【摘 要】 T型接头与管座角接头焊缝在锅炉压力容器中大量应用 ，由于其结构特殊 ，几何形状多变 ，受力状况复杂等原因 ，造成施焊条件困难 ，焊接质量难以保证 。利用小角度纵波探头和横波探头相结合对汽包中径管管座角焊缝进行超声波探伤的方法，对小角度纵波探头进行了设计，对两种探头的标准反射体与判伤标准进行了统一。实践证明，该方法可以有效解决汽包中径管管座角焊缝超声波探伤问题。 【关键词】 电站锅炉 管座角焊缝 超声波检测 Abstract ： The paper mainly discusses the ultrasonic inspection of the boiler tube block fillet weld. 前言 电站锅炉的承压部件在恶劣环境下长期运行，随着机组服役年限的增长，在长期的交变应力及介质腐蚀作用下，很可能会在管座角焊缝的缺陷或结构应力集中处，逐渐形成裂纹而发生泄漏甚至导致管座断裂，造成承压部件的损坏及停机事故，严重威胁电厂的安全运行。 1.管座角焊缝的结构型式 管座角焊缝的结构型式有插入式和安放式两种，电站锅炉工作现场以插入式管座角焊缝为主（主要针对插入式管座角焊缝）。如图1所示。 图1 2.管座角焊缝缺陷的形成及位置 由于焊缝结构不规则呈v型且焊接坡口为单侧v形，这就不可避免地造成了角焊缝根部未焊透、未熔和、夹渣等缺陷的存在。另外，由于主、支管的壁厚相差较大（例如：汽包145mm、下降管55mm；主蒸汽管70mm、热电偶温度套管10mm），在焊结时主管温升很快而支管温升慢，焊后又无法进行热处理，从而造成了结构性的应力集中。机组自投产以后，在高温高压工作状态下，尤其是经过多次机组的启停，由于结构性缺陷的存在和结构性应力集中，使得角焊缝处很可能产生裂纹。这些裂纹有宏观表面的，可在制造、安装过程中经无损探伤人员采用表面检验（诸如工件表面渗透、磁粉探伤）发现后消缺处理好，但更多的裂纹是微观的、焊缝内部的，只进行表面无损探伤，仅能发现表面及近表面的缺陷，对焊缝内部的裂纹则无法发现，从而对于其内部质量不能得到有效的控制。而这些内部裂纹在运行交变应力的作用下扩展成为贯穿性裂纹，于是就会导致承压部件泄漏甚至管座断裂事故。 2006年大庆炼化公司投运4年的电站锅炉发生了主蒸汽管热电偶温度套管管座断裂事故，经处理消缺后，大修时我们扩大了表面探伤和超声波探伤检测范围，发现了重大问题：有85%管座角焊缝存在不同程度的根部未焊透，在这些根部未焊透的管座角焊缝里又有60%的管座角焊缝存在不同程度的裂纹，均做了有关的处理。而其探伤结果表明根部未焊透这个重大安全隐患大多是安装时有的，而且伴随发电机组运行。从断口的裂纹走向分析，管座角焊缝的断裂主要是角焊缝中有焊趾裂纹或未焊透引起的裂纹所造成的。由此，从金属监督角度来考虑，对于类似这样的管座角焊缝我们提出应该检查其内部是否存在焊趾裂纹或未焊透引起的裂纹，而不是检查管座角焊缝是否存在未熔和等缺陷的间题。带着此疑问我们在2006年下半年#2炉大修时，对汽包下降管管座的角焊缝以同样的技术方法又进行了超声波探伤检测也发现了类似裂纹（如图2所示）。借鉴想声波拐伤工具书箱和实际检测工作的实践经硷，以加强监督，预防为主的原则，探索、总结管座角焊缝超声波探伤方法。 图2 3.热电偶温度套管管座的角焊缝超声波探伤步骤 3.1探伤面的选择 首先要求所选择的探伤面能够方便地进行探伤操作，超声波在进入工件以后，不因工件形状的影响产生过高的固有信号或变形波，并且不给缺陷的定位、定量和定性带来一定的困难。同时使超声波束在工件中的声程应尽可能的短，以减少声能的损失。而且用一、二次波探伤就可以达到检测的目的。根据上述原则和现场实际情况，坡口开在支管上，焊缝内的缺陷有一定的规律性，统计数据表明，70%的缺陷结构出现在支管侧焊缝熔合区，因此一般以横波斜探头从内插支管的圆周面上进行探伤，探头始终尽可能与焊缝保持垂直。 3.2探测面和焊缝表面的修整 探头移动区域内，应消除焊接飞溅、油垢，打磨得平整光滑。焊缝的表面余高过高、表面有咬边也应进行打磨，形成圆滑过渡。 