火电厂中小径管道弯头超声波探伤方法

59. 3 0 50. 7 0 一次波 61. 5 0 51. 8 0 一次波 65. 2 5. 9 55. 6 7. 0 二次波 58. 5 0 52. 9 0 一次波 58. 8 0 54. 4 0 一次波 54. 5 - 4. 0 50. 3 - 2. 6 一次波 60. 9 2. 4 54. 3 2. 4 二次波 59. 8 - 1. 0 49. 7 - 4. 7 一次波
三次波
表 4 使用不 同探 头时 试验数据比较
规格 / mm < 80 ×8 < 80 ×8 < 80 ×8 < 80 ×8 <110 ×6 <110 ×6 <110 ×6 <110 ×10 <110 ×10 <110 ×10 <108 ×10 <108 ×10 <108 ×10
人工槽深度 / mm
在现场实际探伤中 , 检测人员必须根据管子实
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孙丙新等 :火电厂中小径管道弯头超声波探伤方法
表 1 部分中小径管道弯头超声检测探头 K 值计算表
弯头规格 最大 最佳 K 值 弯头规格 最大 最佳 K 值
/ mm
K 值 (αl ≤55°) / m m
K 值 (α1 ≤55°)
<219 ×20/ 25
内 、外 壁 1. 0
< 110 ×6/ 8/ 10 内 、外壁 0. 5 ,1. 0
< 150 ×10/ 12/ 14 内 、外 壁 1. 0
<80 ×8
内 、外壁 0. 5 ,1. 0
< 180 ×12/ 14/ 16 内 、外壁 1. 0 ,1. 5
<60 ×6
内 、外壁 0. 5 ,1. 0
实践经验
火电厂中小径管道弯头超声波探伤方法
孙丙新 ,王立新 ,卫志刚 (内蒙古电力科学研究院 ,呼和浩特 010020)
Ultr a son ic Testing of Def ect s in Bends of Middle an d Small Dia meter Pipes in Po wer Plant
组合对比试块 内壁 0. 5 ,1. 0
<42 ×5
内 、外壁 0. 5 ,1. 0
<130 ×10/ 12 内 、外壁 0. 5 ,1. 0
试块的外形尺寸均采用线切割加工 , 由山东济 宁模具厂专业试块生产制造商制作 , 各种尺寸加工 精度较好。
实验及现场应用表明 ,设计制作的试块具有制 作简单 、实用性强 、能满足多种规格机炉外管弯头纵 向裂纹检测要求的特点 。
< 273 ×22 1. 54
0 . 95
<133 ×8 1. 85
1. 04
< 159 ×16 1. 30
0 . 87
<108 ×6 1. 94
1. 06
< 159 ×12 1. 60
0 . 97
<76 ×8 1. 29
0. 85
< 133 ×13 1. 30
0 . 87
<42 ×5 1. 18
0. 80
总体上 ,使用 K0 . 8 探头较 K1 . 0 探 头的幅值 差分布更合理 。由计算可知 , K0 . 8 探头适用于表 3 所示全部规格弯头。
现场使用 C TS22 2 型超声波探伤仪 , K1. 0 探头 (修磨后实 测 为 K0 . 94 ) 检测 包 头某 电 厂 3 号 炉 < 108 mm ×10 m m 分降水管几个带自然裂纹缺陷 弯头 。现 场 探 伤 灵 敏 度 为 : 0. 5 mm 线 切 割 槽 - 10 dB ,表 面 补 偿 2 dB 。现 场 判 废 灵 敏 度 为 : 0. 5 mm线 切 割 槽 - 2 ～ 4 dB , 且 缺 陷 指 示 长 度 ≥10 m m 。当缺陷指示长度较大时 ,对 - 4～6 dB 缺 陷也判废 (如表 5 所示) 。采用 K1. 0 和 K0 . 8 探头 , 一次波判断 , 1～6 号管均被判废 。
<150 ×10
内壁 1. 0
54. 2 0 48. 6 0 一次波
<150 ×12 <150 ×14 <150 ×12 <180 ×14 <180 ×16 <180 ×14 <180 ×14 <180 ×16
