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8.0mm厚奥氏体manbetx998对接焊缝的超声波检测

来源:至德钢业 日期:2020-08-27 12:59:47 人气:82

  浙江至德钢业有限公司通过用超声波纵波垂直入射、倾斜入射两种方法来分析8.0mm奥氏体manbetx998对接焊缝柱状组织对超声波的衰减过程和影响因素,并采取适当措施进行超声波检测的可行性分析。


 尿素合成塔是化肥装置的关键设备。某厂尿素合成塔自2001年2月发生第一筒节泄漏事故,当时8.0mm厚的316Lmanbetx998衬里层板对接焊缝被甲铵液腐蚀穿,上封头与第一筒节的对接焊缝以及第一层板的manbetx998母材区还多处存在不同深度和宽度的腐蚀坑。经过抢修及年度大修,虽然消除了腐蚀损坏碳钢筒体的宏观泄漏,但在开车运行一年的过程中,一直存在着微细的渗漏,这种渗漏在常规的0.5MPa压力下氨试漏查不出来,而在19.6MPa工作压力下却会产生。用化学方法定量分析,每24小时最大漏氨量为260克,这说明该筒节manbetx998衬里层板存在不致密性的缺陷,这个不安全因素时刻危及塔体的安全。


 基于上述原因,2002年11月对第一筒节旧衬里进行全部更换。新衬里对接焊缝虽然没有强度指标,但对致密性的要求很高,不允许焊缝有裂纹、未熔合、未焊透、密集气孔、严重收缩沟等缺陷。为保证良好的焊缝质量,除了有可靠的焊接工艺和过硬的焊工施焊之外,还需要通过对焊缝进行无损检测,从而最终达到对焊缝质量进行把关和控制的目的。由于设备结构的限制,对接焊缝无法进行射线检测,其它表面检测方法也不能满足要求。目前还没有现成的manbetx998对接焊缝超声波检测标准,因此,本文试图用超声波纵波垂直入射、倾斜入射两种方法来分析奥氏体manbetx998柱状组织对超声波的衰减过程和影响因素,并采用适当的措施进行超声波检测的可行性分析,从而达到检出缺陷的目的。


一、焊缝结构型式及焊接参数


  1. 焊缝结构型式


  新衬里板之间的纵向和环向对接焊缝带有30×2mm垫板,而上、下两面对接环焊缝的垫板是在其原环焊缝的manbetx998堆焊层上打磨出来的,宽度10-15mm,厚度约2mm。焊缝为单V60度坡口,间隙2mm。


  2. 焊接参数


  所有对接焊缝采用氩弧焊打底,中间两道电焊,上层氩弧焊盖面。氩弧焊采用直径2mm的25-22-2焊丝,焊接电流80~90A,氩气流量9~12升/分,盖面时力求焊波均匀光滑,手工电弧焊采用直径3.25mm的25222焊条,焊接电流80~100A,在保证焊透的基础上,尽量采用较小的电流强度。


二、奥氏体组织的超声衰减分析


  奥氏体组织超声波检测的主要难点是如何解决超声波衰减的问题。对奥氏体组织来讲,超声波衰减最主要的原因是晶粒组织的散射衰减。这种衰减,一方面与所用的超声波波长、波型及脉冲宽度有关:另一方面与被检材料本身的特性有关,尤其是晶粒组织。一般认为,金属晶粒粗大就很难进行超声波检测。从金属结晶学知道,铁素体钢中,粗大晶粒通过y-a相变可使晶粒细化,而奥氏体钢冷却过程中y-y没有相变,其晶粒粗大。奥氏体manbetx998焊缝便是晶粒粗大的柱状组织,这种柱状组织表现出对超声波有明显的散射作用,在晶界会发生反射、折射和波型转换。其原因就是由于晶粒粗大,结晶方向不一致,所以在每个晶粒中超声波传播方向都不一样,表现出的声速也不一样,从而引起信噪比低下,不易分辨缺陷信号,使超声波检测难以实施。


三、检测实施的可行性分析


  理论上认为,奥氏体组织用超声波检测时采用以下几种方法可减小其影响:


  1. 用纵波探测可减小衰减。奥氏体manbetx998焊缝晶粒粗大,纵波波长约为横波波长的两倍。由于波长大,衰减小:波长小,衰减大。因此采用纵波检测可使柱状组织对超声波的衰减影响减小。


