虞飞
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摘要：由于超声检测具有检测厚度大，能准确确定缺陷位置及灵敏度高等特点，火电站钢焊接接头内部缺陷常用超声检测。本文从焊接产生的缺陷、各种检测等级的适用范围、P91钢的声学特性等进行分析，以期得到P91钢焊接接头最优的检测工艺条件，从而有效提高焊接接头质量，保证火电站设备的稳定运行。
关键词：火电站；P91钢；焊接接头；超声检测
引言
P91是一种新型钢种，具有良好的导热性，较高的持久性能和应力，在我国火电站的锅炉集箱以及超临界机组中较为常见。国内很多钢焊接接头使用超声检测方法来检测其内部缺陷，从而提高接头检验的可靠性。为保证锅炉安全运行，研究焊接接头的超声检测方法，尤其是对于现场检测，具有重要作用和价值。
一、钢焊接接头检测方法
（一）焊接
焊接是制造业加工常见方式。火电站钢设备的焊接加工是一个铸造和冶炼的过程，焊接首先使用其他形式能量熔化金属，形成熔池，金属熔融后经过冶金反应凝固，两部分材料紧密结合[1]。为了避免空气进入熔融金属，需要在焊接过程中采取保护措施。焊接接头有角接、对接以及搭接集中方式，一般情况火电站多为对接形式由于焊接工艺及现场等其他因素的作用，焊接时经常会出现焊接未熔合、未焊透、气孔、裂纹等缺陷。为了保证焊接质量，多使用射线检测或者超声波检测方法对内部缺陷进行检测。对于中厚钢板的检测中，超声波检测具有较高的灵敏度。
（二）超声检测等级
目前使用超声检测主要可以分成A、B、C三个等级。
1.A级检测
用于检测厚度为8mm~46mm的母材，使用K值探头，采用反射波和直射波进行检测，在横向缺陷中很少使用这种检测方法。
2.B级检测
多用于检测8~400mm的母材。
母材厚度处于8mm~46mm时，使用K值探头进行反射波和直射波检测，对焊接接头区域行单面双侧检测。
母材厚度处于46mm~120mm时，使用K值探头进行直射波检测，对焊接接头区域行双面单侧或者单面双侧检测。
母材厚度处于120mm~400mm时，使用K值探头进行直射波检测，对焊接接头区域行双面双侧的检测。探头折射角不能低于10°。检测横向缺陷时，需要在焊接接头两侧位置对探头和焊接接头中线成15°角进行斜向扫查，将焊接接头位置磨平。探头需要在热反应区和焊接接头上方的焊缝位置，从正向和反向两个方向进行平行扫查。
3.C级检测
C级检测时应该对焊接接头进行磨平。
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母材厚度处于8mm~46mm时，使用两种K值探头进行直射波检测和反射波检测，对焊接接头区域行单面双侧的检测。探头折射角不能低于10°。
母材厚度处于46mm~400mm时，使用两种K值探头进行直射波检测，对焊接接头区域行双面双侧的检测。探头折射角不能低于10°。单侧坡口角度不超过5°时，窄间隙焊缝可能增加检测和平行缺陷检测。对横向缺陷的检测，从两个方向平行扫查焊缝热影响区。
二、P91钢的声学特性的测定
由于P91钢的声学特性的影响，超声检测对焊接接头缺陷的定位、定量和定性都存在一定的困难。因此，在检测前需要对其声学特性进行精准测定，包括超声波在钢中传播速度以及衰减影响。
本文选择两块P91钢管进行试验。使用HS510超声检测仪。设定S声程。
由于声束偏移问题，检测过程中注意选择性能好的声束，选择K值为1的斜探头，从前沿检测标准试块。同时利用游标卡尺准确测量试样厚度，工件检测要参照钢管尺寸数据。检测可以输入任意数值的声速，在双探头夹放置探头，检测人员手要握住柄，在试样平滑区域放置双探头，从前后两个方向上移动探头，对示波器屏幕展开观察，明确波峰最高处对应位置，对探头位置进行固定，读取游标卡尺上的数据，对探头之间的距离进行精准测量。
为了验证横波声速的精准性，选用碳素钢测量验证试块。将探头对准圆弧位置上，对试块中横波声速进行准确测量。经过数据的测量，对比厂家给出的参数，能够确定横波声速的误差，若误差值不超过1%，则代表准确性较高。使用该方法进行核对较为简单便捷，能够测量横波声速的数值。使用双探头对试块横波声速进行测量，可以发现试块的声速和P91钢存在一定误差。
三、测定横波衰减系数
由于传播距离增加，超声波能量也会有所减弱，这就是超声波衰减现象。超声衰减机理相对复杂，可以总结三个原因。首先由于声束扩散，造成超声波出现衰减，其次由于散射造成超声波的衰减[2]。最后由于介质吸收一部分超声波，造成超声波的衰减。
不同批次的P91钢在晶粒度和组织上存在很大差异，造成其衰减系数也存在一定差异，准确测定衰减系数，可以提高缺陷定位的精准性，定量或者定性分析，对于缺陷测量具有重要价值。使用标准方法测定横波衰减系数。
四、火电站P91钢焊接接头超声检测
（一）修正检验
1.修正K值
K值是斜探头在钢中折射角对应的正切值。入射点及K值的准确性，都对缺陷定位产生直接影响，同时，由于探头表面经常受到磨损，其标称值和实际测量值之间存在一定差异，因此在使用前要对其进行测量[3]。
在P91钢中横波声速和标准试块横波声速存在很大差异，还需要校正K值后，才能够进行下一步操作。使用如下公式进行校正：
2.修正时间基线
根据规定，如果探伤面曲率的半径超过了相关的标准规定，就要用试块，或者用和检测工件面曲率相近的曲面进行对比，调节扫描基线。若和标准试块相比，P91钢中横波声速存在差异，先根据差距调整时间基线，经过校正后再输入数据。使用试块调整圆弧面反射，将斜探头对准调整仪器，让回波和准基线刻度数据对准。
3.修正波幅曲线
对比试块绘制的DAC曲线。输入横波声速，在利用标准试块DAC曲线进行对比。钢工件材质的衰减和标准试块也存在明显不同，在P91钢工件检测中，需要对检测进行补偿校正。通过对比标准试块，使用超声探伤仪的调校功能，按照参数校正各个点，保证数据参数的客观性。
（二）检测
1.探头选择
根据检测目的和材料，选择探头，选择K1~K2、晶片尺寸10*12mm、频率2.5MHz的探头。
2.探伤
对现场工件展开探伤检测。检测时需要左右移动探头，保持稳定的波形，从焊接接头两侧位置检测，反射波波幅变动不大，基本维持不变。可
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论文作者:虞飞
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第13期
论文发表时间:2019/12/5
标签：声速论文; 超声论文; 火电站论文; 缺陷论文; 超声波论文; 测量论文; 折射角论文; 《建筑细部》2019年第13期论文;