侯耀民
广州声华科技有限公司 广东广州 510000
摘要：随着锅炉和管道工作参数的大幅度提高及应用领域的不断扩展，对焊接技术提出了愈来愈高的要求。本文主要论述了无损检测技术在塔式炉管道焊接中的应用。为管道焊接质量的管理提供充分的保障。
关键词：锅炉管道；焊接技术；无损检测
引言
锅炉是经济发展时代不可缺少的商品，而无损检测技术是一种非破坏性检测技术。在塔式炉锅炉安装阶段，为了能够及时发现管道焊接过程中产生的缺陷，相关人员需要应用塔式炉锅炉无损检测技术对管道焊缝质量进行监督，保障塔式炉锅炉的运行质量。
1.项目概况
1.1锅炉管道焊口基本情况
锅炉现场安装焊口61177个，其中碳钢焊口7117个，合金钢焊口54060个，合金钢焊口占锅炉焊口总数的88.3％。另外，高合金小径管焊口22520个，高合金大径管焊口418个。锅炉主要设计参数为：锅炉最大蒸发量为2043.3ｔ／h，主蒸汽压力29.4MPa、温度605℃，再热蒸汽压力6.05MPa、温度623℃。
1.2锅炉管道焊缝无损检测的相关标准
DL／T869－2012《火力发电厂焊接技术规程》第6.3条规定：对于外径大于159mm 或壁厚大于20mm、工作压力P ≥9.81MPa锅炉本体的管子及管道附件应进行100％ 射线或超声波检测；工作压力P ≥22.13MPa的锅炉的受热面管子应进行100％射线检测。
2.无检测损在锅炉管道焊接中应用情况
2.1相控阵检测
本项目采用某锅炉厂引进德国ALSTOM技术生产的塔式炉，整个受热面是通过一级过热器的悬吊管悬挂在炉顶大板梁上，悬吊管使用51mm×10.5mm材质为SA-213T91无缝钢管，焊口数量达5280道，焊接质量的好坏直接影响机组安全运行和使用寿命。鉴于T91钢可焊性较差以及现场焊接空间狭小，焊接过程中极易出现焊接缺陷。按照火力发电厂焊接技术规程要求，悬吊管焊缝需进行100％射线检测，但其存在一定的漏检率，尤其对裂纹、未熔合等面积型缺陷检出率低。而面积型缺陷在高温高压作用下易扩展，造成焊缝开裂出现泄漏，严重威胁锅炉的安全运行。基于此，悬吊管焊缝在射线检测的基础上还增加相控阵检测。对2＃ 锅炉悬吊管焊缝使用相控阵进行复检，发现53道焊缝存在超标缺陷，其中CAA-－277焊口检测结果如图1所示。
图1 相控阵检测发现缺陷的显示
由图1可知，该缺陷的深度为4.7mm、长度为7.5mm。为了验证检测结果的准确性，使用砂轮机对缺陷处进行解剖，打磨约4.5mm 时，发现一处长度为7mm 左右的裂纹如图2所示，缺陷的实际情况与检测结果吻合较好。根据缺陷解剖形态可判断为纵向裂纹，并结合焊接实际情况认为该裂纹是焊缝熔池在结晶过程中产生的，属于高温下形成的结晶裂纹 [1]。
2.2超声检测
超声检测在本工程主要用于外径大于159mm或壁厚大于20mm锅炉管道的焊缝质量检验。2＃ 锅炉管道超声检测发现的问题主要集中在马氏体耐热钢（P91／P92）焊缝，共发现10道存在超标缺陷，以气孔居多。其中材质为P91，规格为640mm×95mm的平衡容器EAB－1焊口超声检测结果见图3。
图2 缺陷解剖照片
图3 超声检测发现缺陷的显示
由图3可知，该缺陷反射波幅达到SL＋10.5，深度为76.3mm。另外，探伤过程中发现探头移动时，反射波幅度平滑地上升到一个峰值，然又平滑地下降到零，其位置变化不大；探头定点转动时，各个方向反射波高大致相同，但稍微移动探头就消失。探头折射或K值选择如表1所示。
表1 探头折射或K值选择表
由于超声检测在缺陷准确定性判断方面还存在一定的困难，通过上述缺陷波形的特征分析，推测其为由点状气孔构成的条状缺陷，长度约为32mm。为了明确缺陷的性质，在超标缺陷处采用机械打磨、逐层渗透检测的方式对缺陷进行验证。当打磨深度约75mm时，渗透检测发现缺陷，图4显示为断续的点状气孔，实际长度为30mm，与超声检测数据基本吻合。另外，该缺陷位于焊接接头处，究其原因是由于更换焊条过程中原收弧处散热较快，加上现场空气湿度大，当重新起弧时，该处熔池冷却速度过快，气体来不及逸出而留在焊缝内形成气孔。要解决焊缝中接头处的气孔缺陷，应加强对焊接起弧和收弧时的工艺控制，采用超前引弧的方法即在接头前10mm左右处引弧稳定后，再拉回到接头处，以便对原收弧处进行加热，待形成熔池以后再压低电弧，略上下摆动1～2次即可。收弧时应尽量保持短弧，并用点弧或来回摆动2～3次填满弧坑达到消除收弧处产生气孔的目的 [2]。