  2. 采用低探测频率探头。频率大小对衰减影响很大,频率愈高,衰减愈大,穿透力愈低。奥氏体manbetx998焊缝晶粒粗大,宜选用较低的频率。


  3. 采用合适的探头晶片。大晶片探头波束指向性好,波束宽度小,可以减少晶粒散射的面积。


  采用双晶探头。双晶探头的发射与接收分开,消除了压电晶片与延迟块之间的反射杂波,同时由于使脉冲未进入放大器,克服了阻塞现象,因而杂波少,盲区小。采用了延迟块,使得工件中的近场区长度较小。


  通过对8.0mm厚25-22-2manbetx998衬里对接焊缝模拟试板的晶粒度测定,得知其焊缝区平均晶粒度约为0.1mm。这种较小晶粒及较薄壁厚是能够使用超声波进行检测的有利条件。据资料介绍,当入≥10d时(d为晶粒平均尺寸),晶界回波较弱,适宜超声波检测:当入≤5d时,晶界回波强烈,不适宜超声波检测。当使用探测频率为0.5MHz时,测得其衰减系数为0.02dB/mm:当使用的探测频率为2.5MHz时,测得其衰减系数为0.04dB/mm。


  实践中,检测奥氏体组织焊缝时所选用的纵波斜探头和双晶直探头可以满足上述理论依据。双晶直探头存在一个交叉的菱形区,在此菱形区内,裂纹等面积型缺陷的反射波与体积型缺陷的反射波在回波高度、时间扫描及波形上存在诸多不同的地方,因此比较容易加以区别。同时采用双晶直探头测定未焊透至探测面的距离比较准确,对气孔密集程度的分辨比较直观可信。所以,利用纵波斜探头检测后再用双晶直探头对检测后的缺陷进行定性、定量、定位并加以比较,其效果较为明显。汕头公司生产的CTS-26型超声波探伤仪,具有较强的分辨力和声脉冲穿透能力,频率范围也较宽,能够满足现场使用要求。


四、探头选择与试块制作


  1. 探头选择


  在本检测方法中,考虑到检测灵敏度、板厚及现场实际情况,选用的探头为:①. 2.5P8×8B60°纵波斜探头:②. 2.5P4×11双晶直探头。


 2. 标定试块


  被检工件薄,声程短,一、二次波定位不准,故用同材质等板厚板制作标定试块,用来调节时间扫描比例。


   8.0mm薄板的作用:利用薄板一次至四次回波制作双晶直探头距离——波幅曲线。


   p1x40长横孔作用:利用不同距离长横孔制作纵波斜探头距离——波幅曲线。


 3. 模拟试板


  采用同材质等板厚、同一焊接工艺,按预先设定的模拟缺陷制作模拟试板,利用各种设定的已知缺陷作参考灵敏度,该试板经过RT探伤后得知缺陷的性质、数量及位置,同时再用双晶直探头探测,定出缺陷在焊缝中的自身高度。


五、判伤基准要求


  参照预先设定的模拟缺陷,以模拟试板根部自身高度2mm未焊透的回波高度(取60%)作为判废返修基准;以模拟试板中10mm×10mm×8mm、焊区中p0.5-1mm×6个点状缺陷能被分辨出2~3个30%以上回波高度作为判废返修基准:根据动态波形和静态波形判为未熔合的应判废返修,发现根部缺陷的回波高度大于参考线且有一定的指示长度作为记录缺陷。


六、检测结果


  在上述参考灵敏度及判废返修基准下,检测出所有焊接接头都存在小气孔,而需返修的有五处,现场返修出来的缺陷与检测结果比较一致,经返修后合格。


七、结论


  1. 8.0mm厚奥氏体manbetx998对接焊缝超声波检测无标准可执行,且25-22-3奥氏体manbetx998焊缝晶粒粗大,难于用常规的超声波探伤方法进行检测。


  2. 本方法采用纵波斜探头探测,再用双直探头校验,避免将假信号误判为缺陷信号,结果比较准确。


  3. 使用标定试块来调节时间扫描比例较为准确、而且实用。


  4. 采用半波高度法对缺陷进行定量测长,结果与现场返修情况基本相近。


  5. 对密集气孔的数量、大小与回波高度的关系、密集气孔的分辨能力等采用模拟缺陷对比法,还有待进一步完善。


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