火电厂中小径管道弯头超声波探伤方法.pdf

实践经验 年 第3卷 第期 火 电 厂 中 小 径 管 道 弯 头 超 声 波 探 伤 方 法 孙丙新,王立新,卫志刚 内蒙古电力科学研究院,呼和浩特 010020 Ultrasonic Testing of Defects in Bends of Middle and Small Diameter Pipes in Power Plant SUN Bing2Xin , WANG L i2Xin , WEI Zhi2Gang Inner Mongolia Electric Power Science and Research Institute , Huhhot 010020 , China 中图分类号TG115. 28 文献标识码B 文章编号100026656 2008 0720461203 火力发电厂中小径一般指外径 200 mm的普通碳钢和低合金钢弯管。而实 际探伤中,主蒸汽、 再热汽和主给水管道的旁路管、 分降水管、 联路管、 疏放水管、 导汽管等大部分机炉 外管规格均 200 mm ,壁厚一般 35 mm。这部 分弯头经常发生泄漏和爆破事故,利用超声波方法对 以上弯头内壁缺陷尤其是裂纹进行检测意义重大。 1 检验的可行性和技术要点 1. 1 可行性分析 由超声检测理论可知当横波入射角为35 ～ 55 时,钢中直角拐角端角的声压反射率最高;当 横波入射角为30 和60 附近时最低。弯头内、 外壁 垂直于表面发展的裂纹,其声压反射与横波入射时 钢中端角反射规律相似。因此选用适宜K值的探 头可以发现弯头内、 外壁裂纹。 1. 2 技术要点 中小径管道弯头超声波检验的技术要点为以 对比试块判伤为主,以弯头壁厚为基准,并根据现场 收稿日期2007206204 作者简介 孙丙新65 ,男,博士,高级工程师,主要从事电 站金属材料的无损检测技术工作。 实际情况采用不同的判伤标准这一基本原则。选用 适用于不同规格弯头探伤的专用探头,以K0.7～ K1探头作为主要研究对象,对探头的外型尺寸、 入 射点、 晶片尺寸和频率等进行优化设计;同时设计制 作一批专用对比试块,通过实验确定适宜的探伤灵 敏度及判废标准 [1] 。 2 探头的设计选用 受检部件除了铸造弯头外,一般均为钢制细晶 材料弯头,因此可采用直接接触法横波检验,选用 5 MHz壁厚 20 mm的弯头探头完全可满足检验要求。探头 规格选取5P46、5P66、5P77、5 P99、2. 5P9 9、2. 5P1012和2. 5P1313 ,以满足不同规格 弯头的检验需要。经试验及现场应用表明, K值选 择的正确与否,是影响缺陷检出率的重要因素。因 火电厂的中小径管道弯头规格均满足弯头的壁厚与 外半径比 0.44的要求,故可采用纯横波探伤 [ 2 ,3] 。 当横波入射角为35 ～55 时,声压反射率最高, 对弯头的轴向检测,由于探头的折射角等于工件内 表面的横波入射角,因此选用K0.7～1.4的探头最 有利于内壁裂纹检验;而对弯头的周向检测的折射 角β不等于弯头内表面横波入射角,故不能直接采 用K0.7～1.4的探头,需要根据被检弯头规格进行 估算 以 确定 探 头K值 [4] 。估算 公 式 为K≤ tg[arcsin r/ R ] ,表1为部分中小径管道弯头检验 时探头K值计算结果。 在现场实际探伤中,检测人员必须根据管子实 6 200807 19- 14 孙丙新等火电厂中小径管道弯头超声波探伤方法 年 第3卷 第期 表1 部分中小径管道弯头超声检测探头K值计算表 弯头规格 / mm 最大 K值 最佳K值 αl≤55 弯头规格 / mm 最大 K值 最佳K值 α1≤55 273221.540.9513381.851.04 159161.300.8710861.941.06 159121.600.977681.290.85 133131.300.874251.180.80 际规格,认真计算适用的探头K值。 