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技術(shù)文章

使用超聲B掃描成像檢測(cè)小口徑管座角焊縫
20世紀(jì)80年代以前，幾乎所有的承壓焊口通過射線照相術(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。放射照相術(shù)（RT）是全厚度范圍內(nèi)能提供可信的記錄的**無損檢查方法。但RT對(duì)危害性大的線性型缺陷不夠靈敏以及射線對(duì)人體有害。大量試驗(yàn)研究表明，超聲波檢測(cè)（UT）的檢測(cè)能力以及檢測(cè)的**度是*高的。隨著強(qiáng)大便攜式計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，超聲檢測(cè)的數(shù)據(jù)和圖像已可記錄，檢測(cè)報(bào)告能自動(dòng)生成并輸出。

一、ISONIC 2001智能超聲檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)特征及功能

ISONIC 2001超聲檢測(cè)系統(tǒng)（以色列Sonotron NDT制造），不需要繁重的輔助器械，僅利用空氣傳播的常規(guī)聲波來記錄探頭X-Y軸位置和探頭角度，即可對(duì)缺陷定位、定量。為了獲得探頭位置和轉(zhuǎn)動(dòng)角度，在探頭固定器上裝有兩個(gè)發(fā)射器，發(fā)射的信號(hào)由裝在定位條上的兩個(gè)聲接收器接收；軟件被用于對(duì)這些信號(hào)計(jì)時(shí)，在兩個(gè)接收器上的空氣傳播聲波到達(dá)的時(shí)間差分別表示探頭探測(cè)點(diǎn)的位置和方向。一個(gè)友好的圖形使用界面（GUI）指導(dǎo)操作者進(jìn)行全部必需的步驟。可在每個(gè)焊縫的任何位置放置探頭，即使在非常困難位置也能使用。定位條可以放在探頭固定器的前面或者后面。**必須的是兩個(gè)接收器要平行或垂直于焊縫放置。當(dāng)焊縫在掃描時(shí)在儀器顯示屏上指示了探頭的位置。

操作人員僅僅需要依照顯示屏定義的“掃描框”來確保整個(gè)焊縫的覆蓋，軟件會(huì)“**”出焊縫的曲面（如果需要），以及直接顯示出, C-掃描（頂視）、B-掃描（側(cè)視、端視）覆蓋在焊縫上實(shí)時(shí)的焊縫缺陷圖像。當(dāng)超聲耦合可接受時(shí)，顯示信息；當(dāng)己超出掃描框邊界或探頭旋轉(zhuǎn)角度錯(cuò)誤時(shí)，顯示一個(gè)同類的信息。在檢測(cè)中，超聲A掃描同步顯示，并且超過預(yù)設(shè)定波高限制的所有信息都有記錄，缺陷特征和方位在X—Y軸和深度方向顯示并記錄，信號(hào)波高以不同色彩顯示；在焊縫中缺陷的準(zhǔn)確位置在三維方向上顯示；在常規(guī)后處理工作中被**測(cè)量；內(nèi)置的自動(dòng)報(bào)告裝置可獲取所有有效的檢驗(yàn)參數(shù)制作**檢測(cè)副本。

ISONIC 2001便攜式智能超聲波檢測(cè)系統(tǒng)具有A、B、C、P 掃描和TOFD衍射成像功能。該系統(tǒng)???有二十多種標(biāo)準(zhǔn)和專用軟件，為各種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用提供直觀的多媒體人機(jī)對(duì)話窗口，集檢測(cè)跟蹤、數(shù)據(jù)記錄、缺陷成像功能于一體。已使用該設(shè)備對(duì)65~200mm厚汽包環(huán)縫成像，并對(duì)缺陷成功定位、定量，在多個(gè)發(fā)電廠使用該儀器對(duì)風(fēng)機(jī)軸、循環(huán)泵軸，**門閥體、管道焊縫、厚壁壓力容器進(jìn)行缺陷成像、定位等，解決了困擾客戶多時(shí)的難題，可靠且直觀，得到參與電力設(shè)備檢修的外國專家的好評(píng)。