内壁 1. 0 内壁 1. 0 外壁 1. 0 内壁 1. 0 内壁 1. 0 内壁 1. 5 外壁 1. 0 内壁 1. 5
46. 8
54. 2
一次波
<108 ×10 内壁自然裂纹 > 1. 0 46. 1
48. 4
一次波
<108 ×10 自然内壁裂纹 > 1. 0 55. 5
53. 6
三次波
<108 ×10 自然内壁裂纹 > 1. 0 44. 2
46. 4
一次波
<108 ×10 自然内壁裂纹 > 1. 0 53. 5
54. 5
61. 1 2. 8 50. 4 7. 3 二次波
自然内壁裂纹 > 1. 0 48. 4 0 46. 1 0 一次波
自然内壁裂纹 > 1. 0 53. 6 5. 2 52. 5 6. 4 三次波
自然内壁裂纹 < 1. 0 46. 4 0 44. 2 0 一次波
<108 ×10 自然内壁裂纹 < 1. 0 54. 5 8. 1 53. 5 9. 3 三次波 ,
较分析 可知 : 对 所有 规格弯 头使 用 K0 . 8 探头 较 K1. 0 探头 反射能量普 遍强 6 ～10 dB 。同规格 弯 头 ,不同深度内壁缺陷(人工线切割槽) ,当深度差相
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同时(如 0. 5 m m 与 1. 0 mm ,1. 0 mm 与 1. 5 mm) , 使用 K0 . 8 探头时幅值差约 2～6 dB ; 使用 K1 . 0 探 头时幅值差约 1～7 dB 。
53. 6
一次波
< 80 ×8
外壁人工槽 1. 0
50. 5
56. 6
二次波
<110 ×10 内壁人工槽 0. 5
47. 2
60. 9
一次波
<110 ×10 内壁人工槽 1. 0
45. 1
58. 3
一次波
<110 ×10 外壁人工槽 1. 0
50. 4
61. 1
二次波
<130 ×10 内壁人工槽 1. 0
幅值差/ dB 备注
K1. 0 dB 差 K0. 8 dB 差
内壁 0. 5
55. 5 0 48. 6 0 一次波
外壁 0. 5
57. 6 1. 1 52. 3 3. 7 二次波
内壁 1. 0
53. 6 - 1. 9 47. 9 - 0. 7 一次波
外壁 1. 0
56. 9 1. 4 50. 5 2. 1 二次波
4 测试数据分析
为确定适宜的探伤灵敏度及判伤标准 ,采用多种 规格探头对所有对比试块进行了反复测试 ,并对现场 应用中发现的带裂纹缺陷试样进行了试验室测试。
表 3 为部分中小径管道弯头对比试块及带自然 缺陷弯头的实验室测试结果 ,测试数据分析比较见 表4。
以上测试均采用 U SM235DAC 型数字 式超声 波探伤仪 ,其中自然裂纹管道为包头一电厂 3 号炉 分降水管弯头 。
表 3 为外径 < 200 mm ,壁厚 < 20 mm 弯头使用 不同 K 值探头测试结果比较 。其中壁厚 < 10 m m 时以 0. 5 mm 线切割槽为参考基准 ,壁厚 ≥10 mm 时以 1 . 0 mm 线切割槽为参考基准 。由试验结果比
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中小径管道弯头超声波检验的技术要点为 : 以 对比试块判伤为主 ,以弯头壁厚为基准 ,并根据现场
收稿日期 : 2007206204 作者简介 : 孙丙新( 1965 - ) , 男 ,博士 ,高级 工程师 , 主要从事电 站金属材料的无损检测技术工作 。
实际情况采用不同的判伤标准这一基本原则 。选用 适用于不同规格 弯头探伤的专用探头 , 以 K0 . 7 ～ K1 探头作为主要研究对象 ,对探头的外型尺寸 、入 射点 、晶片尺寸和频率等进行优化设计 ; 同时设计制 作一批专用对比试块 , 通过实验确定适宜的探伤灵 敏度及判废标准[ 1 ] 。
1 检验的可行性和技术要点
1. 1 可行性分析 由超声检测理论可 知 : 当 横波入射角为 35°～