3 试块的设计选用 弯头探伤试块的主要作用为确定探伤灵敏度、 调整探测范围、 评价缺陷当量和测试探头K值等。 根据试验研究需要,针对300 MW以下机组常 见弯头规格所设计的部分试块人工缺陷见表2。 表2 试块规格 弯头规格/ mm线切割槽深度/ mm弯头规格/ mm线切割槽深度/mm 21920/25内、 外壁1.01106/8/10内、 外壁0.5,1.0 15010/12/14内、 外壁1.0808内、 外壁0.5,1.0 18012/14/16内、 外壁1.0,1.5606内、 外壁0.5,1.0 组合对比试块内壁0.5,1.0425内、 外壁0.5,1.0 13010/12内、 外壁0.5,1.0 试块的外形尺寸均采用线切割加工,由山东济 宁模具厂专业试块生产制造商制作,各种尺寸加工 精度较好。 实验及现场应用表明,设计制作的试块具有制 作简单、 实用性强、 能满足多种规格机炉外管弯头纵 向裂纹检测要求的特点。 4 测试数据分析 为确定适宜的探伤灵敏度及判伤标准,采用多种 规格探头对所有对比试块进行了反复测试,并对现场 应用中发现的带裂纹缺陷试样进行了试验室测试。 表3为部分中小径管道弯头对比试块及带自然 缺陷弯头的实验室测试结果,测试数据分析比较见 表4。 以上测试均采用USM235DAC型数字式超声 波探伤仪,其中自然裂纹管道为包头一电厂3号炉 分降水管弯头。 表3为外径 200 mm ,壁厚 20 mm弯头使用 不同K值探头测试结果比较。其中壁厚 10 mm 时以5线切割槽为参考基准,壁厚 ≥ 时以线切割槽为参考基准。由试验结果比 表3 部分试验数据记录 试块规格 / mm 槽深 / mm 80 波高时幅值/ dB 5P66K0. 8 5P66K1.0 探伤 方法 808内壁人工槽0.545.655.5一次波 808外壁人工槽0.553.357.6二次波 808内壁人工槽1.045.953.6一次波 808外壁人工槽1.050.556.6二次波 11010内壁人工槽0.547.260.9一次波 11010内壁人工槽1.045.158.3一次波 11010外壁人工槽1.050.461.1二次波 13010内壁人工槽1.046.854.2一次波 1.046.148.4一次波 1.055.553.6三次波 1.044.246.4一次波 1.053.554.5三次波 表4 使用不同探头时试验数据比较 规格 / mm 人工槽深度 / mm 幅值差/ dB K1.0dB差K0.8dB差 备注 808内壁0.555.5048.60一次波 808外壁0.557.61.152.33.7二次波 808内壁1.053.6- 1.947.9- 0.7一次波 808外壁1.056.91.450.52.1二次波 1106内壁0.551.7043.60一次波 1106内壁0.557.65.948.84.8三次波 1106外壁0.554.22.546.42.8二次波 11010内壁0.560.93.647.24.1一次波 11010内壁1.058.3043.10一次波 11010外壁1.061.12.850.47.3二次波 1.048.4046.10一次波 1.053.65.252.56.4三次波 10810自然内壁裂纹1.046.4044.20一次波 10810自然内壁裂纹1.054.58.153.59.3三次波, 15010内壁1.054.2048.60一次波 15012内壁1.059.3050.70一次波 15014内壁1.061.5051.80一次波 15012外壁1.065.25.955.67.0二次波 18014内壁1.058.5052.90一次波 18016内壁1.058.8054.40一次波 18014内壁1.554.5- 4.050.3- 2.6一次波 18014外壁1.060.92.454.32.4二次波 18016内壁1. 