超聲波檢測(cè)（TOFD）

2.2.1 超聲波TOFD檢測(cè)原理

超聲TOFD技術(shù)是用一發(fā)一收兩個(gè)探頭相向?qū)χ茫萌毕荻瞬慨a(chǎn)生的散射波和衍射波來(lái)檢測(cè)出缺陷和評(píng)定缺陷的方法［3］。圖2為T(mén)OFD法的檢測(cè)原理圖。

圖2 TOFD法檢測(cè)原理

TOFD方法采集的信號(hào)是缺陷邊緣的衍射波的傳播時(shí)間，缺陷邊緣的光滑程度對(duì)衍射信號(hào)的強(qiáng)弱有很大影響，檢測(cè)時(shí)，對(duì)缺陷的定位是指對(duì)整個(gè)缺陷的定位。該方法二維顯示檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，即將掃查過(guò)程中采集的A掃描信號(hào)連續(xù)拼接起來(lái)，掃描軸代表移動(dòng)距離，超聲軸代表深度，用灰度表示A掃描信號(hào)的幅度。

2.2.2 TOFD檢測(cè)及結(jié)果

根據(jù)厚壁聯(lián)箱對(duì)接焊縫現(xiàn)場(chǎng)情況和NBT 47013.10－2010（JB／T 4730.10）《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第10部分（衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)）》相關(guān)規(guī)定，檢測(cè)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(cè)分區(qū)為1區(qū)和2區(qū)；檢測(cè)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(cè)前對(duì)工件掃查面的處理：進(jìn)行打磨處理，使探頭移動(dòng)區(qū)域無(wú)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(cè)表面平整，便于探頭的掃查。

采用非平行掃查所測(cè)得的被檢焊縫TOFD檢測(cè)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(cè)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(cè)2區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)缺陷信號(hào)顯示。以上檢測(cè)的結(jié)果與反射法超聲波檢測(cè)的結(jié)果一致。

2.3 缺陷的評(píng)定與結(jié)果分析

針對(duì)兩種超聲波方法的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)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(píng)定。其次根據(jù)和反射法超聲波檢測(cè)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(píng)定。另外，由于缺陷在TOFD檢測(cè)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(huì)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(duì)檢出的缺陷評(píng)定為裂紋缺陷。

對(duì)此次檢測(cè)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(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷解剖圖

從解剖圖上可以看出，此次所檢測(cè)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(cè)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(duì)某電廠四級(jí)過(guò)熱器聯(lián)箱的厚壁窄間隙自動(dòng)弧焊對(duì)接焊縫進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)解剖，驗(yàn)證了兩者結(jié)合能有效地檢測(cè)出厚壁窄間隙自動(dòng)弧焊對(duì)接焊縫中的存在的危險(xiǎn)缺陷，極大地減少了漏檢風(fēng)險(xiǎn)。

［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(huì)方法委員會(huì).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(shí)差法TOFD成像技術(shù)對(duì)焊縫檢測(cè)［J］.金屬加工熱加工焊接與切割，2008，16：36－44.

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