火电厂集箱小径接管座角焊缝超声波检测方法试验分析.pdf

2 0 0 8年第 2 6卷第 4 期 内 蒙 古 电 力 技 术 I NN E R M0N G O L I A E L E C T K I C P O WE R 5 火电厂集箱小径接 管座 角焊缝超 声波检测方法试验分析 Ex pe r i me n t a l Ana l y s i s o f S u pe r s o n i c Te s t i n g Me t ho d o l o g y t o F i l l e t W e l d S e a m o f He a d e r T a n k S ma l l Di a me t e r C o n n e c t i o n T u b e i n P o we r P l a n t 孙 丙新 ， 王 立新 ， 卫 志刚 ， 刘孝 内蒙古电力科 学研 究院， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0 『 摘要]对火电厂 小径接 管座角焊缝超声波探伤方法进行了试验分析和技 术论证 ， 选择使 用小角度纵波探 头和小径管横 波斜探头对集箱等小径接管座角焊缝进行检测。 通过使用不同 探头组合对试块人工缺陷进行试验和分析， 选用的小角度纵波探头可以扫查到整个角焊缝截 面， 缺陷回波清晰， 方法简便， 易于操作 ； 结合小径管横波斜探头的使用， 可以对集箱等小径接 管座 角焊 缝 内部质 量进 行检 测 。 f 关键词1火电厂 ； 小径接 管座； 角焊缝 ； 超声波检测； 对比试块； 探伤灵敏度 冲 图分类号] T G 4 4 1 ．7 [ 文献标识码】B 『 文章编号] 1 0 0 8 6 2 1 8 2 0 0 8 0 4 0 0 0 5 0 4 火力发电厂锅筒 、 集箱 、 压力容器及压力管道是 机组设备中主要承压部件 ，一般 由本体、汽水接管 座、 手孔装置、 各种信号表管座等组成 。在 以上设备 的小径 接管 座角 焊缝 中 ， 以锅炉 集箱 所 占 比例最 大 ， 且发生泄漏次数较多。对近年来 内蒙古电力系统集 箱管座角焊缝泄漏的统计表 明，大部分泄漏是 由于 集箱管座角焊缝在制造过程 中造成 的未焊透 、未熔 合 、 裂纹等内部缺陷在各种应力的作用下扩展所致 。 因此，加强对集箱管座角焊缝 内部缺陷的监督检验 非常重要 。 目前 ，集箱管座角焊缝的检验多采用表面探伤 抽检 ， 角焊缝内部质量 只能 由焊工的技术水平 、 工艺 的制定和执行等条件决定 。 近年来 ， 由于电力工业持 续快速发展 ， 设备制造工期较短 ， 使得小径接管座角 焊缝 内部频频出现质量问题 ， 影响机组 的稳定运行。 1 集 箱 管座 角焊缝 超 声波检 测 的技术 要求 和可行性研究 1 ． 1 可 行性 分析 在焊缝产生的各种缺陷中，面积型缺 陷的应力 集中程度要远大于体积型缺陷。 因此要首先将裂纹 、 未焊透 、未熔合等危险性的面积型缺陷检 出并及时 消除。这些面积型缺陷利用超声波探伤时灵敏度比 较高 。角焊缝超声波探伤技术的要求是所采用的工 艺能 使 超 声波 主声 束扫 查 到 整个 管 座 角 焊缝 截 面 ， 并能 明显 区分缺陷波与结构波 ， 同时要求操作简便 ， 易于现场使用 。 在集箱管座角焊缝的缺陷中，由于焊缝冷却速 度快及角焊缝应力集 中系数大，造成的应力裂纹一 般 出现在焊缝根部 ， 与未焊透出现的位置差不多 ； 坡 口未熔合一般出现在集箱侧及管座侧的焊缝熔合线 部位 ； 未焊透缺陷出现在焊缝根部。 通过对集箱管座 角焊缝结构分析 ， 决定采用小角度纵波探头从集箱壁 侧入射 、小径管斜探头从管座壁侧入射的方法进行 综合检测。对于安放式和半插入式管座的集箱侧坡 口存在的未熔合缺陷 、安放式管座根部存在的未焊 透缺陷， 可采用小角度纵波探头进行检测 ； 对于插入 式管座根部存在 的未焊透缺陷，可采用小径管斜探 头入射进行检验。