氣體冷卻器T 型角焊縫高溫電磁超聲檢測(cè)

應(yīng)家儀 胡利晨 張翰林 錢盛杰

（寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院）

某公司一臺(tái)氣體冷卻器運(yùn)行過(guò)程中存在異響并伴有輕微的振動(dòng)，設(shè)備管理人員懷疑容器內(nèi)部懸掛換熱管組件的內(nèi)件與筒體焊接的T 型角焊縫存在脫落或者開裂情況。 考慮到企業(yè)生產(chǎn)的需要，該容器為運(yùn)行狀態(tài)且短期內(nèi)無(wú)法停機(jī)進(jìn)行開罐檢測(cè)，因此需要一種從容器外壁對(duì)內(nèi)壁T 型角焊縫進(jìn)行在線檢測(cè)的方法。 常規(guī)超聲檢測(cè)技術(shù)是一種檢測(cè)T 型角焊縫埋藏缺陷的有效手段［1，2］，但用于檢測(cè)該臺(tái)設(shè)備時(shí)存在兩個(gè)不利因素：T 型角焊縫結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 易造成缺陷波和結(jié)構(gòu)回波混淆；設(shè)備處于高溫狀態(tài)，檢測(cè)過(guò)程中需要不斷往容器表面涂抹耦合劑，難以實(shí)施檢測(cè)。

電磁超聲快速掃查技術(shù)是一種可實(shí)現(xiàn)高溫在線檢測(cè)的技術(shù)，且無(wú)需在設(shè)備表面打磨和涂抹耦合劑，通過(guò)實(shí)時(shí)D 掃成像即可觀察角焊縫的焊接質(zhì)量［3～5］。 在此，筆者采用電磁超聲快速掃查技術(shù)， 從設(shè)備的外壁檢測(cè)內(nèi)壁T 型角焊縫內(nèi)部缺陷。

1 檢測(cè)工藝

在電磁超聲檢測(cè)實(shí)施前，首先制定氣體冷卻器電磁超聲檢測(cè)工藝流程， 根據(jù)容器結(jié)構(gòu)確定T型角焊縫在設(shè)備中的分布， 制定掃查軌跡圖；接著設(shè)置電磁超聲高溫補(bǔ)償功能，按照掃查軌跡圖進(jìn)行高溫在線檢測(cè)并保存所采集的圖像；最后根據(jù)D 掃圖像判斷檢測(cè)結(jié)果。

在檢測(cè)過(guò)程中，將帶有編碼器的電磁超聲探頭置于容器外表面， 從容器外壁對(duì)內(nèi)壁的T 型角焊縫進(jìn)行檢測(cè)。電磁超聲探頭沿容器周向進(jìn)行掃查， 尋找T 型角焊縫。 沒(méi)有T 型角焊縫的區(qū)域，電磁超聲掃描圖像中顯示的是清晰完整的底波。 在焊接良好的角焊縫區(qū)域，電磁超聲掃描圖像中的底波斷開，底波斷開的區(qū)域無(wú)明顯焊接缺陷回波信號(hào)且底波斷開的寬度約等于角焊縫的寬度。 而對(duì)于存在焊接缺陷的T 型角焊縫區(qū)域，電磁超聲掃描圖像中的底波未斷開，或者底波斷開但斷開區(qū)域存在焊接缺陷回波信號(hào)。 找到T型角焊縫后，沿軸向?qū)⒃摵缚p的邊界畫在容器的外壁上，并沿周向劃分多個(gè)掃查數(shù)據(jù)帶，且該掃查數(shù)據(jù)帶應(yīng)包含T 型角焊縫區(qū)域。 圖1 為電磁超聲掃查數(shù)據(jù)帶位置分布示意圖，圖中的矩形區(qū)域，編號(hào)從1 開始總計(jì)掃查76 帶數(shù)據(jù)。采用電磁超聲垂直入射法沿著容器外壁上所畫的掃查帶進(jìn)行掃查， 重點(diǎn)檢查T 型角焊縫與容器內(nèi)壁面的焊接情況。

圖1 電磁超聲掃查數(shù)據(jù)帶位置分布圖

2 檢測(cè)與結(jié)果

根據(jù)GB/T 20935—2018 《金屬材料電磁超聲檢測(cè)方法》 和GB/T 34885—2017 《無(wú)損檢測(cè)電磁超聲檢測(cè)總則》 中的要求， 對(duì)該容器內(nèi)壁T型角焊縫位置進(jìn)行高溫電磁超聲在線檢測(cè)。 由于高溫會(huì)改變超聲波的傳播速度，因此在檢測(cè)前應(yīng)先測(cè)得設(shè)備的溫度，并將測(cè)得的溫度輸入到電磁超聲檢測(cè)儀中，儀器會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的溫度值計(jì)算出準(zhǔn)確的橫波聲速。 為了方便檢測(cè)，在設(shè)備上進(jìn)行網(wǎng)格劃分，每帶掃查寬度為50 mm，每帶沿周向掃查長(zhǎng)度為200 mm，總計(jì)掃查76 帶數(shù)據(jù)，電磁超聲掃查軌跡如圖2 所示。 最后，根據(jù)劃分的網(wǎng)格逐條進(jìn)行電磁超聲檢測(cè)并保存數(shù)據(jù)。

圖2 電磁超聲掃查軌跡

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該容器的T 型角焊縫存在一處焊接缺陷信號(hào)（22 號(hào)數(shù)據(jù)帶），將該信號(hào)與焊接完好部位的信號(hào)進(jìn)行比較，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 電磁超聲檢測(cè)圖像

由圖3 可知：T 型角焊縫的焊接完好部位底波斷開， 底波斷開寬度約為T 型角焊縫的寬度；22 號(hào)數(shù)據(jù)帶存在一處焊接缺陷，經(jīng)測(cè)量得到缺陷周向長(zhǎng)度C=12.5 mm，軸向長(zhǎng)度A=15.6 mm。 該缺陷并非由角焊縫的脫落引起 （若角焊縫脫落，則底波連續(xù)、不斷開），故可初步懷疑此處缺陷可能為角焊縫開裂。

為了判斷該焊接缺陷位置是否存在泄漏現(xiàn)象，采用紅外熱成像技術(shù)［6，7］對(duì)整臺(tái)氣體冷卻器進(jìn)行檢測(cè)。 該氣體冷卻器殼程為高溫干蒸汽，操作溫度98 ℃；管程為海水，操作溫度15 ℃。 檢測(cè)結(jié)果表明，殼程和管程分界線處的T 型角焊縫上存在一處熱量異常突變部位（圖4），即電磁超聲測(cè)試的22 號(hào)數(shù)據(jù)帶位置， 其余部位的熱成像圖未發(fā)現(xiàn)熱量異常現(xiàn)象。

圖4 焊接缺陷位置的紅外熱成像圖

3 結(jié)束語(yǔ)

筆者將電磁超聲技術(shù)和紅外熱成像技術(shù)相結(jié)合，為某運(yùn)行中發(fā)生異響的氣體冷卻器提供了一種有效的在線缺陷檢測(cè)手段。 總結(jié)經(jīng)驗(yàn)可知：電磁超聲技術(shù)可以精確地檢測(cè)出焊縫內(nèi)部的缺陷，并實(shí)現(xiàn)缺陷的定量和定位；紅外熱成像技術(shù)能對(duì)設(shè)備的整體熱能分布進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)，重點(diǎn)觀察溫度異常部位； 上述兩種技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，有利于高溫設(shè)備的故障診斷，并提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性。