二、小口徑管座焊接質(zhì)量檢查的現(xiàn)狀

目前電站鍋爐“四管”爆漏事故中，除了運(yùn)行中因管壁減薄引起的爆管、對(duì)接焊口缺陷引發(fā)的爆漏外，集箱管座焊接缺陷引起的爆漏還有一定比例（去年某電廠統(tǒng)計(jì)為20%）。

由于技術(shù)、管理上的原因，小管座接頭容易產(chǎn)生嚴(yán)重的缺陷，這些缺陷有焊接缺陷，也有運(yùn)行中產(chǎn)生的缺陷，以往由于缺乏對(duì)這類接頭的檢測(cè)手段，管座接頭缺陷引起的爆漏事故有上升的趨勢(shì)。

鍋筒、集箱管座焊接接頭的缺陷主要有裂紋、未焊透、未熔合、夾渣、氣孔等。其中裂紋、未焊透、未熔合為平面型缺陷，危害性大，是不允許存在的。國際焊接學(xué)會(huì)的有關(guān)研究報(bào)告指明：夾渣為體積型缺陷，比氣孔對(duì)焊接接頭失效影響要大，而氣孔的位置比其大小對(duì)接頭失效影響更大。

現(xiàn)階段，小管座焊接接頭的檢測(cè)手段以磁粉法、滲透法為主，這些方法僅是檢測(cè)表面和近表面的缺陷。而小管座焊接接頭質(zhì)量控制重點(diǎn)應(yīng)在焊縫根部。研究表明，管座泄漏大部分是從根部缺陷引起的，如果焊縫根部的嚴(yán)重缺陷不能被檢測(cè)出來，這種表面探傷是毫無意義的。

電力標(biāo)準(zhǔn)DL/T820-2002《管道焊接接頭超聲波檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》中已提出超聲波檢測(cè)小管座焊口的可行性、必要性。由于常規(guī)超聲波探傷檢出率及定量技術(shù)問題，超聲檢測(cè)手段并不為各部門所完全使用，部分嚴(yán)重缺陷就被掩蓋，從而對(duì)設(shè)備的**運(yùn)行形成很大的威脅。

廣東沙角A電廠200MW機(jī)組2號(hào)爐省煤器2004年進(jìn)行了整體改造。由于此前1號(hào)爐省煤器改造中發(fā)現(xiàn)管座焊口存在制造質(zhì)量問題，為保證設(shè)備**運(yùn)行，決定對(duì)2號(hào)爐省煤器所有管座角焊縫進(jìn)行100%的超聲波檢查，使用ISONIC 2001便攜式智能超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)省煤器6個(gè)集箱的1372個(gè)小管座（φ32mm×5mm,φ45mm×5mm）以及10個(gè)大管座（φ133mm×14mm,φ108mm×10mm）進(jìn)行UT 檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)63個(gè)小管座存在超標(biāo)缺陷，另有46個(gè)小管座存在點(diǎn)狀缺陷，大管座基本合格。

三、小口徑管座角焊縫探傷

ISONIC 2001專用軟件ABIScan的技術(shù)特點(diǎn)

1、ABIScan具有快速B掃描成像功能，使用斜探頭利用一次波和一次反射波相結(jié)合對(duì)被測(cè)物件截面成像，對(duì)成像過程能實(shí)現(xiàn)A超數(shù)據(jù)及截面圖形自動(dòng)記錄功能。

2、探測(cè)條件

此次集箱共有1372個(gè)小管座角焊縫，材質(zhì)20g，集箱（φ273mm×32mm）厚度大，僅能在小管上用斜探頭掃查；檢測(cè)要求和標(biāo)準(zhǔn)完全按DL/T 820-2002《管道焊接接頭超聲波檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》。

