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摘 要：本文介绍采用超声波探伤检测的基本概念及测量仪器,以及探头的选择、测定和修磨等各种检测工作的准备,重点介绍了检测的具体过程,证明超声波探伤方法能够有效地检测出电站锅炉中大径厚壁管焊接接头中的各种缺陷.

关 键 词：中大径厚壁管焊接接头超声波探伤

近年来,随着我国电力工业发展战略中火电发展着眼于优化和环保,超临界或超超临界机组已成为我国火电机组建设的主导.为了提高火电厂的运行效率,提高蒸汽参数,P91/P92等马氏体钢开始大量使用,一些电厂的超临界机组锅炉中大径厚壁管往往焊口多,大多管径为108～325mm,壁厚为16-45mm的管子,这就给焊接、热处理、无损检验等方面提出了一系列的新课题.目前锅炉大多采用P91钢作为主蒸汽管、再热蒸汽管热段（大径厚壁管）的用材,由于此类钢的声学性能和碳素钢差别较大（以P91为例）,在碳素钢试块上测试探头、调试仪器后,若应用于此类钢的探伤,就会导致错误的探测结果,因此研究中大径厚壁管焊接接头超声波探伤具有重要意义.

一、超声波探伤的概述.

1）基本概念.即利用超声能透入金属材料的深处,并由一截面进入另一截面时,在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种无损检验方法,当超声波束自零件表面由探头通至金属内部,遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来,在荧光屏上形成脉冲波形,根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小.

2）测量仪器.汉威HS510数字超声检测仪是一种便携式、小型的无损检测设备,在电站锅炉中大径厚壁管焊接接头探伤检测中运用广泛.显示器采用场致发光显示屏,其优点是高对比度、高分辨率,显示无线性误差.仪器中显示的S声程,则根据检验开始之前设定的声速与实际测得的t时间相乘所得到的.

二、中大径厚壁管超声波探伤的准备工作.

1）探头参数的选择、测定及修磨.斜探头的标称K值为斜探头声束在钢中折射角的正切值.K值与入射点等参数的准确性对缺陷定位精度影响很大,其标称值也因制造、磨损等原因与实际值往往存在差异,因此需经常选择及测定.横波声速在P91钢、标准试块中是不同的,必须校正K值,也就是校正P91钢中横波折射角.具体方法是把声束指向深度接近管壁厚度的Φ3横通孔找出最大反射波,然后进行精确计算.同时,为让探头与管道具有相同的曲率和良好的声耦合,要对探头进行修磨.

2）对比试块的制作.试块制作时,材料应与被检材料相同,以消除折射角变化和衰减对探测结果的影响.对比试块底面圆弧模拟管子内径,在底部加工一月牙槽用于根部缺陷的判定,在距表面5mm处加工一Φl的横孔用于小径管探伤,在Φ3的横通孔上制作距离一波幅曲线和调节仪器的扫描速度.不过,最好方法是采用内壁裂纹的旧管段作试块,这样更接近探伤工作的实际情况,容易保证擦伤结果的准确性.

3）扫描速度的调整.在使用斜探头对焊缝进行探伤时,需在具有横通孔的试块上固定一个探头的位置,同时用主声束和扩散声束探测具有一定深度和一定水平距离的2个孔,利用这2个参考波一次性调整好仪器扫描速度,既科学又准确.同时,采用标准对比试块进行探伤时,应该按照JB4730-2005标准对其灵敏度进行调节.

4）声速变化的影响.由于超声波的声速与传播介质的密度、弹性模量、泊松比有关,在焊缝斜角探伤时,声速的变化会改变声束在工件中的折射角,从而影响探头对缺陷的定位,甚至发生漏检.与非聚焦声束相比,声速的变化对聚焦声束的影响更大.以P91钢为例,根据超声波在固体介质中传播速度的计算公式,以及P91钢在20摄氏度时介质的弹性模量E等于2.20*105MPa、伯松比等于0.29、介质密度的数值等于7.78t/m3（据《火力发电厂金属材料手册》）,在将数值代入后,可得出纵波声速CL等于6087m/s、横波声速CS等于3311m/s,而碳素钢的CL等于5900m/s、横波声速CS等于3230m/s.通过对比,明显的发现声速有了一些变化,横波的声速变化尤为明显.

三、电站锅炉中大径厚壁管焊接接头的检测过程.

在准备工作妥当后,即可开展正式的检测工作,通过选用K值为1/1.5/2.1、晶片尺寸为10*12mm、频率为2.5MHz的横波斜探头,在对电站锅炉中大径厚壁管进行超声波无损检测时,检测结果中焊接接头的根部、层间以及表面的效果良好,对缺陷进行的定

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1）焊接接头根部的检测.通过将探头左右平移,波形表现得比较稳定,在其两侧用探头检测时,缺陷反射的波幅高度同样变化微小.分别用直尺顶住探头前沿,向前测量33.6mm,缺陷的位置基本上在焊接接头中心的位置,由屏幕显示数据可知,这个缺陷的深度在43.6mm,缺陷当量分别为Φ3*40-10+13.2等于Φ3*40+3.2,在Ⅲ区,母材厚度为44.1mm,基于以上波形的分析,以及缺陷位置的计算,初步判定该缺陷为根部未焊透.

2）焊接接头层间的检测.在对层间进行检测时,缺陷回波高度低,波形表现亦较稳定,再从诸多方向重复探测时,反射波高变化微小.不过只要一移动探头,缺陷反射波就会消失.于是采用直尺顶住探头前沿,向前测量43.4mm,通过屏幕显示数据查出,缺陷的位置在焊接接头中,缺陷深度为25.3mm,缺陷当量分别为Φ3*40-10+5.0等于Φ3*40-5.0,在Ⅱ区,母材厚度为44.1mm,基于以上波形的分析,以及缺陷位置的计算,初步判定缺陷为单个气孔.

3）焊接接头表面的检测.对表面缺陷进行仔细检测,将探头左右平移,反射波连续出现,并且伴随着波幅的变动,将探头转动检验时,波峰有上下错动现象.用直尺顶住探头前沿,向前测量79.5mm,缺陷的位置在焊接接头上,由屏幕显示数据可知,缺陷的深度分别为89.5mm,缺陷当量为Φ3*40-10-2.0等于Φ3*40-12,缺陷在Ⅱ区,母材厚度为44.1mm,基于以上波形的分析,以及缺陷位置的计算,初步判定缺陷为表面裂纹.

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四、结束语.

通过实践总结证明,超声波探伤检测电站锅炉中大径厚壁管焊接接头是一种行之有效的检测方法,已经过大量的实践证明是可靠的,要想有效地检测出缺陷还需要积累一定的工作经验,从而减少漏检和误判.

参考文献：

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