CN102539533A

CN102539533A - 大型螺旋壳体焊缝tofd检测验证方法

Info

Publication number: CN102539533A
Application number: CN2010105891076A
Authority: CN
Inventors: 洪作友; 毛华群
Original assignee: Shanghai Baosteel Industry Inspection Corp
Current assignee: Shanghai Baosteel Industry Inspection Corp
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明涉及螺旋壳体焊缝检测方法。一种大型螺旋壳体焊缝TOFD检测验证方法，它包括：步骤一，制作试样，确定蜗壳缺陷验收标准及TOFD检测工艺参数；步骤二，蜗壳焊缝对比试验，对比试验中，TOFD、UT和RT分别进行，TOFD首先进行，检测后分别进行UT和RT，最后将各自判定的不合格缺陷进行解剖，以验证各自的检测准确性；步骤三，焊接试板对比试验，在试板上制作了裂纹、未熔合、未焊透、密集气孔、夹渣等焊接缺陷，参照步骤二进行对比试验；步骤四，对比试验分析，根据三种方法的缺陷检出率验证TOFD的可靠性。本发明形成大型螺旋壳体焊缝TOFD与RT、UT对比试验方法，成功地应用于电站机组蜗壳现场安装焊缝的检测。

Description

大型螺旋壳体焊缝TOFD检测验证方法

技术领域

本发明涉及螺旋壳体焊缝检测方法，尤其涉及大型螺旋壳体焊缝无损检测方法。

背景技术

TOFD（Time-of-flight diffraction）检测方法，也称超声波衍射时差法，是一种不基于声波幅度的超声波检测技术，探头的布置类似串列反射法，通常以一对晶片尺寸和频率等参数相同或相近的探头，分置于焊缝两侧的检测方法。其基本原理依据惠更斯原理，入射波到达缺陷尖端后，缺陷尖端就是一系列新的衍射波源，因此接收探头可以接收到来自各个方向的缺陷衍射波。TOFD波形显示采用射频显示，这样可以找出缺陷波和侧向波的相位。对缺陷深度和自身高度的测量是基于时间差法，也就是测量缺陷端部衍射点与侧向波的时间差，因此在检测工件厚度方向上具有很高的准确性。

TOFD技术（超声波衍射时差法）以其缺陷高检出率和缺陷深度定位的准确性以及检测的高效率，在国内开始用于天然气管道、大型设备焊缝的检测。但在大型螺旋壳体焊缝工程应用 TOFD技术还少见。据了解，电站发电机组中的重要受压部件蜗壳是大型螺旋壳体，对蜗壳焊缝的焊接质量控制好坏直接影响其使用寿命和安全性能。电站蜗壳焊缝为不等厚结构，应用RT、UT方法有一定局限性，如何在蜗壳上用TOFD代替RT，有必要进行一些对比试验，以验证TOFD技术在电站机组蜗壳焊缝上的适用性。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，提供一种大型螺旋壳体焊缝TOFD检测验证方法。本发明形成大型螺旋壳体焊缝TOFD与RT、UT对比试验方法，成功地应用于电站机组蜗壳现场安装焊缝的检测。

为解决上述问题，一种大型螺旋壳体焊缝TOFD检测验证方法，所述蜗壳由几十节左右组成，相邻两节蜗壳的板厚都有不同，厚度沿水流方向变化，焊缝也为不等厚结构，它包括：

步骤一，制作试样，确定蜗壳缺陷验收标准及TOFD检测工艺参数

TOFD检测编号为每四节蜗壳作为一个新的检测起始点，每次扫查长度为300mm, 实际有效长度取250mm，与射线底片有效长度相同；UT、RT的缺陷验收按照ASME第八卷[1]规定执行，TOFD的缺陷验收参照ASME标准[6，7]和欧共体相关规范[2，3，4，5]进行评定；