55°时 ,钢中直角拐角 (端角) 的声压反射率最高 ; 当 横波入射角为 30°和 60°附近时最低 。弯头内 、外壁 垂直于表面发展的裂纹 ,其声压反射与横波入射时 钢中端角反射规律 相似 。因此选用适宜 K 值的探 头可以发现弯头内、外壁裂纹。 1. 2 技术要点
际规格 ,认真计算适用的探头 K 值 。
3 试块的设计选用
弯头探伤试块的主要作用为确定探伤灵敏度 、 调整探测范围 、评价缺陷当量和测试探头 K 值等 。
根据试验研究需要 ,针对 300 M W 以下机组常 见弯头规格所设计的部分试块人工缺陷见表 2。
表 2 试块规格
弯头 规格 / mm 线切割槽深度/ m m 弯头规格/ mm 线切割槽深度/ m m
表 3 部分试验数据记录
试块规格 / mm
槽深
80 %波高时幅值/ dB
探伤
/ mm
5P6 ×6K0. 8 5P6 ×6K1. 0 方法
< 80 ×8
内壁人工槽 0. 5
45. 6
55. 5
一次波
< 80 ×8
外壁人工槽 0. 5
53. 3
57. 6
二次波
< 80 ×8
内壁人工槽 1. 0
45. 9
内壁 0. 5
51. 7 0 43. 6 0 一次波
内壁 0. 5
57. 6 5. 9 48. 8 4. 8 三次波
外壁 0. 5
54. 2 2. 5 46. 4 2. 8 二次波
内壁 0. 5
60. 9 3. 6 47. 2 4. 1 一次波
内壁 1. 0
58. 3 n , WANG L i2Xin , W EI Zhi2Gang ( Inner Mongolia Electric Power Scie nce and Research Institute , Huhhot 010020 , China) 中图分类号 : TG115. 28 文献标识码 :B 文章编号 :100026656 (2008) 0720461203
2 探头的设计选用
受检部件除了铸造弯头外 ,一般均为钢制细晶 材料弯头 ,因此可采用直 接接触法横波 检验 ,选 用 5 M Hz (壁厚 < 20 mm 的弯头) 和 2. 5 M Hz (壁 厚 > 20 m m的弯头) 探头完全可满足检验要求 。探 头 规格选取 5P4 ×6、5P6 ×6 、5P7 ×7、5 P9 ×9 、2. 5P9 ×9 、2. 5P10 ×12 和 2. 5P13 ×13 ,以满足不同规 格 弯头的检验需要 。经试验及现场应用表明 , K 值选 择的正确与否 ,是影响缺陷检出率的重要因素 。因 火电厂的中小径管道弯头规格均满足弯头的壁厚与 外半径比 < 0 . 4 4 的要求 ,故可采用纯横波探伤[ 2 ,3] 。
当横波入射角为 35°～55°时 ,声压反射率最高 , 对弯头的轴向检测 ,由于探头的折射角等于工件内 表面的横波入射角 ,因此选用 K0 . 7 ～1. 4 的探头最 有利于内壁裂纹检验 ; 而对弯头的周向检测的折射 角β不等于弯头内表面横波入射角 , 故不能直接采 用 K0 . 7～1. 4 的探头 ,需要根据被检弯头规格进行 估 算 以 确 定 探 头 K 值[4 ] 。估 算 公 式 为 K ≤ t g [arcsin ( r/ R) ] ,表 1 为部分中小径管道弯头检 验 时探头 K 值计算结果 。
火力发电厂中小径 (一般指外径 < < 200 mm) 机炉外管弯头 ,运行一段时间后经常在内壁产生裂 纹 ,从而引发弯头爆裂事故 ,严重影响机组运行和人 员生命的 安 全 。弯 头 的 超声 波 检 验 方 法标 准 有 DL/ T 718《火力发电厂铸造三通 、弯头超声波探伤 方法》和《主汽弯管裂纹超声波探伤导则》。前者仅 限于铸造弯头 ,后者 仅适用于壁厚为 10～35 m m , 外径 > 200 m m 的普通碳钢和低合金钢弯管 。而实 际探伤中 ,主蒸汽 、再热汽和主给水管道的旁路管 、 分降水管 、联路管 、疏放水管 、导汽管等大部分机炉 外管规格均 < < 200 mm ,壁厚一般 < 35 m m 。这部 分弯头经常发生泄漏和爆破事故 ,利用超声波方法对 以上弯头内壁缺陷 (尤其是裂纹)进行检测意义重大。