小口径管座角焊缝超声波检测方法研究

1、6东北电力技术2011年第11期小口径管座角焊缝超声波检测方法研究姜兴运（东北电力科学研究院有限公司，辽宁沈阳110006）摘要：电厂锅炉集箱小口径管座角焊缝大多采用非全焊透形式，而锅炉在役检查中需对管座角焊缝内部进行超声波检查，主要针对内部裂纹、未熔合等缺陷的检测。文中提出解决小口径管座角焊缝超声波检测方法，目前没有小口径管座角焊缝超声波检测标准，采用此超声波检测方法能达到检测目的。关键词：小口径管座；角焊缝；超声检测中图分类号TK223.1；TG115.285文献标志码A文章编号10047913（2011）11000603StudyonUltrasonicDetectionMethodfo

2、rFilletWeldofSmallDiameterTube-seatJIANGXing-yun（NortheastElectricPowerResearchInstituteCo，Ltd，Shenyang，Liaoning110006，China）Abstract：Mostofsmalldiametertube-seatonboilerheaderisconnectedbynon-completelypenetratedwelds，butin-serviceboilerdetectionshouldincludeinspectionofinternaldefectsoffilletweldw

3、ithultrasonicwaveThesedetectionsaremainlyagainstinternalcracksandnonfusionThispapersolvestheproblemsoffilletweldofsmalldiametertube-seatwithultrasonicdetectionAndatpres-ent，thereisnocodeforit，soitisbelievedthiskindofmethodcanachievethegoalKeywords：Smalldiametertube-seat；Filletweld；Ultrasonicdetectio

4、n发电厂的小口径管座角焊缝大多采用非全焊透形式，现阶段的主要检测手段以磁粉、渗透检测为主，而这些方法仅能检测表面和近表面的缺陷。一些存在于焊缝内部的缺陷（未熔合、夹渣、裂纹等）无法检出，这些内部缺陷在锅炉长期运行过程中会由于复杂的应力状态而产生裂纹并不断扩展，从而造成爆管和泄漏事故发生。火力发电厂锅炉在运行过程中，由于小口径管座角焊缝泄漏事故造成的停炉占有很大比例。所以对于经历较长时间运行的在役机组，需要对集箱小口径管座角焊缝进行超声波检测，发现其内部缺陷并及时消除。而非全焊透管座角焊缝超声波检测还没有单独可参照的标准，只能参照全焊透形式的检测方法。但这2种焊缝的结构不同，在实际检测中用全焊透

5、管座角焊缝的超声波检测方法来检测非全焊透管座角焊缝的效果并不理想，也很难达到检测缺陷的目的。通过对发电厂在役小口径管座角焊缝超声波检测的经验积累，并根据对比试验，总结出一些非全焊透小口径管座角焊缝超声波检测的方法。通过了解管座角焊缝的结构尺寸、选择合适的探头，能检出内部缺陷，消除管座角焊缝质量隐患，减少爆管等事故的发生。1.1探伤条件的选择探头的晶片尺寸、频率为保证探头与钢管表面耦合良好，尽量选用晶片尺寸较小的探头。由于非全焊透管座角焊缝需使用一次反射波法检测，声束经过小口径管内壁界面反射后会发散，为了保证声束有良好的指向性，宜选用较高频率的探头。1.2探头的折射角度现行的小口径管座角焊缝的标

6、准要求选用折射角度较大的探头，尽可能用直射波法检测较大的焊缝截面积，并必须用直射波法检测到焊缝的根部。而非全焊透管座角焊缝结构和全焊透管座角焊缝完全不同，只需使用一次反射波法检测，无需用直射波法检测（见图1）。对于非全焊透管座角焊缝，如果按照现行标（a）图1（b）全焊透和非全焊透管座角焊缝比较（a）全焊透角焊缝；（b）非全焊透角焊缝2011年第11期东北电力技术7准，选用较大折射角度的探头，则只能检测到较小的焊缝截面积，且小口径管插入集箱的管端端角反射信号会掩盖根部反射信号或缺陷反射信号，无法达到检测管座角焊缝质量的目的（见图2）。如果选用较小折射角度的探头，则小口径管插入集箱的管端端角反射信

