電站高壓鍋爐管座角焊縫的無損檢測方法
摘　要：對于電站竹炭竹纖維高壓鍋爐接管座角焊縫的無損檢測，如何選擇檢測樣本和選擇何種檢測方 法才能最合理地反映出受檢總體的質(zhì)量狀況，是一個關(guān)鍵的問題。為此，分析了目前對管座 角焊縫檢測所存在的不足，提出利用金屬磁記憶方法篩選管座角焊縫抽查樣本以解決抽查樣本選擇的隨意性問題。介紹了對管座角焊縫表面質(zhì)量及內(nèi)部質(zhì)量進行無損檢測時適用的各種方法，指出合理選用檢測方法是角焊縫檢測質(zhì)量的重要保證。
關(guān)鍵詞：電站鍋爐；管座；角焊縫；無損檢測
Nondestructive test for fillet welds in nozzle stubs of
HP utility boilers
NI Jinfei, CHEN Shunqiang, LU Fanglong
(Guangdong Power Test & Research Institute, Guangzhou 510600, China)
　　Abstract: The selection of proper testing samples and method to rationally reve al the overall quality of the tested is a key point in nondestructive test (NDT) for fillet welds in nozzle stubs of HP utility boilers. Based on the analysis o f the drawbacks of present measures, this paper recommends metal magnetic memory testing (MMMT) for sifting the samples in spotchecking of the fillet welds. D I verse methods to assess the external and internal quality of these welds are introduced, and the importance of selecting a proper test method to the inspection effect indicated.
Key words: utility boiler; nozzle stub; fillet weld; NDT

電站高壓鍋爐中，熔化焊接管座角焊縫占有相當(dāng)大的比例，對這些角焊縫進行有效的檢測是質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對接管座熔化焊角焊縫的無損檢測都給出了要求。如《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：對pw≥3.82 Mpa的鍋爐，集中下降管角焊縫應(yīng)做100%射線探傷或超聲波探傷；每個鍋筒和集箱上的其他管接頭角焊縫及其打底焊縫，至少應(yīng)做10%的無損檢測。其中，就涉及到如何選擇檢測樣本和選擇何種無損檢測方法以最合理地反映出受檢總體的質(zhì)量狀況的問題。目前，在實際檢測過程中，選擇抽查樣本及檢測方法時還普遍存在較大的隨意性。
　　為了改善目前的這種狀況，使得檢驗樣本、檢驗方法的選取都具有系統(tǒng)性、全面性和針對性，我們在這方面進行了積極有效的嘗試。

1.檢驗樣本的選取
　　對管座角焊縫按要求進行一定比例的無損檢測，選擇抽查樣本時通常做法是基于如下幾方面因素的綜合考慮，即：宏觀檢查的初步結(jié)果；機組運行期間的運行狀況對部件安全的影響；以前檢查多次發(fā)現(xiàn)缺陷的部位；等等。這種選取樣本的方法存在最大的問題就是只有當(dāng)部件中的缺陷發(fā)展到一定程度從而存在宏觀表征的管座角焊縫才可能被選中以做進一步的檢驗，缺陷已初步形成而未有宏觀表征但可能在兩大修期間擴展引起事故的管座角焊縫很可能漏檢。為了解決這一現(xiàn)實問題，我們將金屬磁記憶檢測（MMMT）的方法引入管座角焊縫的檢驗。
　　電站鍋爐中大量使用的金屬一般都為鐵磁性材料。此類材料中存在缺陷或其他原因引起局部應(yīng)力集中時，會產(chǎn)生很高的應(yīng)力能。在應(yīng)力能的作用下，其內(nèi)部磁疇在地球磁場中產(chǎn)生疇壁的位移甚至不可逆的重新排列，產(chǎn)生磁彈性以抵消應(yīng)力能的增加，從而在應(yīng)力集中區(qū)形成微弱的“漏磁場”，表現(xiàn)為金屬的磁記憶特性。漏磁場強度的切向分量Hp（x）具有最大值，法向分量Hp（y）改變符號且具有零值點，如圖1所示。利用MMMT可在不施加外部磁場的作用時檢測到Hp（y），經(jīng)過對采集信號的放大、處理后，可顯示出材料中的應(yīng)力集中部位及強弱，從而方便地查找出可能存在缺陷的部位。這就是我們應(yīng)用金屬磁記憶檢測選擇管座角焊縫抽查樣本的物理基礎(chǔ)。
　　利用金屬磁記憶儀對角焊縫進行檢測時，只要參數(shù)選擇得當(dāng)，在沒有應(yīng)力集中的部位，屏幕上的磁記憶信號應(yīng)該有周期性且均勻顯示，當(dāng)存在一定程度的應(yīng)力集中時，儀器屏幕上會出現(xiàn)明顯的有一定寬度的突變信號。根據(jù)現(xiàn)場檢驗實際經(jīng)驗，建議對管座抽查選擇的樣本應(yīng)該包含所有存在明顯磁記憶突變信號的角焊縫。