3.3检测、扫查的条件标准技术要领 探头沿整个探测面上无一遗漏地循序移动，扫查速度不大于0.15m/s，扫查灵敏度至少要高于检测灵敏度6dB。仪器型号：CTS-22，耦合剂：机油，耦合补偿：3dB，K2探头，调整时选用CSK-1A试块。 由于选择了内插支管外圆周面作为探伤面，管子直径小、曲率大，就决定了探头晶片尺寸不能太大，当探头的有机玻璃楔块与支管吻合不好时声束会产生强烈散射，探伤灵敏度降低。相反晶片尺寸太小，指向性变差，反射信号增多，同时管壁薄杂波多都会给判伤带来困难。综上所述，管接角焊缝探伤时的探头要求小晶片、短前沿、大K值、高频率。 从管座角焊缝断口分析，（#4机主蒸汽管热电偶温度套管管座75%的断口）管座角焊缝裂纹主要有焊趾裂纹或未焊透引起的裂纹两种。如图3所示。 图3 焊趾裂纹或未焊透引起的裂纹缺陷反射波出现在视频不同的地方，前者裂纹缺陷反射波在一次波标点至二次波标点之间，后者裂纹缺陷反射波在二次波标点至三次波标点之间。为了能探测出管座角焊缝中的焊趾裂纹或未焊透引起的裂纹，探头移动范围为A-B段（如图4所示）。 图4 探伤时发现可疑波后，要用声程定位游标尺进行定位（如图5所示）。如声程落点在焊缝范围内是缺陷，落在焊缝之外则是变形波或焊缝表面波。当焊趾出现可疑波时，要仔细观察分析，一般裂纹反射波幅较高，而咬边的反射波幅较低；未焊透引起的裂纹波的动态范围较小，且周向有一定的长度，可沿圆周扫查鉴别。必要时采用渗透探伤配合分析，进行综合判断。 图5 4.探伤缺陷的验证 用上述方法对机组的主蒸汽管热电偶温度套管管座和#2炉汽包下降管管座及汽包安全门角焊缝进行超声波探伤，其探伤结果见表l 表1 结束语 通过对机组的主蒸汽管热电偶温度套管管座和#2炉汽包下降管管座及汽包安全门角焊缝探伤的结果证明，利用超声波对管座角焊缝的焊趾裂纹、未焊透引起的裂纹进行探伤检测是完全可以的，所以对类似结构特点的管座角焊缝，检测的重点应放在管座角焊缝是否存在焊趾裂纹或未焊透引起的裂纹，这一点我们将在今后的检测工作中进一步证实。 （作者单位：大庆市特种设备检验研究所）
【摘 要】 T型接头与管座角接头焊缝在锅炉压力容器中大量应用 ，由于其结构特殊 ，几何形状多变 ，受力状况复杂等原因 ，造成施焊条件困难 ，焊接质量难以保证 。利用小角度纵波探头和横波探头相结合对汽包中径管管座角焊缝进行超声波探伤的方法，对小角度纵波探头进行了设计，对两种探头的标准反射体与判伤标准进行了统一。实践证明，该方法可以有效解决汽包中径管管座角焊缝超声波探伤问题。 【关键词】 电站锅炉 管座角焊缝 超声波检测 Abstract ： The paper mainly discusses the ultrasonic inspection of the boiler tube block fillet weld. 前言 电站锅炉的承压部件在恶劣环境下长期运行，随着机组服役年限的增长，在长期的交变应力及介质腐蚀作用下，很可能会在管座角焊缝的缺陷或结构应力集中处，逐渐形成裂纹而发生泄漏甚至导致管座断裂，造成承压部件的损坏及停机事故，严重威胁电厂的安全运行。 1.管座角焊缝的结构型式 管座角焊缝的结构型式有插入式和安放式两种，电站锅炉工作现场以插入式管座角焊缝为主（主要针对插入式管座角焊缝）。如图1所示。 图1 2.管座角焊缝缺陷的形成及位置 由于焊缝结构不规则呈v型且焊接坡口为单侧v形，这就不可避免地造成了角焊缝根部未焊透、未熔和、夹渣等缺陷的存在。另外，由于主、支管的壁厚相差较大（例如：汽包145mm、下降管55mm；主蒸汽管70mm、热电偶温度套管10mm），在焊结时主管温升很快而支管温升慢，焊后又无法进行热处理，从而造成了结构性的应力集中。机组自投产以后，在高温高压工作状态下，尤其是经过多次机组的启停，由于结构性缺陷的存在和结构性应力集中，使得角焊缝处很可能产生裂纹。这些裂纹有宏观表面的，可在制造、安装过程中经无损探伤人员采用表面检验（诸如工件表面渗透、磁粉探伤）发现后消缺处理好，但更多的裂纹是微观的、焊缝内部的，只进行表面无损探伤，仅能发现表面及近表面的缺陷，对焊缝内部的裂纹则无法发现，从而对于其内部质量不能得到有效的控制。