步骤二，蜗壳焊缝对比试验

在对比试验中，TOFD、UT和RT分别进行， TOFD首先进行，检测后分别进行UT和RT，最后将各自判定的不合格缺陷进行解剖，以验证各自的检测准确性；

步骤三，焊接试板对比试验，

增加焊接试板的对比；在试板上制作了裂纹、未熔合、未焊透、密集气孔、夹渣等焊接缺陷，参照步骤二进行对比试验；

步骤四，对比试验分析

根据三种方法的缺陷检出率验证TOFD的可靠性。

由于TOFD技术对缺陷深度的测量采用时间差法，可以精确地测量缺陷的深度和自身高度，通过上述步骤的对比试验方法得出的结论，可以认为缺陷的定性难度和准确性介于RT和常规UT之间，其缺陷检出率明显高于常规的检测技术，对面状危害性缺陷灵敏度高，并且对面状缺陷不受缺陷方向性限制，检测速度快，扫描图显示的缺陷较为直观，并可永久保存，推广应用在大型球罐和厚壁压力容器中厚板焊缝的检测中代替RT检测速度快，综合成本低，对人体和周边环境无辐射危害，可在很大程度上为业主节省成本，有较大的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为TOFD检测时探头覆盖范围示意图。

具体实施方式

本发明可应用在大型电站发电机组上的重要受压部件螺旋壳体焊缝TOFD检测工艺与RT、UT对比试验过程中，推广到大型球罐和厚壁压力容器TOFD方法替代RT的验证对比试验工作中，TOFD方法检测速度快，综合成本低，对人体和周边环境无辐射危害，可在很大程度上为业主节省成本，有较大的应用前景。大型螺旋壳体焊缝TOFD检测工艺与RT、UT对比试验方法含以下四个步骤：

制作试样，确定蜗壳缺陷验收标准及TOFD检测工艺参数

蜗壳焊缝结构较复杂，并且首次应用TOFD技术，因此，在正式投入使用前需要做大量的对比试验。对比试验包括缺陷检出率和缺陷性质评定。项目组在半年时间里反复做了多次试验。一台蜗壳由几十节左右组成，相邻两节蜗壳的板厚都有不同，厚度沿水流方向变化，焊缝也为不等厚结构，厚度范围为20~68mm。TOFD检测编号为每四节蜗壳作为一个新的检测起始点，每次扫查长度为300mm, 实际有效长度取250mm，与射线底片有效长度相同。在本次对比试验中，UT、RT的缺陷验收按照ASME第八卷[1]的有关规定执行，TOFD的缺陷验收参照ASME标准[6，7]和欧共体相关规范[2，3，4，5]编制的企业标准进行评定。

对比试验前后分别在蜗壳焊缝上和焊接试板上下进行。RT采用Ir192γ源检测。焊接试板也制作成与蜗壳焊缝相似的不等厚结构。考虑到焊缝为不等厚结构，为尽可能地减小检测盲区，TOFD采用双面扫查检测方式。本次试验中TOFD法是采用半自动检测法进行检测，所用仪器型号为：以色列ISONIC2005。对于厚度20mm~35mm的焊缝检测时工艺参数：探头晶片规格尺寸为Ф6mm，探测频率为6MHZ,声束角度为θ=60°,探头对间距按公式PCS=(4/3)Dtgθ选取。对于厚度35mm~68mm的焊缝检测时工艺参数：探头晶片规格尺寸为Ф10mm，探测频率为4MHZ,声束角度为θ=60°,探头对间距按公式PCS=(4/3)Dtgθ选取。

蜗壳焊缝对比试验

在对比试验中，TOFD、UT和RT分别进行，原则上TOFD首先进行，检测后分别进行UT和RT。最后将各自判定的不合格缺陷进行解剖，以验证各自的检测准确性。试验对象为四台机组的现场安装蜗壳与过渡板连接焊缝及纵焊缝。解剖方式为碳弧气刨。