图4 缺陷解剖照片
2.3射线检测
下转第350页管道焊接检测的数字射线检测技术有CR、DR（非晶硅、非晶硒）和CMOS等，但是由于线阵列、SOMS等在工效高低、面积大小、环境适应能力等方面综合性能不如DR，难以满足长输管道焊缝现场检测的要求，因此文中主要介绍CR和DR技术
CR（Computed radiography）即计算机化X 线放射影像技术。CR技术是1981年8月在布鲁塞尔国际放射学讨论会上，由富士胶片公司最先提出的。它是采用成像板（Imaging Plaet，简称IP）替代传统的增感屏／胶片进行感光并存储，再把储存于IP上的感光信号用激光扫描方法转换成电信号并进行数字图像处理的一种技术。DR技术（Digtal radiography）也叫数字摄影，目前其平板探测口分为以非晶硅（Si+Csl）为代表的间接转换数字摄影（IDDR）和以非晶硒（Se）为代表的直接转换数字摄影（DDR）两种类型。
（1）CR技术操作与胶片类似，但工效稍有提高。从工作方式看，CR是柔性的，可以如常规胶片一样弯曲地围绕在管道焊缝上，可检测几乎各种直径的管子焊缝。因为IP板紧贴管壁，几乎没有额外增加的几何不清晰度。长输管道检测中，管道爬行器上的Ｘ射线机位于管道中心，采用中心曝光法，焊缝一次曝光完成。此技术的感光板被取下后可现场进行扫描，而胶片需要花很长时间送到驻地进行冲洗才能观测。由此看出，CR与常规胶片的现场操作方法相同，人员培训很少。以1219mm×21mm管道为例，用胶片的曝光时间为2.5min，用CR技术曝光只需要60S左右。因为透照用的Ｘ射线机是由电池驱动，透照时间缩短意味着可以在一天内拍摄更多的片子。
（2）DR技术的工效比胶片照相大幅度降低，主要体现在：① 曝光时间方面，因受技术水平限制，DR硬平板只能采用分段静态曝光方式，受平板大小及几何变形限制，一次曝光只能有十几厘米长，加上必要的搭接，1016mm焊缝约需要曝光17次以上，每次曝光后，都要通过机械运动将DR平板接收器移动到下一个位置，造成现场总体曝光时间长。对于1016mm×21mm管道，扫查一道焊口约需要10min左右。② 射线装置效能方面，在十几次曝光的过程中，射线机不能停止，必须连续工作，造成爬行器电池的负荷增大，原来胶片法能透照５０道焊口的，如果采用DR，一套爬行器电池最多能扫查20～30道焊口。造成现场大量时间被浪费在为爬行器更换电池上，从而降低工效，射线机寿命也大大降低。③ 在评定记录时间方面，采用DR技术的评定记录时间比胶片记录方式增加很多，由评定一张或两张底片变成了评定20多张底片，也会降低工效。
2.4 金属磁记忆检测
金属磁记忆由于具有操作简单、灵敏度高、可靠性好等优点，目前已发展成为全新的铁磁性金属材料检测技术。记忆检测原理是由于焊接缺陷会产生异常的磁畴结构，并以漏磁场的形式外延至焊缝表面，所以通过分析焊缝的磁场强度分量，就可以确定焊缝中是否存在缺陷和应力集中区域。磁记忆检测就是利用这一原理进行焊缝检测和早期诊断的。其检测时无需对工件表面进行清理，且能实现快速自动检测，检测速度可达100m/h。
该检测设备融合了微电子技术、计算机技术和磁记忆检测技术，以铁磁金属磁记忆原理为依据研发出的新一代无损检测仪器。该设备无需对检测管道充磁、无需对检测表面进行预处理，并且能在很短的时间内检测出缺陷形状和位置。主要适用于焊缝中的裂纹、未熔合、气孔等，焊接缺陷的检测灵敏度已能满足检验要求。
3.结语
综上所述，管道焊接质量直接影响着管道结构的整体性，而管道质量的评定又需通过对其缺陷进行检测。因此，在我国工业生产的发展过程中，无损检测技术发挥着举足轻重的作用。本项目就锅炉安装阶段利用无损检测技术对管道焊缝质量进行监督，及时发现和消除了缺陷，保证了锅炉长期稳定地运行。
参考文献：
[1]冷庆.锅炉、压力容器和管道焊接技术的新发展[J].科技与企业.2015（01）
[2]崔巍，赵光可，李岩.管道焊接工艺技术及质量控制探讨[J] 化工设计通讯.2017（05）
[3]多洁才仁.石油化工管道焊接工艺与质量控制措施分析[J]. 中国石油和化工标准与质量.2016（20）
论文作者:侯耀民
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/30
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