由于插入式管座的结构比安放式 复杂 ， 缺陷不易检出， 下面主要对插入式管座检验进 行超声波探伤分析 ， 其结果 同样适用于安放式管座。 1 ．2 小径接管座角焊缝超声波检测探头的选用分析 单纯采用小径管斜探头从接管座一侧对角焊缝 【 收稿 日期】2 0 0 8 - 0 3 - 2 5 【 作者简介】孙丙新 1 9 6 5 一 ， 男， 内蒙古人， 内蒙古工业大学在读博士， 高级工程师， 从事电站金属材料及无损检测技术工作。 维普资讯 6 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 0 8 年第2 6 卷第4 期 进行检测， 存在部分漏检区； 单纯采用普通斜探头从 集箱一侧对角焊缝进行检测也无法实现。在本次试 验中，选用小角度纵波探头和小径管横波斜探头对 集箱小径接管座角焊缝进行综合检测。 综合分析各种影响因素， 选用频率为 5 MH z 、 晶 片直径为 6 ～ 1 0 mm的小角度纵波探头， 并且根据集 箱壁厚及管座角焊缝的型式规格选择探头角度。探 头其他各项技术质量均应满足相应标准要求。 采用小径管横波斜探头从管座一侧进行检测的 要求为 尺寸小 、 前沿短 、 杂波少 、 指向性好 、 尽量排 除近场干扰等。参照 D UT 8 2 0 --2 0 0 2 管道焊接接 头超声波检验技术规程 ， 选择 晶片尺寸为 6 mmx 6 m m或 6 m mx 8 mm、 频率 5 MH z 、 前沿 ≤5 mm的小 径管横波斜探头。 1 ． 3 集箱外弧曲面对缺陷定位的影响 火电厂使用的大部分集箱内外径之比 r ／ R均大 于 0 ． 5 ， 故采用集箱角焊缝超声波检测时， 虽轴 向和 周向的缺陷定位有所不同． 但不需做曲面修正。 当需 要对缺陷进行准确定位时， 可根据公式进行定位。 2 对 比试块 的设计制作 对比试块的作用主要是确定灵敏度 、调整扫描 比例 、 评价缺陷的大小和测试仪器与探头的性能。 2 ． 1 小 角度纵 波对 比试块 的制作要 求和设 计指标 分别选取一定 曲面 、 壁厚的材料模拟集箱管材 ， 并在轴向及周向管座开孔部位制作 1 m m和 2 m m 深的切割槽模拟缺陷 ，在对比试块中间不同深度做 b 1 mm x 6 mm横孔进行灵敏度比较试验。对 比试块 照片见 图 1 所示 。 曩霸 一 图 l 小角度纵波用对 比试块照片 2 ． 2 小径管与横波斜探头对 比试块制作要求和设 计 指标 用对 比试块的切割槽模拟不同深度的未焊透缺 陷 。该 试块 分 别 切有 1 mm、 1 ． 6 m m、 2 m m、 3 m m、 4 mm、 6 m m、 8 m m深的水平线切割槽 ， 用 以模拟管座 侧未焊透缺陷； 在 1 ． 6 m m线切割槽后集箱侧焊缝熔 合线位置分别切有 1 m m、 2 m m、 3 mm、 4 m m、 6 mm 深的切割槽 ． 模拟不同深度集箱侧坡口未熔合缺陷。 3 对 比试块 的试验结果分析 3 ． 1 小 角度纵 波斜探 头试 验分析 分别采用 5 MH z ， 1 0 m inx 1 0 m m， 入射角为 9 。 1 2 。 和 1 7 。 的小角度纵波探头对 C S K H I A标准试块 上的横孔进行试验。结果表明以上几种角度探头均 能满足探伤灵敏度要求 。 3 ． 1 ． 1 9 。 探 头的试验数 据及 分析 采用不同角度的小角度纵波斜探头对试块上的 人工缺陷进行试验，主要包括平面与曲面试块对切 割槽与 q , 1 m mx 6 m m横孔的探伤灵敏度比较和反 射波灵敏度比较 。通过试验得到的数据见表 1 。 表 l 5 M Hz 、 1 0 m mx l O m m、 入射角为 9 。 