而这些内部裂纹在运行交变应力的作用下扩展成为贯穿性裂纹，于是就会导致承压部件泄漏甚至管座断裂事故。 2006年大庆炼化公司投运4年的电站锅炉发生了主蒸汽管热电偶温度套管管座断裂事故，经处理消缺后，大修时我们扩大了表面探伤和超声波探伤检测范围，发现了重大问题：有85%管座角焊缝存在不同程度的根部未焊透，在这些根部未焊透的管座角焊缝里又有60%的管座角焊缝存在不同程度的裂纹，均做了有关的处理。而其探伤结果表明根部未焊透这个重大安全隐患大多是安装时有的，而且伴随发电机组运行。从断口的裂纹走向分析，管座角焊缝的断裂主要是角焊缝中有焊趾裂纹或未焊透引起的裂纹所造成的。由此，从金属监督角度来考虑，对于类似这样的管座角焊缝我们提出应该检查其内部是否存在焊趾裂纹或未焊透引起的裂纹，而不是检查管座角焊缝是否存在未熔和等缺陷的间题。带着此疑问我们在2006年下半年#2炉大修时，对汽包下降管管座的角焊缝以同样的技术方法又进行了超声波探伤检测也发现了类似裂纹（如图2所示）。借鉴想声波拐伤工具书箱和实际检测工作的实践经硷，以加强监督，预防为主的原则，探索、总结管座角焊缝超声波探伤方法。 图2 3.热电偶温度套管管座的角焊缝超声波探伤步骤 3.1探伤面的选择 首先要求所选择的探伤面能够方便地进行探伤操作，超声波在进入工件以后，不因工件形状的影响产生过高的固有信号或变形波，并且不给缺陷的定位、定量和定性带来一定的困难。同时使超声波束在工件中的声程应尽可能的短，以减少声能的损失。而且用一、二次波探伤就可以达到检测的目的。根据上述原则和现场实际情况，坡口开在支管上，焊缝内的缺陷有一定的规律性，统计数据表明，70%的缺陷结构出现在支管侧焊缝熔合区，因此一般以横波斜探头从内插支管的圆周面上进行探伤，探头始终尽可能与焊缝保持垂直。 3.2探测面和焊缝表面的修整 探头移动区域内，应消除焊接飞溅、油垢，打磨得平整光滑。焊缝的表面余高过高、表面有咬边也应进行打磨，形成圆滑过渡。 3.3检测、扫查的条件标准技术要领 探头沿整个探测面上无一遗漏地循序移动，扫查速度不大于0.15m/s，扫查灵敏度至少要高于检测灵敏度6dB。仪器型号：CTS-22，耦合剂：机油，耦合补偿：3dB，K2探头，调整时选用CSK-1A试块。 由于选择了内插支管外圆周面作为探伤面，管子直径小、曲率大，就决定了探头晶片尺寸不能太大，当探头的有机玻璃楔块与支管吻合不好时声束会产生强烈散射，探伤灵敏度降低。相反晶片尺寸太小，指向性变差，反射信号增多，同时管壁薄杂波多都会给判伤带来困难。综上所述，管接角焊缝探伤时的探头要求小晶片、短前沿、大K值、高频率。 从管座角焊缝断口分析，（#4机主蒸汽管热电偶温度套管管座75%的断口）管座角焊缝裂纹主要有焊趾裂纹或未焊透引起的裂纹两种。如图3所示。 图3 焊趾裂纹或未焊透引起的裂纹缺陷反射波出现在视频不同的地方，前者裂纹缺陷反射波在一次波标点至二次波标点之间，后者裂纹缺陷反射波在二次波标点至三次波标点之间。为了能探测出管座角焊缝中的焊趾裂纹或未焊透引起的裂纹，探头移动范围为A-B段（如图4所示）。 图4 探伤时发现可疑波后，要用声程定位游标尺进行定位（如图5所示）。如声程落点在焊缝范围内是缺陷，落在焊缝之外则是变形波或焊缝表面波。当焊趾出现可疑波时，要仔细观察分析，一般裂纹反射波幅较高，而咬边的反射波幅较低；未焊透引起的裂纹波的动态范围较小，且周向有一定的长度，可沿圆周扫查鉴别。必要时采用渗透探伤配合分析，进行综合判断。 图5 4.探伤缺陷的验证 用上述方法对机组的主蒸汽管热电偶温度套管管座和#2炉汽包下降管管座及汽包安全门角焊缝进行超声波探伤，其探伤结果见表l 表1 结束语 通过对机组的主蒸汽管热电偶温度套管管座和#2炉汽包下降管管座及汽包安全门角焊缝探伤的结果证明，利用超声波对管座角焊缝的焊趾裂纹、未焊透引起的裂纹进行探伤检测是完全可以的，所以对类似结构特点的管座角焊缝，检测的重点应放在管座角焊缝是否存在焊趾裂纹或未焊透引起的裂纹，这一点我们将在今后的检测工作中进一步证实。 （作者单位：大庆市特种设备检验研究所）