衍射時差法在鍋爐安全性能檢測中的應用

河南省化工壓力容器檢測中心站 馬偉力

衍射時差法在鍋爐安全性能檢測中的應用

河南省化工壓力容器檢測中心站 馬偉力

某火力發電廠，鍋爐運行時間15 000 h，近期因主蒸汽管道的一條焊縫裂紋引起泄漏，被迫停爐進行修理。經檢驗判定，造成被迫停爐的主蒸汽管道的焊縫裂紋為蠕變損傷裂紋，裂紋出現在熱影響區，為內部裂紋擴展到表面導致泄露，造成了被迫停爐。為防止此類事故的發生，用戶在大修期間計劃將主蒸汽管道的焊縫及熱影響區進行無損檢測，對發現有蠕變損傷的焊縫修理，以確保機組的安全運行。機組停運后，用戶委托本文筆者單位進行檢測。為縮短檢驗及修理時間，雙方協商采用TOFD法（衍射時差法)對主蒸汽管道焊縫及熱影響區進行檢測，主要檢測內容為蠕變損傷裂紋，此次檢測也是蠕變損傷裂紋專項檢測。

一、檢測方案

1.相關技術參數。檢測對象為電站鍋爐主蒸汽管道；焊縫類別為手工焊，雙V型坡口；材質為12Cr1MoVG；規格為Ф609.6× 90 mm。

2.設備選用。使用設備為以色列單通道ISONIC2006型，該設備具有A、B、C、P掃描、TOFD衍射成像系統等，采用手動掃查器。

3.探頭角度的選擇。TOFD檢測并不要求精測聲束角度，偏離標準值±5°不會明顯影響檢測結果。根據實際情況選擇探頭為：頻率為5 MHz，晶片尺寸為6 mm，楔塊為45°，60°。

4.探頭間距（PCS）設定。在被檢厚度為90 mm區域內應進行分區檢測，每個分區覆蓋不同深度范圍，應達到良好的分辨率和足夠的覆蓋率，保證在整個焊縫寬度和厚度范圍內實現完全覆蓋，確定采用單面分層掃查，PCS設定如下：

式（1）中，PCS1為入射角為60°時的探頭中心間距；PCS2為入射角為45°時的探頭中心間距；T為被檢工件厚度，單位為mm。

5.掃查方法。采用非平行掃查法對缺陷長度、高度和埋藏深度進行測定。對已發現的缺陷需要確定相對焊縫中心線的偏移量時，進行平行掃查。

6.檢測靈敏度設置。采用在被檢工件上設置靈敏度，將直通波的波幅設定到滿刻度的40%～80%；因工件表面狀況的影響，不能利用直通波校準時，可將底面反射波幅設定為滿刻度，再增益18～30 dB。

二、檢測結果與分析

1.檢測結果。經過對80 m主蒸汽管道的20個焊口進行TOFD檢測，共發現3處焊縫內部存在裂紋，經修理后復驗合格。

2.結果分析。電站鍋爐的主蒸汽管道在高溫、高壓的持續作用下，特別是經過15萬h長期運行后，會產生蠕變損傷；在厚壁焊接接頭中，由于母材、熱影響區和焊接金屬內，特別是焊接形狀不連續位置，會產生蠕變集中，此位置很可能成為蠕變開裂的起點。在焊縫及其熱影響區內部的蠕變損傷會引起穿透性裂紋，如不及時發現和修理，往往會導致危害性事故。

本次檢測發現的3處裂紋，均為內部裂紋，實際上，在外表面發生開裂前，內部早就有了裂紋，一旦延伸到表面，就會產生泄漏事故。因此，內部蠕變損傷的檢測十分重要。

TOFD在檢測此厚度工件時，缺陷檢出率高于RT、常規UT檢測。RT由于影像噪聲和不清晰度的限制，很難檢測出厚壁管焊接接頭中的微小蠕變損傷，而常規UT靠反射波來判斷裂紋，反射波強度（回波幅度）在很大程度上取決于聲束對裂紋的入射角度。這里作為檢測對象的蠕變損傷，由沿焊縫坡口面的，也有垂直于板材表面的裂紋，用普通的脈沖回波法檢測，漏檢概率很大。同時，UT法與操作人員的操作熟練程度和責任心關系密切，極易造成漏檢。采用TOFD法（衍射時差法），因為是利用裂紋端部向360°方向產生的衍射波，故裂紋的檢出與其傾斜角度無關，圖1為比較了常規UT法與TOFD法的裂紋檢出特性。

圖1 常規UT法與TOFD法的裂紋檢出特性比較

在圖1中，橫坐標表示超聲波對裂紋的入射角，縱坐標表示裂紋回波高度（以超聲波垂直入射裂紋時的波高為基準）。從圖1中可見，超聲波束對裂紋的入射角偏差10°時，常規UT靈敏度約下降25%，而TOFD靈敏度下降值很小，才5 dB。因此，管道焊接接頭的裂紋檢測，采用TOFD最為適當。

三、結論

1.TOFD在電站鍋爐檢測方面有許多優勢。例如，對于焊縫中缺陷檢出率很高，容易檢出方向性不好的缺陷；采用TOFD和脈沖回波相結合，可以實現100%焊縫覆蓋；沿焊縫作一維掃查，具有較高的檢測速度，缺陷定量、定位精度高。

2.TOFD在電站鍋爐蠕變裂紋檢測上也存在不足地方。例如，在檢測近表面時，存在3～10 mm檢測盲區。本次在采用TOFD檢測的同時，對焊縫及熱影響區表面做了磁粉檢測，以發現表面及近表面的缺陷。

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