探头在 对比试块上的试验数据表 ⋯b l m m x 6 m m 警 孔 深 度 ／m m 高 度 ／d B 对以上试验数据分析结果为 选用小角度纵波 探头可以对试块上制作的各种类型、规格反射体得 到较好的反射 回波 ；通过同声程处一次反射波的比 较可 以看出 ， 一次反射波声压损失为 0 ～ 5 d B ； 通过 对同类反射体在平面与曲面试块上的反射波 比较可 以看出 ，平面试块反射波比曲面试块反射波高 0 ～ 2 d B， 在实际探伤过程中可 以忽略。 考虑一次反射波损失 ， 西 1 m inx 6 m m孔反射波 和切割槽反射波之间的关系如表 2所示。从表 2可 以看出， 3 0 ～ 1 1 0 m m深度范围内切割槽和 b l m inx 6 mm孔的反射波随深度变化的趋势不完全相 同。深 度在 5 0 m m以上时 ， 1 m m切割槽反射波灵敏度 比 61 m mx 6 m m孔高 1 ～ 4 d B， 2 m m切割槽反射波灵 敏度 比 b 1 min x 6 mm孔高 4 ～ 7 d B 。 上述试验结果表 明，使用小角度纵波斜探头对集箱接管座进行检测 时 ，采用 b 1 m inx 6 ram 2 d B作为探伤灵敏度与深 1 mm切 割槽灵 敏度相 当 。 3 ． 1 ． 2其 他试验 用同样的方法使用 5 MH z 、 1 0 m mx 1 0 mm、 入射 角为1 2 o 和 1 7 。 的小角度纵波探头在对 比试块上进行 试验。考虑一次反射波损失 ， 在 9 。 ～ 1 7 。 范围不同角 维普资讯 2 0 0 8 年第 2 6 卷第 4 期 内 蒙 古 电 力 技 术 7 表 2 4 , 1 m mX 6 m m孔反射波和切 割槽反射波灵敏度比较 2 mm；1 度纵波探头对切割槽 的反射 波和对 西1 m mx 6 mm 横孔反射波的差值范 围与表 1 、 表 2基本相同。 3 ． 1 ． 3 结 论 设计选用的小角度纵波斜探头均能满足探伤灵 敏度要求。 实际探伤检验工作中， 在满足角焊缝结构 扫查的条件下 ，应尽可能选择角度较小的纵波斜探 头 ， 以提高探伤灵敏度。 3 ． 2 小径管横波斜探头的试验分析 3 ． 2 ． 1 试 验 一 3 ． 2 ． 1 ． 1 试验数据 ． 选 择不 同角 度小径管横 波斜探 头 5 MHz 、 6 m mx 6 m m、 K 2 ． 3和5 MH z 、 6 m mx 6 mm、 K 2 ． 6 在线 切割槽对 比试块上进行试验分析，数据如表 3和表 4所示 表 3 采用 5 MH z 、 6 m mx 6 mm、 K 2 ． 3探头的试验结果 表 4采 用5 MHz 、 6 mmx 6 mm、 K2 ． 6探 头 的 试 验 结果 3 ． 2 ． 1 ． 2 数据分析及结论 1 模拟未焊透反射体的回波强度随反射体尺 寸的增大而单调增大，增大的速率随深度增加而减 小 。 2 1 ． 6 m m线切割槽反射波 比 l mmx l 5 mm 孔反射波高 4 ～ 5 d B。 3 由于底面端角一次反射波强度较高 ， 因此 模拟未焊透反射波在底面端角波之后出现。模拟未 焊透深度在 3 m m以上时可 明显区别下端角反射波 和未焊透反射波 。 因此 ， 用小径管横波斜探头检测插 入式管座根部未焊透缺陷时 ，可通过反射波高和反 射波动态波形图相结合的方法来判断未焊透深度 ， 探伤灵敏度可选用 3 m m切割槽进行对比。 3 ． 2 ． 2试 验 二 3 ． 2 ． 2 ． 1 实验数据 表 5 、表 6是采用不同角度斜探头探测弧形切 割槽 对 比试块 的试 验结 果 。 表 5采用 5 MH z 、 6 m m x 6 mm、 K 2 ． 3 探 头对弧形槽对比试块 的试验结果 表 6采用 5 MH z 、 6 mm x 6 mm、 K2 ． 6探 头对弧形槽对比试 块的试验 结果 覃 藿 岳 军尊 ⋯ ／ d B 置／ m m ／ m m ／ d B 位置， m m／ mm 3 ． 