壓力容器對(duì)接焊接接頭衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)工藝要點(diǎn)

姚志華

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院)

0 前言

現(xiàn)場(chǎng)定期檢驗(yàn)?zāi)澈铣砂逼髽I(yè)中工業(yè)變換工序的主要容器——中溫變換爐。該變換爐材質(zhì)為15CrMoR， 規(guī)格為 ?3200 mm×17800 mm×44 mm，采用埋弧自動(dòng)焊焊接，X型坡口，焊縫寬度30 mm。由于檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)條件的限制，不允許采用射線檢測(cè)。傳統(tǒng)的脈沖反射式超聲檢測(cè)技術(shù)是根據(jù)反射信號(hào)來(lái)檢出缺陷的，依據(jù)缺陷信號(hào)幅度和探頭移動(dòng)范圍可確定缺陷尺寸及性質(zhì)，其缺陷的檢出和定量受到超聲波聲束角度、探測(cè)方向、缺陷表面粗糙度、試件表面狀態(tài)及探頭壓力等諸多因素影響。這些影響往往是很難克服的，但是應(yīng)用衍射時(shí)差法 （TOFD）技術(shù)這些問(wèn)題就可以得到很好的解決。采用衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)，缺陷的衍射信號(hào)與超聲聲束角度無(wú)關(guān)，檢測(cè)的可靠性和精度不受缺陷與入射波之間角度的影響，根據(jù)衍射信號(hào)的傳播時(shí)間差來(lái)確定衍射點(diǎn)位置，缺陷定位定量不再依靠信號(hào)的波幅。

作為無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)，TOFD超聲檢測(cè)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）TOFD技術(shù)的可靠性好。由于衍射信號(hào)波幅基本上不受超聲聲束角度影響，任何方向的缺陷都能有效地發(fā)現(xiàn)。TOFD技術(shù)缺陷檢出率遠(yuǎn)高于常規(guī)手工超聲檢測(cè)技術(shù)，且大多數(shù)情況下也高于射線照相檢測(cè)技術(shù)。

（2）TOFD技術(shù)的定位精度高。一般認(rèn)為，對(duì)線型缺陷或者面積型缺陷，TOFD測(cè)高誤差小于1 mm。

（3）TOFD檢測(cè)簡(jiǎn)便快捷。最常用的非平行掃查無(wú)需做鋸齒形掃查，檢測(cè)效率高。

（4）TOFD檢測(cè)系統(tǒng)可采集和記錄大量信息，TOFD圖像更有利于缺陷的識(shí)別和分析。

因此經(jīng)協(xié)商，決定采用衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)非平行掃查方式進(jìn)行該變換爐對(duì)接接頭的無(wú)損檢測(cè)，且按JB/T 4730.10—2010標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格。

1 檢測(cè)工藝的制訂

根據(jù)焊接工藝、容器結(jié)構(gòu)和施工程序，制訂TOFD檢測(cè)工藝。

2 檢測(cè)人員、儀器和試塊

TOFD檢測(cè)至少由2人參加，且應(yīng)具有特種設(shè)備TOFDⅡ級(jí)資格，并了解基本的焊接結(jié)構(gòu)和壓力容器使用概況。本次檢測(cè)采用的儀器是武漢中科公司生產(chǎn)的HS-810型TOFD檢測(cè)儀和配套掃查架。由于工件的厚度小于50 mm，因此直接在壓力容器本體母材良好的部位進(jìn)行檢測(cè)靈敏度的調(diào)試。

3 檢測(cè)工藝卡的制訂

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，編制檢測(cè)工藝卡。

3.1 掃查面及掃查寬度的確定

筒體和上下封頭母材焊縫兩側(cè)厚度相等，因此TOFD掃查面可以在容器內(nèi)表面，也可以在容器外表面。

為保證掃查架移動(dòng)順利，焊縫兩側(cè)掃查面寬度均不小于150 mm，其表面粗糙度Ra應(yīng)不大于6.3 μm。

3.2 確定檢測(cè)區(qū)域

該變換爐材質(zhì)為15CrMoR，X型坡口，采用自動(dòng)埋弧焊焊接。根據(jù)焊接工藝評(píng)定，熱影響區(qū)寬度為≤8 mm，因此，檢測(cè)區(qū)域確定為焊縫、熔合線及熔合線外10 mm的范圍。

3.3 檢測(cè)通道和PCS的設(shè)置

本檢測(cè)采用單通道掃查，通道PCS的設(shè)置執(zhí)行2/3T原則。

3.4 探頭的選擇

工件厚度44 mm，選擇5M?6、角度為60°的探頭。

3.5 時(shí)間窗口的設(shè)置

為了觀察、評(píng)判的方便和保證整個(gè)通道的覆蓋，時(shí)間窗口的起始位置為直通波到達(dá)前0.5～1 μs，時(shí)間窗口的終止位置為工件底面波后 0.5 μs。