试验结果显示，TOFD能够清晰地检测出RT和常规UT横波反射法难以检测出的平面状缺陷，且长度、深度测量准确。对缺陷性质至少可以判定出缺陷是体积状缺陷，还是面状缺陷。经解剖证实缺陷的尺寸和深度与TOFD检测结果具有很好的符合性。图3是裂纹的显示轮廓。

焊接试板对比试验

由于TOFD对气孔、夹渣等体积状缺陷的检测结果与实际解剖有一定出入，为了进一步验证TOFD检测代替RT的能力，我们进一步增加焊接试板的对比；试板上制作了裂纹、未熔合、未焊透、密集气孔、夹渣等焊接缺陷。试板的解剖采用机加工的方法，在刨床上精细刨削。在解剖中发现，经TOFD检测出的部分裂纹缺陷只有在刨削到一定深度后使用磁粉检测才能发现缺陷的存在。以下是对比结果：

表1电站机组某蜗壳焊缝TOFD对比试验结果

Figure 2010105891076100002DEST_PATH_IMAGE001

对比试验分析

(1) 表1中显示，蜗壳焊缝上的三种方法缺陷检出率都较低，这是因为受现场条件限制，焊缝板厚的不同、表面粗糙度可能会影响检测结果，特别是丁字缝处几何形状较为复杂，对UT和TOFD检测有较大的影响。

(2) RT采用Ir192γ源检测，底片不够清晰，对RT的缺陷检出率有较大影响。

(3) 现场蜗壳只能用碳弧气刨进行解剖，对于自身高度较小的缺陷在气刨时可能被刨除。而焊接试板的解剖方式与现场蜗壳焊缝不同，试板是经过机加工精细的解剖，能够更真实地反映各种检测方法的检测能力。

(4) 对缺陷性质的判定还不够准确，有些情况下很难对缺陷性质做出明确的解释，还需要借助常规UT等其它检测方法进一步判定。

(5) 在实际检测工作中，在制定具体的检测工艺时，应采取减小检测盲区的具体措施。确保TOFD检测技术的可靠性和有效性。

(6)小结

因针对不同的钢板壁厚，其对接焊缝的TOFD检测工艺和参数也不同，故下面列举典型的厚度为20ｍｍ的对接焊缝的TOFD检测工艺。

编制依据：

（1）. ASME Ⅷ .锅炉压力容器规范第八卷

（2） BS7706-1993《用于缺陷检测、定位和定量的超声衍射波时差方法的校正和设置》

（3） ENV583-6 2000《超声衍射波时差法用于缺陷检测和尺寸测定》

（4） NEN 1822－2005《超声衍射波时差法检测技术验收规范》

（5）CEN/TS 14751 《超声衍射波时差法（TOFD）检测焊缝》

（6）. ASME CODE CASE-2235 锅炉压力容器规范案例

（7） ASTM-2373-04《超声衍射波时差技术（TOFD）标准》

检测设备器材：

（1）、仪器：*********

（2）、探头规格：7.5MHZ,Φ3mm

（3）、楔块：60o

（4）、扫查装置：手动单轴扫查器，带滚轮编码器

（5）、对比试块：直接采用被检工件。

检测人员：

1、检测人员应熟悉所使用的检测设备，并经过专业培训合格的人员，并负相应的技术责任。

2、检测人员应熟悉有关的标准法规，具有实际检测经验并掌握一定的压力容器结构及制造基础知识；

检测准备：

（1）、确定检测区域

检测区域应包括焊缝熔合线两侧各20mm的区域；

画线：在焊缝两侧20mm的位置各画一条线，作为扫查标记线。

（2）、扫查面准备：

焊缝每侧打磨宽度为60mm，应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其他杂质。检测表面应平整，其表面粗糙度Ra值不低于6.3μm，一般应进行打磨。