2 ． 2 ． 2 数 据分析及 结 论 1 模拟集箱侧未熔合的弧形线切割槽的回波 幅值随槽深度的增加而单调增大。 2 弧形槽反射波深度均在 1 1 m m左右 。 3 集箱侧未熔合反射波的水平位置 比管座侧 坡 口未熔合反射波有明显后移 ，这是 由于前者声程 比后者长 ； 当集箱侧坡 口未熔合缺陷大于 3 m m时 ， 未熔合反射波会掩盖 1 ． 6 mm尖角反射波。 维普资讯 8 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 0 8 年第 2 6 卷第4 期 4 现场检验集箱小径接管座角焊缝时 ， 由于 集箱内外壁有不 同程度腐蚀 。检验灵敏度可适当提 高 2 - 4 d B 。 4 结论 本试验以火 电厂集箱插入式小径接管座角焊缝 为主要研究对象 ，选用 了两种不同种类和性质的探 头对制作的对 比试块人工缺陷进行 了系统的试验分 析 ， 结果证明 使用小角度纵波探头从集箱侧进行检 测 、使用小径管对接焊缝专用横波斜探头从管座侧 检测的综合方法对锅炉集箱等小径接管座角焊缝内 部质量进行检测是可行的。 [ 参考文献] [ i ]云庆华． 无损探伤[ M ] ． 北京 劳动 出版社 ， 1 9 8 3 [ 2 ]2 D I Z I “ 8 2 0 --2 0 0 2 ， 管道焊接接头超声波探 伤技术规程【 S ] ． [ 3 ]D L6 4 7 1 9 9 8 ， 电力工业锅炉压力容器检验规程[ S 】 ． [ 4 ]张彦新 ， 牛晓光． 集箱管座角焊缝超声波探伤方法研究[ J ] ． 河北电力技术 ， 2 0 0 4 ， 6 ． [ 5 ]仝秋菊． 小 径管超声波探伤技术 在蒙达公 司的应用[ J ] ． 内 蒙古电力技术 ， 2 0 0 0 ， 1 8 5 3 8 3 9 ． [ 6 ]蒋云． 6 0 0 M W 超l临界机组 锅炉集箱小径管座角焊缝超声 波探伤【 J 】 ． 无损探伤 ， 1 9 9 6 ， 3 ． [ 7 】黄伟建 ， 马曙光． 使用超声 B扫描成像检测小 口径管座角 焊缝[ J J ． 设备管理与维修 ， 2 0 0 5 ， 4 ． [ 8 ]曹云 峰． 小径管对接焊缝 超声波探伤 常见问题探讨 [J J ． 江 苏电机工程 ， 2 0 0 3 ． 2 2 2 ． [ 9 】吴章勤 ， 艾川． 小径管对接接头超声波探 伤中应注意 的问 题[J J ． 云南电力技术 ， 2 0 0 3 ， 3 i 2 ． [ 1 0 】姜奎书， 肖世荣． ／ J 、 径管 焊 口超声波探伤方法及工艺的研 究[ J ] ． 山东机械 。 2 0 0 2 ， 2 ． 编辑 张俊 英 机组应力检测与寿命分析系统控制软件实用化研究 内蒙古电力科学研究院针对引进 3 3 0 MW 机组的应力检测与寿命分析 系统控制软件进行国产 化研 究， 利用计算机 串行 口直接 采集 D C S的数据 ， 将有关影响汽轮机设备热效率和寿命的状态参 数 如一级后温度 、 压力、 阀体和缸壁温等 、 造成寿命损耗和应力过限的升 负荷率、 升速率等信息进 行 实时存储 管理 。 根据机组热应力计算理论 ， 自主开发 了机组应力监测及寿命分析控制 系统。该系 统所采用的数学模型计算精度基本达到了引进 3 3 0 MW 机组的要求。应用该系统不仅可以解决原 D E H 系统存在的问题 ，而且可帮助运行管理人员及时了 解机 组运 行 状 态 ，为今 后 D E H 系统 改造 奠 定 了技 术 基 础 。 该 系统 已成功 地推 广应 用于 生产过 程 中，为机 组安 全 、 稳 定、 经 济运行提 供 保 障 ， 为今 后 同类 型机 组 D E H 系 统 的 国产 化提供 新的 途径 。 该 项 目获得 内蒙古 自治 区科 学技 术 奖三等 奖、华 北 电网有限公司科技成果奖二等奖。 维普资讯