7、号不会掩盖根部反射信号或缺陷反射信号，且根部反射信号和缺陷反射信号清晰可见（见图3），同时还可以检测到较大焊缝截面积（见图4）。因此，对于非全焊透形式的管座角焊缝超声波检测应选用较小折射角度的探头。图5探头最小折射角度的选择头折射角度必须大于计算出的最小折射角度，以保证主声束能扫查到焊缝根部。尺寸位置如图5所示。1.3探头的前沿长度探头前沿长度决定了探头的折射角度，前沿长度越短，探头折射角度的范围就能选择越大。反之，前沿长度越长，为保证主声速能扫查到焊缝根部，就只能选择较大折射角度的探头，但大角度对检测不利，应尽量选用前沿长度较短的探头。1.4试块选用中华人民共和国电力行业标准规定的小口径管超

8、声检测专用DL1试块。对比试块采用与实际探伤工件同材质和规格的管座角焊缝，在管座角焊缝部位加工宽度为1mm的线切割槽，对比试块如图6所示。图6对比试块非全焊透小口径管座角焊缝探头折射角度应根据探头前沿长度、小口径管的壁厚、集箱本体坡口深度、焊缝的高度等尺寸来选择。探头的主声束必须在满足能够扫查到焊缝根部的前提下，尽量选用较小折射角度的探头。探头最小折射角度min的选择方法为min=arctan（a+b+l0/T）2（1）检测验证对电厂燃煤锅炉，机组累计运行时间10万h以上。对锅炉集箱管座角焊缝（如水冷壁、低温再热器、省煤器、末级再热器的集箱管座）进行超声波检测，均可得到良好效果。以51

9、5;7mm的小口径管座角焊缝为例进行检测验证，其规格为：管座角焊缝宽度11mm，焊缝高度8mm，集箱坡口深度7mm（见图7）。2.1仪器、探头选用数字式A型脉冲反射式超声探伤仪，探头频率为5MHz，探头前沿长度为5mm，晶片尺式中：l0为探头前沿长度；a为集箱本体坡口深度；b为焊缝高度；T为小口径管厚度。所选择探8东北电力技术2011年第11期图7管座角焊缝结构寸为6mm×6mm，折射角度选为56.3°的K1.5横波斜探头。根据公式（1）计算出最小折射角度为55°，所选探头折射角度满足检测条件。2.2DAC曲线的制作大于或等于2倍工件壁厚，且在焊缝范围内，经实际测

10、量水平距离显示也在焊缝范围内，则可判定该反射信号为缺陷信号显示（见图10）。2.4检测结果经过解剖检查缺陷管座内部均发现未熔合、夹渣、裂纹等缺陷，解剖结果与超声检验结果完全符合。利用DL1小口径管专用超声波检测试块上深度为8mm、15mm、20mm、25mm的1mm的长横孔来制作DAC曲线。由于非全焊透小口径管座角焊缝的结构特殊，小口径管有一部分插入集箱本体，定量和判废灵敏度的要求可适当降低。2.3反射信号的分析检测工作中，必须区分出焊缝的根部反射信号和缺陷反射信号。根据焊缝的结构尺寸、探头的位置、示波屏上探头入射点到反射信号的水平距离、反射信号的深度，综合判定该信号是否为焊缝根部反射信号或缺

11、陷反射信号。根部反射信号的判定：先使探头靠近焊缝，再向后拖动探头，示波屏上如果显示反射信号，先根据反射信号的水平距离显示，依据焊缝的尺寸，在工件上通过实际测量，判断是否在根部位置；然后根据反射信号的深度，依据工件的厚度，判断是否在根部位置（见图8），如果反射信号的水平距离、深度显示都在焊缝根部位置，则可判定该信号为根部反射信号显示。3结束语对非全焊透小口径管座角焊缝的超声波检测可采用小晶片、短前沿、小折射角度的超声波横波斜探头进行检测，可以有效检测出管座角焊缝内部缺陷，达到检测的目的，此方法为目前非全焊透小口径管座角焊缝内部缺陷检测的有效方法。参考文献：12345北京：电力工业出版李克名，刘德荣超声波探伤M社，1980秦长荣，胡先龙管道焊接接头超声波检验技术规程DL/T8202002S北京：中国电力出版社，2002袁李吴287榕，康纪黔超声波检测JB/T4730.12005S北长春：吉林科技出版靖，马羽宽超声波探伤M刚，王立新，罗晓明，等小口径薄壁压力管道对接京：