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摘要：锅炉压力容器中有很多中、大径管的管座角焊缝，由于其特殊结构和运行中各工况对其影响，角焊缝上存在较大的应力，容易产生各种缺陷。实际应用中管座角焊缝有插入式和安放式两种结构，结构不同检测方法不同，通常采用直探头检测为主，斜探头辅助的六种检测方法，根据管座结构形式和筒体公称直径等因素的不同，检测方法选择其中的一种或几种组合检测。选用合理的直探头和斜探头的检测面以及检测区域，检测时要正确的选择探头、试块，设定准确的检测灵敏度。注意各种典型缺陷波的特点，综合焊接方式和结构特点，对各种缺陷做出正确的判定。实践证明，超声检测能够很好的检出此类管座角焊缝中的各种缺陷。
关键词：中、大径管管座角焊缝；检测方法；仪器调整；典型缺陷判定
引言
锅炉压力容器中的管座角焊缝主要有插入式和安放式两种结构形式，由于管座角焊缝的结构特殊，装配中焊接工艺复杂，受力复杂多变，很容易形成各种各样的内部缺陷 [1]。长期以来这些管座角焊缝常采用渗透和磁粉的表面检测方法，对于内部缺陷无法有效检测，然而据统计管座角焊缝的泄漏大部分是内部缺陷导致的，所以内部缺陷的检测是重点。超声检测的优势在于经济高效，对内部裂纹等面积形缺陷敏感，但也有局限性，对于小径管管座角焊缝进行检测，由于受曲率、壁厚薄等影响因素，以及检测位置的约束导致缺陷反射波的检出和识别不易。相对来说中、大径管管座角焊缝由于管径大、管壁厚、曲率半径大的特点，超声检测相对容易进行，现在已经有一些相应的检测方法，一些已经实施的常用标准也规定了相应的检验范围[2]，现场检验可作参考。结合实际的管座结构和工件尺寸，这里主要探讨一些合理的超声检测方法，提出如何合理的选择检测部位和方法，对各种典型缺陷反射波波形进行详细的介绍，以帮助对各种缺陷进行正确的判定，确保控制好管座角焊缝的内部质量。
1 超声检测的原则和方法
1.1 检测原则
这里插入式管座角焊缝（接管公称直径DN≥80mm）如图1所示，安放式管座角焊缝（100mm≤接管公称直径DN＜250mm）如图2所示，当然安放式管座角焊缝接管公称直径DN≥250mm也较为常见。
说明：
A、B、C、D、E、F、U、V、W、X、Y、Z—探头的位置
a、b、c、d、e—探头移动区的宽度
t—工件厚度
1—筒体或封头
2—接管
图1 插入式管座角焊缝（接管公称直径DN≥80mm）
说明：
A、B、C、D、X、Y—探头的位置
a、b、c、d、x—探头移动区的宽度
t—工件厚度
1—接管
2—筒体或封头
图 2 安放式管座角焊缝（100mm≤接管公称直径DN＜250mm）
超声检测应尽量使超声的声束垂直角焊缝中可能产生的各种缺陷，因此检测面和探头参数应根据实际工件结构及可能产生的缺陷综合选择，可选用折射角β在35°～55°范围内的两个K值（K＝ ）的斜探头[3]。依据中、大径管管座角焊缝的结构特点，一般采用如下的六种检测方法，可选择其中的一种或者几种方法组合进行检测[4]。
（1）在接管内壁采用直探头检测，如图1所示的位置C。
（2）在容器内壁采用直探头检测，如图2所示的位置C。
（3）在容器外壁采用斜探头检测，如图1所示的位置A。
（4）在容器内壁采用斜探头检测，如图1所示的位置B，图2所示的位置D。
（5）在接管外壁采用斜探头检测，如图1所示的位置F，图2所示的位置A。
（6）在接管内壁采用斜探头检测，如图1所示的位置D，图2所示的位置B。
1.2 检测方法