559.8- 1.049.7- 4.7一次波 较分析可知对所有规格弯头使用K0.8探头较 K探头反射能量普遍强6～B。同规格弯 头,不同深度内壁缺陷人工线切割槽 ,当深度差相 6 200807 0.mm10 mm 1.0 mm 1. 010 d 24 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 孙丙新等火电厂中小径管道弯头超声波探伤方法 年 第3卷 第期 同时如0. 5 mm与1. 0 mm ,1. 0 mm与1.5 mm , 使用K0. 8探头时幅值差约2～6 dB ;使用K1. 0探 头时幅值差约1～7 dB。 总体上,使用K0.8探头较K1.0探头的幅值 差分布更合理。由计算可知, K0.8探头适用于表3 所示全部规格弯头。 现场使用CTS222型超声波探伤仪,K1.0探头 修磨后实测为K0.94检测包头某电厂3号炉 108 mm10 mm分降水管几个带自然裂纹缺陷 弯头。现 场探伤 灵敏度 为 0. 5 mm线切 割槽 - 10 dB ,表面补偿2 dB。现场判 废灵敏度 为 0. 5 mm线切割槽- 2～4 dB ,且缺 陷指示长度 ≥10 mm。 当缺陷指示长度较大时,对- 4～6 dB缺 陷也判废如表5所示。采用K1.0和K0.8探头, 一次波判断,1～6号管均被判废。 表5 内壁带裂纹缺陷弯头探伤结果dB 管 号 K1.0探头K0.8探头 幅值M幅值差57. 6 - M幅值M幅值差48.6 - M 153. 54.545.53. 1 251. 05.042.66. 0 356. 01.646.22. 1 453. 34.344.93. 7 554. 92.746.52. 1 649. 76.943.35. 3 由表5可看出,对 108 mm10 mm规格弯头 使用K0.8和K1.0探头实际探伤结果相差不大, 但K0.8较好。 5 试验结论 对于中小径管道弯头探伤,原则上探头K值选 取范围应0.7≤K≤1. 0。通过试验结果分析,在借 鉴有关技术资料及规程导则的基础上,根据不同弯 头规格,采用不同的探伤灵敏度及判伤标准对于外 径 200 mm ,壁厚 10 mm弯头内、 外壁纵向裂纹 的检测灵敏度可采用弯头专用对比试块上0. 5 mm 线切割槽- 10 dB ,判伤灵敏度为缺陷反射当量为 0. 5 mm线切割槽- 2～4 dB ,且缺陷指示长度 ≥10 mm;对于外径 200 mm ,壁厚在10～20 mm 的管道弯头内、 外壁纵向裂纹的检测灵敏度可采用 弯头专用对比试块线切割槽B ,判 伤灵敏度为缺陷反射当量为线切割槽 ～2 dB ,且缺陷指示长度 ≥10 mm ,当缺陷反射当量 为1. 0 mm线切割槽- 4～6 dB ,且缺陷指示长度较 长时,检验人员也可视实际情况进行判伤。 对所有规格弯头进行超声波探伤时,原则上均 推荐使用对比试块进行,其优点主要是便于缺陷定 位、 定量比较,不用进行曲率补偿,对探头K值要求 不苛刻,有利于探头选取 [5] 。 6 现场推广应用情况 从2002年底开始,对内蒙古电力系统发电厂的 机炉外管进行普查时共检验了800多个降水管和给 水弯头,结果发现62个弯头内壁有裂纹缺陷波;共 检验过热器导汽管、 汽机高中压弯头200多个,其中 4个有裂纹图1和2。 参考文献 [1 ] 云庆华.无损探伤[M].北京劳动出版社,1983. [2 ] 全国锅炉压力容器无损检测人员考核委员会.超声波 探伤[M].北京中国锅炉压力容器安全杂志社,1995. [3 ] DL/ T 8202002 管道焊接接头超声波探伤技术规 程[S]. [4 ] 李树军,左振来.小口径薄壁管内壁应力腐蚀裂纹的超 声波检测[J].无损检测,1994 ,16 7 189. [5 ] 王立新,刘继东,董利生,等 电厂机炉外管弯头超声波 探伤的试验研究[ ]内蒙古电力技术,, 36 200807 1. 0 mm- 10 d 1.0 mm- 0 . J .2004 22 1 4. 4