蒸汽管道对接焊缝超声波检验中根未焊透误判原因分析

蒸汽管道对接焊缝超声波检验中根未焊透误判原因分析

0超声波探伤人员的素质目前，超声检测是检测压力下焊接结构的最常见拆卸方法之一。这是确保压力棒安全运行的主要检验手段。但超声波探伤对缺陷的显示不直观,探伤技术难度较大。尤其是在超声波检测焊缝过程中,容易受焊缝坡口型式、材质变化时对比试块未及时更换等主、客观因素的影响,容易引起误判。因此,超声波探伤人员需具备丰富的理论和实践经验,以确保对探伤结果判断正确。某火力发电厂200MW机组主蒸汽管道设计压力为13.6MPa,介质为540℃的蒸汽,主蒸汽管道材质SA335P91、外径457mm、壁厚27mm,焊接工艺为手工TIG焊(钨极氩弧焊)打底、SMAW焊(手工电弧焊)盖面。在机组例行检修中,对该主蒸汽管道主汽门前对接焊缝进行超声波检验。1探伤结果及分析检验采用A型脉冲反射式超声波探伤法,超声波仪器型号为德国KK-USM35DAC,耦合剂使用机油,探头型号为2.5P8×12mm/K2,前沿为11.5mm。使用CSK-Ⅰ和CSK-Ⅲ试块制作DAC曲线,探伤灵敏度为Ф1mm×6mm-9dB。探伤前对所检焊缝两侧各机械打磨200mm,直至露出金属光泽。超声波检验过程中,通过观察超声波显示屏,发现焊缝根部存在整圈未焊透,一次底波显示深度约24mm,而根据焊缝两侧管道母材的实际测厚结果,实测厚度约26mm(见表1),据此探伤人员进行判断,认为该对接焊缝根部存在深约3mm的未焊透缺陷。为确保机组运行安全性,决定对焊缝缺陷进行挖补处理。待焊缝机械打磨通透后,发现焊缝根部熔合良好,不存在未焊透缺陷,用钢板尺测量焊缝中心实际壁厚为22mm。实践证明,上述超声波探伤结果为误判,下面对误判原因进行分析。2原因分析2.1水平管道焊缝的挖补处理由于该焊缝焊接结构图纸不慎丢失,超声波探伤前无法得知其焊接坡口型式,因此探伤人员为谨慎起见,预判焊缝根部可能存在整圈未焊透缺陷,决定对该焊缝进行挖补处理。当焊缝被机械打磨通透后,发现坡口型式,如图1所示,存在管道内壁沿壁厚方向向内车进5mm的V形坡口,因此焊缝中心实际壁厚应为22mm。采取这种坡口型式可能是焊工在氩弧焊打底时,为了确保焊缝根部能够充分熔合。2.22超声基准灵敏度调整本次超声波检验应依据DL/T820—2002《管道焊接接头超声波检验技术规程》,使用材质为SA335P91对比试块来制作DAC曲线,进行超声波基准灵敏度调整,但由于实验室暂无该对比试块,又因检验工期非常紧张,因此,探伤人员参考JB4730—2005标准,使用材质为20钢试块,即使用CSK-ⅠA和CSKⅢA试块制作DAC曲线来调整超声波基准灵敏度。但室温下20钢与SA335P91超声波声速不同(见表2)。2.2.1声速设计误差由超声波声程公式S=Ct,得出纵波声程差异:横波声程差异:式中S—声程,m;t—时间,s;SS20—20钢横波声程,m;SL20—20钢纵波声程,m;SSP91—SA335P91横波声程,m;SLP91—SA35P91纵波声程,m;CS20—20钢横波声速,m/s;CL20—20钢纵波声速,m/s;CSP91—SA335P91横波声速,m/s;CLP91—SA335P91纵波声速,m/s。超声波测厚仪器出厂时,制造厂家一般将声速设置为5900m/s,即为20钢的纵波声速。但在实际壁厚测量工作中,因SA335P91与20钢纵波声速不同,如果不调整声速值,就会造成检验结果存在误差。当管道设计壁厚为27mm时,则由理论计算公式可得管道壁厚为:与表1实测结果进行对比,可知实际测量结果与理论计算结果基本相符。2.2.2苏-空气中标准波场p1—声速变化导致的水平定位差异式中β20—超声波由空气入射到20钢中的横波折射角,(°);βP91—超声波由空气入射到SA335P91中的横波折射角,(°);R20—20钢中入射点至缺陷的水平距离,mm;RP91—SA335P91中入射点至缺陷的水平距离,mm。2.2.3超声探伤中不同结构定位差异式中H20—20钢中缺陷距焊缝外表面的垂直距离,mm;HP91—SA335P91中缺陷距焊缝外表面的垂直距离,mm。又因:从上述推导公式中可以看出,因20钢和SA335P91声速不同而引起的水平和深度定位差异随探头K值的变化而变化,定位差异示意图见图2。在本案例中超声波探伤时采用2.5P/8×10mm/K2斜探头,其β20=63.4°,代入公式(1)中得出H20/HP91=1.1。因此,当焊缝根部实际壁厚为22mm时,超声波屏幕显示的深度应为H20=1.1,HP91=24.2mm,与超声波显示屏显示的深度值相符,比焊缝中心实际壁厚大约增加了2.2mm。3结论和建议3.1焊缝中心处壁厚经分析,导致误判的原因主要有以下2点:(1)焊接坡口异常,焊缝根部沿壁厚方向向内车进5mm的V形坡口,而管道设计壁厚为27mm,因此,焊缝中心处实际壁厚为22mm。(2)探伤人员使用材质为20钢的CSK-ⅢA试块代替材质为SA335P91的对比试块制作DAC曲线,因二者声速不同,导致定位出现差异。3.2测定所检材料声速值或同材质对比试块制作dc曲线的外通过本案例可知,对管道焊缝进行超声波探伤或壁厚测量时,探伤人员除了要充分了解焊缝坡口型式及材质外,还须严格按照相关规程要求设置所检材料的声速值或采