(1) 選用探頭。選擇頻率5MHz，5Z6×6K3小徑管專用探頭。
(2) 探頭修磨。參照探傷管子對(duì)探頭進(jìn)行表面修磨，使其達(dá)到規(guī)程規(guī)定的要求。
(3) 耦合劑。選用漿糊。
(4) 儀器調(diào)整和校驗(yàn)。掃描速度按深度比例1:1：使用1號(hào)DL-1專用試塊，測(cè)定修磨后的參數(shù)，并在A超界面按規(guī)程繪出DAC曲線，方便了解缺陷波高以備參考。由于ISONIC 2001的A型脈沖顯示界面為數(shù)字式結(jié)構(gòu)，可以直接**讀出缺陷深度、水平距離、聲程、波幅、波高比，這也為B掃描成像記錄提供基礎(chǔ)。在實(shí)際檢測(cè)工作中，使用一次波和一次反射波，掃查靈敏度DAC+10dB，補(bǔ)償2dB。

3 檢測(cè)方法

斜探頭在小管壁作垂直于焊縫上下掃查，相鄰兩次探頭移動(dòng)掃查面應(yīng)有20%以上重疊。保證焊縫部分都能被一次波和一次反射波掃查到。
在掃查過程中如發(fā)現(xiàn)缺陷，找到*大反射波，記錄*大反射波幅度，對(duì)縱向缺陷，將探頭平行焊縫移動(dòng)，采用5EC 法或半波高度法測(cè)定缺陷長(zhǎng)度；并對(duì)缺陷*嚴(yán)重部分截面成像（C 掃描成像）。

4 探　傷

調(diào)整好每個(gè)參數(shù)，就可以進(jìn)行探傷，掃查方式是沿小管方向垂直焊縫前后掃描。如發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷（依規(guī)程的回波波高）啟動(dòng)ABIScan軟件對(duì)缺陷部位進(jìn)行記錄，軟件將掃描到的部位所對(duì)應(yīng)回波幅度值，以不同的顏色在成像截面圖上顯示，不同顏色對(duì)應(yīng)的回波幅度標(biāo)示在截面圖左側(cè)，其他檢測(cè)參數(shù)也隨機(jī)儲(chǔ)存，包括同步的全A型脈沖數(shù)據(jù)記錄下來。

隨后對(duì)記錄進(jìn)行后處理。首先過濾圖像，根據(jù)檢驗(yàn)規(guī)程，這里過濾4dB，即評(píng)判回波幅度達(dá)到DAC+6dB的缺陷；測(cè)量缺陷深度、寬度及其他量化數(shù)據(jù)，缺陷任意位置的A超曲線也可恢復(fù)，這些焊縫檢測(cè)結(jié)果的重要信息可儲(chǔ)存，自動(dòng)生成報(bào)告并打印輸出。

5 檢測(cè)結(jié)果及分析

對(duì)這批管座角焊縫探傷共有63個(gè)超標(biāo)缺陷焊口，發(fā)現(xiàn)缺陷回波幅度較高，波峰尖銳，認(rèn)為主要缺陷是未焊透，其次是未熔合，及部分夾渣、氣孔。原因是坡口加工、對(duì)口間隙等工藝過程中監(jiān)控不好而造成的。在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)多次解剖了十幾個(gè)判廢焊口，都證明缺陷的存在，定位是準(zhǔn)確的，產(chǎn)品制造商對(duì)探傷結(jié)果是認(rèn)可的，用戶對(duì)檢測(cè)結(jié)果是滿意的。

四、小 結(jié)

從本次對(duì)沙角A電廠2號(hào)爐省煤器聯(lián)箱小管座焊接探頭的超聲波探傷的結(jié)果來看，ISONIC 2001超聲B掃描成像檢測(cè)技術(shù)，完全符合DL/T 820-2002《管道焊接接頭超聲波檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》要求；對(duì)小口徑管座角焊縫根部未熔合、未焊透等缺陷有極高的檢出率，能做到檢測(cè)直觀、評(píng)定客觀，是電站鍋筒和集箱小口徑管座角焊縫有效的探傷方法。探頭前沿短，聲波覆蓋范圍大，顯示直觀，適應(yīng)范圍廣。