（1）插入式接管与筒体角焊缝的检测，这里主要探讨接管公称直径大于等于80mm且小于250mm时和接管公称直径大于等于250mm的检测方法，一般检测技术等级为B级。如图1所示，工件厚度6mm≤ t ≤40mm时，纵向缺陷检测采用直探头检测由于工件厚度太薄无法检测，斜探头采用一种K值的探头检测，检测面可选A、B面和F面中的两个面检测，检验区域的探头移动宽度为d~1.25P，横向缺陷检测时选择一种K值的斜探头，检测面为（X和Y）面或（W和Z）面。工件厚度 40mm≤ t ≤200mm时，纵向缺陷检测直探头选择C面，探头移动区宽度为c，斜探头采用两种K值的探头在（A或B）面检测或一种K值的斜探头在F面检测，探头移动区域宽度根据实际可选为d~1.25P，横向缺陷检测时选择两种K值的斜探头，检测面为（X和Y）面或（W和Z）面。接管公称直径大于等于250mm且接管内径大于等于200mm的角焊缝的检测方法也如图1所示，与工件厚度6mm≤ t ≤40mm时检测方法类似。
（2）安放式接管与筒体角焊缝的检测，这里主要探讨接管公称直径大于等于100mm小于250mm时和接管公称直径大于等于250mm的检测方法，一般检测技术等级为B级。接管公称直径大于等于100mm小于250mm且筒体检测面曲率半径大于等于150mm时的检测方法如图2所示，工件厚度6mm≤ t ≤40mm时，时，纵向缺陷检测直探头在工件厚度大于15mm时可检测，探头位置选择C面，探头移动区宽度为c，斜探头采用两种K值的探头检测，检测面可选B面或A面，检验区域的探头移动区域宽度为0.5P~1.25P，横向缺陷检测时选择一种K值的斜探头，检测面为X面和Y面。工件厚度t大于40mm且小于等于200mm时，纵向缺陷检测直探头的探头位置选择C面，探头移动区宽度为c，斜探头采用两种K值在A面和（B或D）面检测，探头移动区域宽度根据实际选为0.5P~1.25P，横向缺陷检测时选择两种K值的斜探头，检测面为X面和Y面[5]。接管公称直径大于等于250mm且筒体检测面曲率半径大于等于250mm时角焊缝的检测方法类似。
2 超声检测的准备
2.1 检测面的要求
综合现有的管座角焊缝的检测标准，检测区域应清理飞溅、油垢、铁屑及其他金属表面的杂物。打磨使得检测面粗糙度小于等于6.3μm。打磨这类角焊缝的超声探头移动区一般不大于1.25P。
2.2 仪器的调整
中、大径管管座角焊缝超声检验以直探头检测为主，斜探头辅助检测。根据实际选用标准规定的对比试块，并采用和平板焊缝扫查方法类似的方法进行检测。
（1）直探头的选择和灵敏度
直探头通常选择2～5MHz范围内的频率检验，直探头或双晶直探头采用2.5MHz时，灵敏度的调节可选择参考与工件曲率大致相同的试块，此外计算法或DGS法也可以采用。
（2）斜探头的选择及DAC曲线的绘制
管座角焊缝检测斜探头的频率、K值选择应根据实际的工件厚度、坡口类型、预估的内部主要缺陷以及有关规定选择。当工件曲率半径R＞ （W为探头的接触面宽度）时，可采用普通的平面对比试块来调节仪器，检测时要留意仪器上显示的缺陷的深度和水平距离与缺陷的实际深度和水平距离弧长的差别，需要修正的及时修正 [6]。
3 缺陷的扫查及确定
3.1 一般扫查方式
检查纵向缺陷时，直探头在C面进行全面扫查，探头可按螺旋线轨迹移动，扫查的间距小于有效声束的二分之一。斜探头垂直于角焊缝作锯齿状扫查，探头前后移动的区域应保证声束能扫查到需要检查的部位，左右重叠度大于探头宽度10%，扫查速度应该相对对接焊缝要慢些。横向缺陷检测应使探头与焊缝中心线夹角成10°～20°左右，在两侧焊缝的边缘进行斜平行的扫查方式检测。
3.2 缺陷的定位、定量、定性
通常检测灵敏度应高于评定灵敏度，超过定量线的缺陷应定位，确定缺陷当量值Φ或测定缺陷指示长度ΔL。缺陷的指示长度的测定通常采用－6dB法和端点－6dB法二种方法。两相邻缺陷间距小于其中最小缺陷长度时，以两缺陷的长度之和作为缺陷的指示长度[7]。缺陷根据NB/T47013-2015《承压设备无损检测》规定评级。
4 典型缺陷的判定
