电厂机械小口径不锈钢管座角焊缝超声波检测方法

浙江至德钢业有限公司通过在发电厂的在役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不锈钢管座角焊缝超声波检测的方法。

一、小口径不锈钢管座角焊缝超声波检测的技术要求

  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。

二、小口径不锈钢管座角焊缝超声波检测探头的选用分析

 单纯采用小口径不锈钢管斜探头从接管座一侧对角焊缝进行检测，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小径接管座角焊缝进行综合检测。

 由于受到集箱结构影响，超声波检测只能在管座侧以接管为检验面进行单侧扫查，依据DL/T820-2002《管道焊接接头超声波检验技术规程》规定，管壁厚度为8~14mm，推荐折射角为63°~70°（对应的K值分别为2和2.7），选取实测K值为2.7，晶片尺寸准6mm，频率5MHz，探头前沿为5mm的斜探头进行检测。仪器选择以色列生产的ISONIC2008，由于该仪器具有B扫描功能，对于显示缺陷能够进行B扫描成像分析，便于缺陷记录和分析，选用甘油为耦合剂，在小直径管焊接接头超声波检验专用试块DL-1上制作准1mm孔的DAC曲线。

三、对比试块的设计制作

 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1mm和2mm深的切割槽模拟缺陷，在对比试块中间不同深度做1mm×6mm横孔进行灵敏度比较试验。

 2. 小口径不锈钢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1mm、1.6mm、2mm、3mm、4mm、6mm、8mm深的水平线切割槽，用以模拟管座。侧未焊透缺陷；在1.6mm线切割槽后集箱侧焊缝熔合线位置分别切有1mm、2mm、3mm、4mm、6mm深的切割槽，模拟不同深度集箱侧坡口未熔合缺陷。

四、检测验证

 某电厂燃煤锅炉，机组累计运行时间10万小时以上。为了解锅炉集箱管座角焊缝运行情况，检修期间，对水冷壁、低温再热器、省煤器、末级再热器的集箱管座角焊缝进行超声波检测，以51×7的小径管座角焊缝检测为例：小口径管座角焊缝规格：小口径管规格为51×7mm，管座角焊缝宽度为11mm，焊缝高度为8mm，集箱坡口深度为7mm。

 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，晶片尺寸为6mm×6mm，折射角度选为56.3°的K1.5的横波斜探头。

 2. DAC曲线的制作

 利用DL-1小口径不锈钢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，小口径不锈钢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。

 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，示波屏上如果出现反射信号显示，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，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。

 缺陷反射信号的判定：继续向后拖动探头，示波屏上根部反射信号的幅值降低。在根部反射信号以外如果出现反射信号显示，则可初步判定为缺陷信号显示。如果该反射信号的深度显示大于或等于两倍工件壁厚，且在焊缝范围内，水平距离显示经实际测量也在焊缝范围内，则可判定该反射信号为缺陷信号显示。

 4. 检测结果

 对缺陷管座经过解剖检查内部均发现未熔合、夹渣、裂纹等缺陷，解剖结果与超声检验结果全符合，有效保证了锅炉的焊接质量及机组的安全运行。

 5. 结论

   a. 角焊缝根部无余高只可见集箱壳体端角反射波，反射能量高，波形尖锐，根部有余高可见余高反射波与集箱壳体端角反射波，能量低于端角反射波。

   b. 根部未完全焊透的反射波形明显低于余高反射波形，集箱壳体端角反射波能量基本不变。

   c. 对于根部完全未焊透结构，集箱壳体端角反射波能量明显降低，完全未焊透反射能量高于集箱壳体端角反射波能量。

五、结语

  综上，对非全焊透小口径不锈钢管座角焊缝的超声波检测，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，可以有效的检测出管座角焊缝内部缺陷，达到检测的目的，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。