CN103063371B - 一种密集管束焊缝检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密集管束焊缝检测装置及检测方法，密集管束焊缝检测装置包括水流喷射装置和喷射高度测量工具，水流喷射装置包括通过水管依次连通的水箱、水泵、稳压器及模拟传热管，水管上还设有若干阀门，稳压器自带有压力表，稳压器与模拟传热管之间的水管上设有流量计，模拟传热管的出水端设有带孔的堵塞件。通过本发明，能对密集管束焊缝的泄漏率做出精确判断，既能满足测量准确度要求，又能满足大批量传热管焊接质量的检测要求。

Description

一种密集管束焊缝检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及焊缝检测领域，具体是一种密集管束焊缝检测装置及检测方法，尤其适用于蒸汽发生器或换热器的传热管的焊缝检测。

背景技术

蒸汽发生器或换热器的传热管束的焊接及焊缝质量检测是蒸汽发生器生产过程中的重要组成部分，由于传热管束分布密集，常规的无损检测方法难于对焊缝的流体泄漏率及流道堵塞做出精确的判断。尤其是新型蒸汽发生器的传热管采用了双面加热的套管结构，传热效率大大提高；然而这种蒸汽发生器可能会发生热工和水动力等两相流动不稳定性问题。流动不稳定性的发生不仅会降低系统效能，而且持续的不稳定性最终将导致传热管的疲劳破损。为了避免蒸汽发生器出现流动不稳定的问题，需要采取一系列措施，在传热管入口设置节流件就是其中的一种方法。为得到阻力特性相同的节流件，焊接前需进行阻力特性标定，焊接后进行焊缝检测。

将节流件焊接在传热管内及传热管焊接在管板上是一项复杂的工作，焊接后焊缝的质量检测是一项重要的工作。常规的焊缝检测方法如：射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）、涡流检测（ET），难于对此密集管束焊缝的泄漏率做出精确判断。

因此，对于蒸汽发生器的制造生产而言，需要提供一种能够对蒸汽发生器传热管、内焊节流件的新型蒸汽发生器的传热管进行焊缝检测、对焊缝泄漏率提供精确判断的检测装置和方法。

发明内容

本发明提供了一种密集管束焊缝检测装置及检测方法，解决了常规的检测方法难于对密集管束焊缝的泄漏率做出精确判断的问题。

本发明为解决技术问题主要通过以下技术方案实现：一种密集管束焊缝检测装置，包括水流喷射装置和喷射高度测量工具，所述水流喷射装置包括通过水管依次连通的水箱、水泵、稳压器及模拟传热管，水管上还设有若干阀门，所述稳压器自带有压力表，稳压器与模拟传热管之间的水管上设有流量计，所述模拟传热管的出水端设有带孔的堵塞件。

水泵用于提供水流循环及喷射水流所需的动力；水管上的阀门可以根据需要调节水流流量及喷射水流的大小；稳压器用于稳定水流的压力，同时通过稳压器上的压力表可以得知水流的压力，便于检测；而流量计用于测量水流的流量，进而可以得知水流的速度；堵塞件用于密封传热管的一端，使传热管内外产生一定的压力差，使水流产生向上的喷射。

所述水泵和稳压器之间的水管上设有温度计。温度计用于测量水流的温度，由于不同温度的水流产生的压力会有所不同，通过温度计能进一步统一变量参数，减小误差。

所述稳压器与模拟传热管之间的水管上设有过滤器，所述过滤器位于稳压器与流量计之间或流量计与模拟传热管之间。水流中可能会含有一些杂质，而这些杂质有可能会堵塞缝隙，对检测造成干扰，滤除杂质后能进一步减小误差。

所述喷射高度测量工具为卡尺。卡尺用于测量水流喷射的高度。

所述堵塞件为橡皮塞。

一种采用上述密集管束焊缝检测装置实现检测的方法，包括以下步骤：

a、选取模拟传热管：模拟传热管的直径、壁厚、长度与待测传热管的内管相同；

b、焊缝泄漏的工况，确定模拟传热管的开孔大小，给模拟传热管侧面开孔：根据待测传热管的工艺流量、入口压力、尺寸、允许焊缝泄漏流量，计算出待测传热管焊缝允许缝隙面积尺寸，进而得出模拟传热管侧面开孔尺寸，计算公式如下：

，

其中，P₁为管内缝隙前压力，P₂为管外缝隙后压力，ρ为水的密度，

v₁为缝隙水流速度，Q为焊缝泄漏流量，A₁为允许焊缝缝隙面积；

c、焊缝造成流道堵塞的工况，模拟传热管的堵管尺寸由原型传热管允许堵管尺寸确定；

d、确定喷射水流检测工具的堵塞件开孔大小，给堵塞件开孔：根据待测传热管的工艺流量、入口压力、尺寸、允许焊缝泄漏流量、沿程阻力系数，计算出堵塞件的开孔尺寸，并用模拟试验验证，从而确定最终开孔尺寸，其计算公式如下：

  

