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        某1000MW電站厚壁聯(lián)箱窄間隙弧焊對(duì)接焊縫的超聲波檢測(cè)

        2013-10-23 05:00:08胡建勝梁雷波
        無(wú)損檢測(cè) 2013年9期
        關(guān)鍵詞:厚壁弧焊掃查

        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.

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