安放式管座角焊縫相控陣檢測方法的優(yōu)勢

洪振朋

（撫順市特種設備監(jiān)督檢驗所，遼寧撫順 113006）

0 引言

某企業(yè)熱高分氣與混氫油換熱器接管與管箱的安放式管座角焊縫需進行無損檢測，材料為12Cr2Mo1，氬弧+手工焊接，接管厚度70+6.5 mm。12Cr2Mo1 為低合金耐熱鋼，具有良好的耐高溫和抗氫性能，主要用于制造加氫裝置的反應器和熱交換器等設備，12Cr2Mo1 中的鉻元素和鉬元素能顯著提高鋼的淬硬性，在一定的冷卻速度下，焊縫金屬和熱影響區(qū)內(nèi)可能形成對冷裂敏感的顯微組織[1]。含有大量的Cr、Mo 等強碳化物形成元素，使接頭的過熱區(qū)具有不同程度的再熱裂紋敏感性，在350～550 ℃溫度區(qū)間長期運行時，當有害殘余金屬總含量超過容許極限時，將發(fā)生漸進的脆變現(xiàn)象。

1 焊縫結構形式對射線檢測的影響

焊縫為安放式結構，接管厚度70+6.5 mm，結構形式見圖1。射線檢測適用于厚度較薄的工件，不適宜檢驗較厚工件。板太厚，射線照相絕對靈敏度下降，小尺寸缺陷以及一些面積型缺陷漏檢的可能性增大。射線檢測適宜檢測對接焊縫，檢測角焊縫效果較差。檢測角焊縫底片布置比較困難，不能與焊縫完全貼合，使得底片的黑度變化大，底片質(zhì)量差，檢測靈敏度低。

圖1 安放式接管焊縫結構

射線檢測工藝的制定：

（1）安放式管座角焊縫射線檢測內(nèi)透法。如圖2 所示，射線源在內(nèi)，在外壁貼片，因工件較厚70+6.5 mm（斜向厚度91.3+6.5 mm，射線實際穿透厚度），需采用γ 射線源，如采用中心曝光需計算允許最小焦距（70 mm 對應258 mm；91.3 mm 對應308 mm），最小焦距不符合標準要求，需采用小焦點γ 射線源（定制1 mm 焦點尺寸γ 射線源）；如采用內(nèi)壁偏心曝光，需增加檢測次數(shù)，同時采用C4 以上膠片。

圖2 內(nèi)透法示意

不良影響：γ 射線源檢測降低檢測靈敏度，特別是鉻鉬鋼的微小延遲裂紋幾乎無法檢出；外壁貼片無法緊貼焊縫，幾何不清晰度增加，使得本就極難發(fā)現(xiàn)的裂紋在底片上的投影更加模糊；因射線方向只能與坡口方向平行，故兩側的坡口未熔合無法檢出。

（2）安放式管座角焊縫射線檢測外透法。如圖3 所示，射線源在外壁，在內(nèi)壁貼片，X 射線機難以達到理想的透照角度，故仍需采用γ 射線源（或直線加速），C4類以上膠片。

圖3 外透法示意

不良影響：需一張一張透照，檢測效率低；因射線方向只能與坡口方向平行（如采用直線加速器透照，方向調(diào)整更加困難），故無法檢出兩側的坡口未熔合；γ 射線源檢測或直線加速器檢查測，檢測靈敏度降低，特別是鉻鉬鋼的微小延遲裂紋幾乎無法檢出。

2 相控陣檢測的優(yōu)勢

相控陣檢測技術是一種以脈沖反射法為物理基礎的可成像、可記錄的超聲波檢測技術，是采用多陣元的陣列換能器，依靠計算機技術控制陣列中各陣元發(fā)射超聲波的時間來控制各陣元的聲束在聲場中偏轉、聚焦，或控制接收陣列換能器中各陣元接收回波信號的時間，進行偏轉、聚焦成像檢測的一種檢測技術[2]。根據(jù)檢測對象結構、厚度編輯不同的聚焦法則，以實現(xiàn)對焊縫的最優(yōu)檢測效果。相控陣檢測適合于厚度大的工件檢測，可對不同厚度分區(qū)檢測，針對此焊縫，相控陣可模擬實際坡口形式，采用多角度對焊縫檢測，相控陣為可記錄超聲檢測技術符合設計圖紙要求[3]。且此產(chǎn)品為材料鉻鉬鋼，易產(chǎn)生裂紋缺陷，而相控陣超聲檢測對危害性面積型缺陷（裂紋、未熔合、未焊透）的檢出率高[4]，有利于消除重大安全隱患并減少不必要的返修工作，提高設備（管道）的本質(zhì)安全。

3 相控陣檢測工藝

（1）工件信息。接管厚度t=70+6.5 mm，焊縫坡口傾角為50°，內(nèi)壁為堆焊層，焊縫根部無堆焊，待檢測合格后堆焊。容器類別為三類壓力容器，按GB 151—2011《壓力容器》和TSG 16—2016《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》設計，相關檢測應執(zhí)行NB/T 47013—2015《承壓設備尤損檢測》。