其中，P₃为传热管入口压力，P₄为传热管出口压力，P₅为堵塞件出口压力，

v₂为传热管内流速，v₃为堵塞件出口水流速度，A₂为传热管截面积，A₃为堵塞件出口截面积，L为传热管长度，D为传热管内径，ζ为沿程阻力系数，h为喷射水流高度，g为重力加速度；

e、标定：对每一种模拟传热管得出一条标定试验曲线，出口水流喷射高度与入口水流压力、入口水流流量、允许焊缝泄漏流量、模拟传热管尺寸有关；

f、将待测传热管接入检测装置：将模拟传热管替换为待测传热管，调节入口压力或流量与标定试验时的压力或流量相等；

g、检测：测量待测传热管的出口水流喷射高度，将检测结果与模拟传热管的标定试验曲线相比较，根据相关规范要求，判断待测传热管是否合格。

本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

（1）本发明采用模拟试验组件对密集管束进行焊缝检测，利用流体力学试验方法得出传热管焊缝泄漏（堵塞）率与传热管出口水流喷射高度之间的关系，绘制标定试验曲线，从而通过对比标定试验曲线，判断蒸汽发生器各个传热管的焊接质量是否合格。

（2）本发明通过对喷射水流测量工具的堵塞件的开孔尺寸进行计算及试验，得出堵塞件开孔的最佳尺寸，从而能够准确及方便地测量传热管出口水流的喷射高度，使得即能满足测量准确度要求又能满足大批量传热管焊接质量的检测要求。

附图说明

图1为实施例1的密集管束焊缝检测装置的整体结构示意图；

图2为实施例2的密集管束焊缝检测装置的整体结构示意图；

图3为实施例3的密集管束焊缝检测装置的整体结构示意图；

图4为模拟传热管的结构示意图；

图5为单管节流件的结构示意图。

附图中标记对应的名称为：1、水箱，2、水泵，3、稳压器，4、流量计，5、过滤器，6、温度计，7、模拟传热管，8、单管节流件，9、堵塞件，10、卡尺。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例的密集管束焊缝检测装置包括水流喷射装置和喷射高度测量工具，水流喷射装置包括通过水管依次连通的水箱1、水泵2、稳压器3及模拟传热管7，水箱1为整个检测提供充足的水源，而水泵2为喷射水流提供动力，水流经稳压器3后进入模拟传热管7，并从模拟传热管7的出水口喷射出去，喷射出去的水流高度即是所要测量的高度。

为了获得较好的喷射效果，在水管上设置若干阀门，对水流流量及喷射水流的大小进行调节。

为了进一步获得更好的喷射效果，在模拟传热管7的出水端设置带孔的堵塞件9，作为优选，堵塞件9采用橡皮塞，橡皮塞将模拟传热管7的出水端堵住，只留下橡皮塞上的孔可以使水通过，这样增大了模拟传热管7内外的压力差，更便于测量从橡皮塞喷射出水流的高度。

为了便于测量相关数据，选用的稳压器3自带有压力表，同时在稳压器3与模拟传热管7之间的水管上设有流量计4，这样就能获得模拟传热管7内水流流速等相关数据。

本实施例的喷射高度测量工具是用于测量喷射水流的高度，作为优选，本实施例将卡尺10作为喷射高度测量工具。

一种采用上述密集管束焊缝检测装置实现检测的方法，包括以下步骤：

a、选取模拟传热管：模拟传热管的直径、壁厚、长度与待测传热管的内管相同；

b、焊缝泄漏的工况，确定模拟传热管的开孔大小，给模拟传热管侧面开孔：根据待测传热管的工艺流量、入口压力、尺寸、允许焊缝泄漏流量，计算出待测传热管焊缝允许缝隙面积尺寸，进而得出模拟传热管侧面开孔尺寸，计算公式如下：

，

其中，P₁为管内缝隙前压力，P₂为管外缝隙后压力，ρ为水的密度，v₁为缝隙水流速度，Q为焊缝泄漏流量，A₁为允许焊缝缝隙面积；管内缝隙前压力P₁可采用常规方法测量，如用引压管接压力传感器进行测量；管外缝隙后压力P₂为大气压。

c、焊缝造成流道堵塞的工况，模拟传热管的堵管尺寸由原型传热管允许堵管尺寸确定；原型传热管允许堵管尺寸由技术规范确定，模拟传热管的堵管尺寸与原型相等。

d、确定喷射水流检测工具的堵塞件开孔大小，给堵塞件开孔：根据待测传热管的工艺流量、入口压力、尺寸、允许焊缝泄漏流量、沿程阻力系数，计算出堵塞件的开孔尺寸，并用模拟试验验证，从而确定最终开孔尺寸，其计算公式如下：

  