3.6 掃查方式

TOFD掃查方法采用非平行掃查。

對(duì)于丁字縫部位，TOFD掃查架通過(guò)的焊縫區(qū)域應(yīng)進(jìn)行打磨平滑，以確保掃查架通過(guò)焊縫時(shí)聲波耦合良好。

3.7 耦合劑

耦合劑采用水或機(jī)油。

3.8 補(bǔ)充檢測(cè)

為了防止上下表面盲區(qū)和橫向缺陷漏檢，在TOFD檢測(cè)合格后增加手工超聲檢測(cè)。手工超聲檢測(cè)主要是對(duì)上下表面盲區(qū)以及橫向缺陷進(jìn)行檢測(cè)。此外，焊縫內(nèi)外表面增加磁粉檢測(cè)。

根據(jù)工件條件、焊縫寬度和上述選擇要求，編制的TOFD檢測(cè)工藝卡如表1所示。

4 檢測(cè)工藝驗(yàn)證及實(shí)施

按本工藝將設(shè)置好的TOFD設(shè)備在相同厚度的模擬試塊上進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)證，模擬試塊中的缺陷均能清晰顯示。本工藝在盲區(qū)試塊上進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)證，上表面盲區(qū)≤6 mm。

5 小結(jié)

（1）儀器調(diào)試中深度校準(zhǔn)較位移校準(zhǔn)更為重要，當(dāng)直通波或底波不平直時(shí)，不宜采用測(cè)直通波和底面波反射信號(hào)來(lái)反推探頭延時(shí)和波速。

（2）本設(shè)備的檢測(cè)采用單通道較高頻率，并在滿足焊縫寬度的情況下選擇盡可能小的PCS，以利于減小上表面盲區(qū)。

（3）上表面盲區(qū)的深度與直通波脈沖時(shí)間寬度、探頭頻率、帶寬和探頭中心間距有關(guān)，一般情況下要占檢測(cè)厚度的10%～25%。本工藝在盲區(qū)試塊上進(jìn)行了檢測(cè)驗(yàn)證，上表面盲區(qū)≤6 mm。

表1 壓力容器TOFD檢測(cè)工藝卡 工藝卡編號(hào)：××××-××

續(xù)表

（4）采用手工超聲波檢測(cè)和磁粉檢測(cè)作為TOFD檢測(cè)的補(bǔ)充檢測(cè)，減少了上下表面檢測(cè)盲區(qū)和橫向缺陷漏檢的可能。

（5）TOFD技術(shù)對(duì)缺陷定性比較困難，可在區(qū)分上表面開(kāi)口、下表面開(kāi)口及埋藏缺陷的基礎(chǔ)上結(jié)合材料的焊接性、焊接結(jié)構(gòu)形式、焊接方式等進(jìn)行缺陷性質(zhì)判定，必要時(shí)采用射線照相檢測(cè)法進(jìn)一步確認(rèn)缺陷性質(zhì)。

（6）如有必要，可改變通道PCS的2/3T聚焦法則，將焦點(diǎn)選在缺陷所在部位以獲得更高的信噪比。

（7）近年來(lái)衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為成熟的超聲檢測(cè)新方法。大量的檢測(cè)實(shí)例表明，TOFD技術(shù)具有缺陷檢出率高、實(shí)時(shí)成像記錄、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于壓力容器無(wú)損檢測(cè)是一種有效的補(bǔ)充。

鑒于國(guó)內(nèi)對(duì)TOFD技術(shù)的強(qiáng)烈要求，如對(duì)于厚壁容器、無(wú)法進(jìn)入容器內(nèi)部時(shí)其封頭與筒體的最后一條對(duì)接焊縫、現(xiàn)場(chǎng)組焊檢測(cè)等情況，建議在 《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》 （TSG R0004—2009）修訂時(shí)將衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)及時(shí)納入，以期促進(jìn)和規(guī)范衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用，提高壓力容器無(wú)損檢測(cè)技術(shù)水平。

[1] 劉書(shū)宏，盧超.超聲TOFD檢測(cè)技術(shù)在T型焊縫中的應(yīng)用 [A].見(jiàn)：中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無(wú)損檢測(cè)分會(huì).第十屆無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì)年會(huì)論文集 ［C］.2013.

[2] 強(qiáng)天鵬.衍射時(shí)差法 （TOFD）超聲檢測(cè)技術(shù) ［M］.2012.

[3] JB/T 4730.3—2005承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第3部分：超聲檢測(cè) ［S］.國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源局，2005.

[4] NB/T 47013.10—2010 （JB/T 4730.10） 承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第10部分：衍射時(shí)差法超聲檢測(cè) ［S］.國(guó)家能源局，2010.