要求去除余高的焊缝，应将余高打磨到与邻近母材平齐；保留余高的焊缝，如果焊缝表面有咬边、较大的隆起和凹陷等也应进行适当的修磨，并作圆滑过渡以免影响检测结果的评定。

（3）、耦合剂：水或机油。

（4）、检测温度：20-30℃。

检测设置和校准

探头选取和设置：

工件厚度

a．表面盲区

TOFD检测前，应根据探头设置及所选择的扫查方式通过实验测定其扫查面表面盲区高度，并在检测工艺中注明。

b．按—12dB法测定探头对的声束宽度，并在检测工艺中注明。

将探头固定在扫查装置上，安装位置传感器，连接它们与仪器间的线缆并开机。

（2）、仪器初调

选择A扫描的RF波形和TOFD显示模式等。

（3）、设置A扫描时间窗口

选择工件母材某处合适部位，调节时间轴，使时间窗口的起始位置为直通波到达接收探头前0.5μs，窗口宽度设置为工件底面的一次波型转换波后0.5μs；

（4）、选择合适的探头激发电压

调节探头激发电压，观察不同电压值下的A扫描信号幅度状况，确定适合的电压值。

（5）、校准超声波在探头楔块中传播的时间和深度；

在工件同一部位进行，应保证深度测量误差不大于工件厚度的0.5mm。

（6）、设置灵敏度：

在工件同一部位进行，将直通波的波幅设定到满屏高的60%；

（7）、设置扫查增量：

设定为0.5mm。

（8）、校准位置传感器：

选择编码器驱动模式、设定传感器编码型号，移动300mm，比较检测设备所显示的位移与实际位移之差值，其误差应小于3mm；

（9）、保存设置文件。

5、检测

（1）、将设置好的扫查架置于焊缝之上，检查A扫描时间窗口和灵敏度是否变化；

（2）、扫查次数和方式的选择：

（ａ）扫查方式：非平行扫查。

（ｂ）扫查次数：

该探头覆盖范围见图1：

根据检测区域的要求，单次非平行扫查不覆盖底面20mm检测区域的要求；

故需分别在焊缝两侧各增加1次偏置非平行扫查，偏心距离设定为10mm。

共需采用3次扫查。

（3）、每次扫查1米，第二段扫查时重叠20mm。。

（4）、检测过程中密切注意波幅变化状况以及是否有数据丢失现象。

（5）、数据保存。

（6）、按规定进行系统复核。

7、数据分析和解释

（1）、判断数据有效性；

（2）、判断是否存在相关显示；

（3）、对相关显示进行分类：表面开口型缺陷显示、埋藏型缺陷显示和难以分类的显示。

（4）、相关显示的测量：

长度（X轴起始位置）、高度。

8、其他补充检测

（1）、对于底面所发现的表面可疑部位以及扫查面应按照JB/T4730.4标准进行磁粉检测和处理；

（2）、对于发现的内部难以判断的可疑部位按照JB/T4730.3进行超声检测和处理。

9、缺陷评定与质量分级

（1）、分析相关显示的缺陷性质，如可判断缺陷类型为危害性表面开口缺陷或裂纹、未熔合等危害性埋藏缺陷时，评为III级，同时测量其Y轴位置；

（2）、根据 NEN 1822－2005《超声衍射波时差法检测技术验收规范》对相关显示进行评定和分级，同时对评定为III级的缺陷测量其Y轴位置。

（3）、对III级缺陷出具缺陷返修通知单。

10、检测记录及报告

1、检测人员应按照《记录填写规则》的要求现场填写检测记录。

2、检测人员按照规定的报告格式，出具检测报告。

Claims

1.一种大型螺旋壳体焊缝TOFD检测验证方法，所述蜗壳由10节以上组成，相邻两节蜗壳的板厚都有不同，厚度沿水流方向变化，焊缝也为不等厚结构，其特征在于，它包括：

步骤二，蜗壳焊缝对比试验

步骤三，焊接试板对比试验，

步骤四，对比试验分析

根据三种方法的缺陷检出率验证TOFD的可靠性。