（1）完好的根部显示
良好根部的反射波波幅一般较低，仪器上显示的深度通常比壁厚稍大点；水平位置则显示在角焊缝的根部附近。
（2）裂纹
裂纹的反射波一般比较高且宽度不大，反射波峰出现上下错动现象，波形变化大，探头移动时反射波动态波形变化较大，且波峰一直在变，当探头扫查到裂纹尖端时会发生波的端点衍射，裂纹的波形明显且重复性非常的好，在探头声束的入射方向改变时也能产生相应的反射波。
（3）焊缝根部内凹和焊瘤
内凹的反射波幅度低，显示的深度一般小于壁厚，水平位置显示在根部。焊瘤反射波有一定的幅度但比裂纹则要低很多，显示深度一般在大于壁厚处，水平位置显示在根部，探头移动时动态波形的变化范围小。
（4）坡口未熔合
筒体侧的焊缝坡口未熔合，一般只能采用一次反射波检测，反射波高且其波形比较稳定，反射波的位置在筒体侧的坡口附近，反射深度介于检测管壁厚和角焊缝最大的深度之间，反射波的波幅因探头的K值、未熔合的大小和坡口的角度不同而不同。筒体侧的焊缝坡口未熔合反射波的位置在接管侧的坡口附近，反射深度一次直射波检测位于接管的壁厚之内，二次波检测时介于管壁厚度和两倍管壁厚度之间。
（5）气孔和夹渣
气孔和夹渣都是体积形缺陷，但性质不同，有许多类似的缺陷反射特征。单个气孔和夹渣的反射波一般不高，波形宽度小且较稳定。密集气孔和密集夹渣一般形成一簇反射波，但波幅高度不太高，不规则回波较多[8]。
（6）未焊透
未焊透反射波波幅较高且有一定的宽度，一般位于角焊缝的根部中心部位，探头平行移动时，前后沿有杂波出现，主波峰一般以双波峰表现，通常是根部和工件根部端角的反射而形成的。
5 结论
中、大径管管座角焊缝由于其结构特点，焊接容易产生各种缺陷，本文着重对这种角焊缝超声检测进行了论述，此类角焊缝通常采用直探头检验为主的方式，对于直探头扫查不到的部位或缺陷的方向不适宜直探头检测时，则可采用斜探头辅助检测，根据实际经常选择六种检测方法中的一种或几种进行检测。检测时要注意仪器参数的调整和校对，对缺陷反射波进行正确的判定，实践证明，超声波检验中、大径管管座角焊缝的方法理论可行、操作简便、经济高效，且能够很好的准确检测出角焊缝内部的各种缺陷，从而提高设备的可靠性。
参考文献：
[1]侯世勇. 火电厂承压部件管座角焊缝损坏原因分析及焊接工艺探讨[J]. 天津：焊接技术，2003，32（4）：54-55.
[2]杨湘伟. 电站锅炉管座角接头焊缝无损检测技术研究[R]. 湖南：湖南省电力公司试验研究院，2007.
[3]姚志忠. 锅炉压力容器T型接头与管座角接头焊缝超声波探伤技术探讨[J]. 辽宁：无损探伤，2004，28（4）：15-19.
[4]全国压力容器标准化技术委员会，NB/T47013-2015. 承压设备无损检测[S]. 北京：新华出版社，2015.
[5]张宏鹏. 火力发电厂锅炉管座角焊缝的无损检测[J]. 山东： 科技致富向导 ，2012，（2）：189-189.
[6]张忠. 关于电站锅炉管座角焊缝的无损检测的分析[J]. 北京：低碳世界， 2016，（29）：46-47.
[7]杨文俊，夏福明，屠林杨. 汽包管座角焊缝及纵环缝全位置超声横波探伤缺陷定位[J]. 浙江：余热锅炉，2007，（3）：27-29.
[8]余登敏. 浅谈焊缝超声波探伤中三种非缺陷波产生机理及识别[J]. 重庆：工程技术（引文版），2017，（12）：175-175.
作者简介：
雒焕胜（1983.01—），男，甘肃靖远人，本科，工程师，研究方向：火电厂金属焊接和无损检测。
论文作者:雒焕胜
论文发表刊物:《河南电力》2018年11期
论文发表时间:2018/11/30
标签：缺陷论文; 反射论文; 工件论文; 公称论文; 所示论文; 位置论文; 超声论文; 《河南电力》2018年11期论文;