2.管座角焊縫的表面質(zhì)量無損檢測
　　對管座角焊縫表面缺陷進行探測主要采用的方法有滲透探傷和磁粉探傷兩種，并且，應(yīng)盡可能優(yōu)先選擇磁粉探傷。
　　磁粉探傷時，為了排除偽缺陷的干擾，保證探傷儀與工件表面的良好接觸，探測前應(yīng)磨掉角焊縫及其邊緣的氧化皮、油漆、銹蝕等直至出現(xiàn)金屬光澤，并將咬邊等表面宏觀缺陷修磨干凈（滲透探傷對角焊縫表面質(zhì)量的要求基本相同）。檢測過程中，為了保證能夠檢出所有的橫向缺陷和縱向缺陷，在檢測條件允許的情況下，對角焊縫共應(yīng)探測8次，如圖2所示。
　　電站高壓鍋爐熔化焊角焊縫所連接的材料很多時候為異種鋼材，由于材料成分相差較大，特別是當(dāng)Cr與Mo元素含量相差較大時，磁粉探傷過程中磁痕往往易偏向顯示于某一側(cè)的熔合線上。此時，可應(yīng)用滲透探傷對熔合線上磁痕的真?zhèn)芜M行辨別。如滲透探傷沒有顯示，則可以排除缺陷的存在。如果滲透探傷仍有缺陷顯示，則需進一步以超聲波或射線探傷方法予以確認。

3.管座角焊縫內(nèi)部質(zhì)量無損檢測
　　電站高壓鍋爐存在大量規(guī)格φ133 mm和φ108 mm接管的安放式管座角焊縫，對于管徑大于或等于這兩種外徑的接管座角焊縫可以采用射線探傷或超聲波探傷方法檢測。接管外徑小于上述尺寸的管座角焊縫一直是無損檢測的難點，一般用超聲波探傷進行檢測。
3.1接管外徑大于或等于108 mm的管座角焊縫內(nèi)部質(zhì)量無損檢測
　　對于接管外徑大于或等于108mm的管座角焊縫進行射線探傷，主要目的是為了檢測出角焊縫中是否存在坡口未熔合、根部未焊透等缺陷。底片的布置主要有兩種方法，如圖3。
　　射線探傷時，由于焊縫長度、寬度范圍內(nèi)透照厚度變化較大，必須采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行補償，通常采用的方法是異速雙片法；為了保證坡口未熔合、根部未焊透等缺陷的最佳檢出效果，在進行探傷前，應(yīng)充分了解焊縫結(jié)構(gòu)特點，并有針對性地選擇透照方向；角焊縫透照周向位置一般采用“鐘點”定位法定位，工件上12點位置應(yīng)打上低應(yīng)力鋼印，以便分析缺陷位置、性質(zhì)并做出適當(dāng)?shù)奶幚�，同時，評定底片時要注意影像畸變、位移對缺陷顯示的影響。
　　目前，有關(guān)管接頭角焊縫射線透照方法與驗收條件在我國還未有自己的標(biāo)準(zhǔn)，實際應(yīng)用中一般可參考英國BS及德國DIN等標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容。
　　電站鍋爐中接管外徑大于或等于108 mm的管座角焊縫進行超聲波探傷通�？蓞⒖糐B 473 0—1994《壓力容器無損檢測》的有關(guān)規(guī)定，共有5種探測方式，可根據(jù)工件的實際狀況選擇其中一種或幾種方式實施檢測。但始終應(yīng)堅持如下原則：以直探頭檢測為主，直探頭檢測不到的區(qū)域，采用斜探頭檢測；檢測時必須充分考慮角焊縫中可能存在的各類缺陷，并使主聲束盡可能垂直于焊縫中的危險缺陷，以保證危險缺陷能被檢查出來。
3.2接管外徑小于108 mm的管座角焊縫內(nèi)部質(zhì)量無損檢測
　　由于下述三方面因素的存在，接管外徑小于108 mm的管座角焊縫的超聲波探傷一直是檢測的難點，這些因素包括：管徑小，探傷面曲率大，容易造成聲束擴散使得靈敏度降低；管壁薄，聲程短，近場干擾較大；為保證盡可能大的掃查范圍，探頭折射角大，從而容易產(chǎn)生變形波。
　　經(jīng)過實驗室研究和現(xiàn)場驗證，對于接管外徑不大于108 mm的管座角焊縫，超聲波探傷時我們選擇小晶片、小前沿尼龍?zhí)筋^（晶片尺寸6 mm×6 mm較為合適，探頭前沿長度l0≤5 mm），探頭頻率選擇5 MHz，此時最小可檢出缺陷尺寸約為0.6 mm。檢測時必須使用至少兩種不同折射角的探頭：為檢出角焊縫上部區(qū)域的缺陷，一般選用K=2.5～2.7；但檢查根部缺陷時，考慮到端角反射問題，選用K=0.7～1.5,以提高根部缺陷檢出能力。檢測前為保證探頭與工件的充分耦合，探頭底面應(yīng)修磨成圓弧面。
　　掃描速度調(diào)整、DAC曲線的制作所采用的試塊選取DL/T 820—2002標(biāo)準(zhǔn)的DL-1試塊。
　　探測焊縫層間缺陷與根部缺陷的靈敏度選擇依據(jù)不同的基準(zhǔn)。探測焊縫層間缺陷時，以DL-1試塊中φ1 mm×15 mm的通孔為基準(zhǔn)。對于接管壁厚為8 mm的管座角焊縫，其探傷靈敏度一般選擇為φ1 mm×15 mm，-12 dB。探測根部缺陷以相同規(guī)格管內(nèi)部1.5 mm深溝槽作為啟始靈敏度。
　　檢測過程中，一次波標(biāo)記點前出現(xiàn)的反射波均為缺陷波。如果二次波在內(nèi)壁上的轉(zhuǎn)折點在焊縫外側(cè)，反射點位于焊縫中，該反射波可判為缺陷波；如果二次波在內(nèi)壁上的轉(zhuǎn)折點在焊縫里面，該反射波不能判為缺陷波。