（2）檢測方法確定。采用可記錄超聲檢測方法，在NB/T 47013—2015 中有兩種，衍射波時差法超聲檢測不適用該焊接接頭；相控陣超聲檢測符合該焊接接頭。

（3）技術等級合格級別確定。設計圖紙中未明確檢測技術等級和合格級別，查GB 151—2011 和TSG 16—2016 中規(guī)定超聲檢測應符合技術等級B 級，合格級別Ⅰ級。NB/T 4013.15—2021相控陣超聲檢測中B 級要求。

（4）檢測面選擇。采用相控陣超聲檢測技術對安放式管座角焊縫進行檢測，檢測面位置選擇見圖4。圖中：A 檢測面采用扇掃斜入射一次波和二次波檢測，采用二次波時應考慮內(nèi)壁堆焊層，采用模擬試塊驗證或?qū)Ρ仍噳K上相同堆焊層制作曲線；B 檢測面采用扇掃斜入射一次波檢測；C 檢測面采用扇掃直入射檢測。

圖4 相控陣超聲檢測中檢測面位置

（5）檢測設備及相關配件選擇。設備選擇：奧林巴斯X3；探頭選擇：5L32×0.6-10；楔塊選擇：55°曲率600，55°曲率400，0°楔塊；標準試塊：A/B 型相控陣試塊，CSK-ⅠA；對比試塊：PRB-Ⅱ，PRB-Ⅳ。

（6）焊縫模型建立。選取TKY 焊縫模型，如無法調(diào)節(jié)至與實際相同，則采用CAD 導入。

（7）檢測區(qū)域。檢測區(qū)域?qū)挾葹楹缚p本身加上焊縫熔合線兩側各5 mm，高度為工件厚度加上焊縫余高。

（8）聚焦法則設置。A 檢測面：一次波，扇掃角度范圍40°～75°，聚焦距離70 mm，偏離焊縫中心距離S 值，焊縫寬度1/2；二次波扇掃角度范圍35°～65°，聚焦距離140 mm，偏離焊縫中心距離S 值100 mm；角度步進1°。B 檢測面：一次波，扇掃角度范圍40°～75°，聚焦距離70 mm，偏離焊縫中心距離S 值，外焊縫寬度1/2；角度步進1°。C 檢測面：扇掃角度范圍，-10°～40°，聚焦距離215 mm+外焊縫寬度，距離端頭距離70+外焊縫寬度；角度步進1°。

（9）曲線制作。A 檢測面：一次波選取30 mm、50 mm、70 mm 三個反射體制作TCG 曲線；二次波選取90 mm、110 mm、130 mm 三個反射體制作TCG曲線；B 檢測面：一次波選取30 mm、50 mm、70 mm三個反射體制作TCG 曲線；C 檢測面：選取190 mm、240 mm、290 mm 三個反射體制作TCG 曲線。

（10）靈敏度確定。評定線Φ2-14 dB；定量線Φ2-8 dB；判廢線Φ2+2 dB。

4 工藝驗證

應采用專用對比試塊或模擬試塊驗證，應能夠清楚地顯示試塊中所有的缺陷，測量的參考反射體或缺陷尺寸偏差值在允許范圍之內(nèi)。

（1）掃查方式：A 檢測面縱向垂直掃查+扇形掃查；B 檢測面縱向垂直掃查+扇形掃查；C 檢測面縱向垂直掃查+扇形掃查。

（2）掃查設置：掃查步進1.5 mm，掃查覆蓋大于20 mm，編碼器應校準，誤差小于1%。覆蓋以及漏檢區(qū)域：上述檢測方法無漏檢區(qū)域，可實現(xiàn)100%全覆蓋。

（3）注意事項：C 檢測面檢測區(qū)域內(nèi)堆焊層能盡可能修磨平，A 檢測面內(nèi)壁堆焊層如能修磨平為最好，如不能需采用對比試塊堆焊的方式制作曲線。橫向缺陷檢測：可采用手工超聲波按NB/T 47013.3 檢測。

5 檢測結果分析

相控陣檢測結果見表1。

表1 相控陣檢測結果

安放式管座角焊縫相控陣檢測缺陷見圖5。其他檢測位置有一些點狀缺陷可忽略不計，不一一列出，見圖6。

圖5 安放式管座角焊縫相控陣檢測缺陷

圖6 安放式管座角焊縫相控陣檢測可忽略缺陷

射線檢測每道口共檢測16 張底片，未發(fā)現(xiàn)缺陷；相控陣每道口分4 段檢測，發(fā)現(xiàn)嚴重缺陷1 處。針對此焊縫，相控陣檢測缺陷檢出率高于射線檢測。

6 結論

相控陣檢測無輻射，可與施工交叉作業(yè)，縮短產(chǎn)品檢測工期，檢測效率高，經(jīng)濟、環(huán)保；相控陣檢測針對厚壁工件，缺陷檢出率高于射線檢測；相控陣檢測可給出缺陷深度、位置、高度等定位信息，射線檢測無法確定缺陷深度與自身高度；相控陣檢測對裂紋、未熔合、未焊透等面狀危害性缺陷檢測靈敏度高。