其中，P₃为传热管入口压力，P₄为传热管出口压力，P₅为堵塞件出口压力，

v₂为传热管内流速，v₃为堵塞件出口水流速度，A₂为传热管截面积，A₃为堵塞件出口截面积，L为传热管长度，D为传热管内径，ζ为沿程阻力系数，h为喷射水流高度，g为重力加速度；P₃ 、P₄ 、P₅用常规方法即可测量，如用引压管接压力传感器可测量P₃ 、P₄ 、P₅的值。

e、标定：对每一种模拟传热管得出一条标定试验曲线，出口水流喷射高度与入口水流压力、入口水流流量、允许焊缝泄漏流量、模拟传热管尺寸有关。当模拟传热管的规格确定后，允许焊缝泄漏流量、模拟传热管尺寸即为已知了，然后水流喷射高度与入口水流压力或入口水流流量之间的函数关系确定，由此可以绘制出每种模拟传热管对应的函数曲线，即标定试验曲线。

f、将待测传热管接入检测装置：将模拟传热管替换为待测传热管，调节入口压力或流量与标定试验时的压力或流量相等；当待测传热管为内部焊接有单管节流件的传热管时，本发明选取的模拟传热管内同样焊接有模拟单管节流件，从而确保与待测传热管一致，如图4所示为带有单管节流件的模拟传热管的结构示意图，而图5则为单管节流件的结构示意图。

g、检测：测量待测传热管的出口水流喷射高度，将检测结果与模拟传热管的标定试验曲线相比较，根据技术规范相关要求，当水流喷射高度大于或小于某一值，即判为不合格。

本实施例通过模拟标准传热管的各种参数，如直径、壁厚、长度、焊缝泄漏的工况等，得出各种规格的传热管的水流喷射高度，并绘制成对应的曲线，然后对待测传热管进行检测，得出待测传热管的水流喷射高度，将该高度与曲线上的标准高度对比，从而判断待测传热管是否合格，该方法能够快速、直观地检测待测传热管是否合格，测量准确度高，同时还能满足大批量传热管焊接质量的检测要求。

实施例2：

如图2所示，本实施例与实施例1基本相同，不同的地方是，水泵2和稳压器3之间的水管上还设置有温度计6，由于不同的水温带来的压力很可能不一样，因此，通过温度计6能避免检测过程中出现因温度带来的误差，进一步提高检测的精度。

实施例3：

如图3所示，本实施例与实施例2基本相同，不同的是在稳压器3与模拟传热管7之间的水管上设置过滤器5，过滤器5位于稳压器3与流量计4之间或流量计4与模拟传热管7之间均可，由于水箱1中的水本身可能还有一些杂质，又或者是水泵2、稳压器3等沿途设备也可能使水流带来杂质，杂质完全有可能对缝隙检测造成干扰，影响检测精度，而本实施例通过设置过滤器5，可以进一步减少检测过程中杂质的干扰。

Claims (6)

1.一种密集管束焊缝检测装置，其特征在于：包括水流喷射装置和喷射高度测量工具，所述水流喷射装置包括通过水管依次连通的水箱（1）、水泵（2）、稳压器（3）及模拟传热管（7），水管上还设有若干阀门，所述稳压器（3）自带有压力表，稳压器（3）与模拟传热管（7）之间的水管上设有流量计（4），所述模拟传热管（7）的出水端设有带孔的堵塞件（9）。

2.根据权利要求1所述的一种密集管束焊缝检测装置，其特征在于：所述水泵（2）和稳压器（3）之间的水管上设有温度计（6）。

3.根据权利要求2所述的一种密集管束焊缝检测装置，其特征在于：所述稳压器（3）与模拟传热管（7）之间的水管上设有过滤器（5），所述过滤器（5）位于稳压器（3）与流量计（4）之间或流量计（4）与模拟传热管（7）之间。

4.根据权利要求1所述的一种密集管束焊缝检测装置，其特征在于：所述喷射高度测量工具为卡尺（10）。

5.根据权利要求1所述的一种密集管束焊缝检测装置，其特征在于：所述堵塞件（9）为橡皮塞。

6.一种采用权利要求1~5任一项所述的一种密集管束焊缝检测装置实现检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、选取模拟传热管：模拟传热管的直径、壁厚、长度与待测传热管的内管相同；

b、根据焊缝泄漏的工况，确定模拟传热管的开孔大小，给模拟传热管侧面开孔：根据待测传热管的工艺流量、入口压力、尺寸、允许焊缝泄漏流量，计算出待测传热管焊缝允许缝隙面积尺寸，进而得出模拟传热管侧面开孔尺寸，计算公式如下：

，

其中，P₁为管内缝隙前压力，P₂为管外缝隙后压力，ρ为水的密度，

v₁为缝隙水流速度，Q为焊缝泄漏流量，A₁为允许焊缝缝隙面积；

c、根据焊缝造成流道堵塞的工况，模拟传热管的堵管尺寸由原型传热管允许堵管尺寸确定；

d、确定水流喷射装置的堵塞件开孔大小，给堵塞件开孔：根据待测传热管的工艺流量、入口压力、尺寸、允许焊缝泄漏流量、沿程阻力系数，计算出堵塞件的开孔尺寸，并用模拟试验验证，从而确定最终开孔尺寸，其计算公式如下：

  

其中，P₃为传热管入口压力，P₄为传热管出口压力，P₅为堵塞件出口压力，

v₂为传热管内流速，v₃为堵塞件出口水流速度，A₂为传热管截面积，A₃为堵塞件出口截面积，L为传热管长度，D为传热管内径，ζ为沿程阻力系数，h为喷射水流高度；

e、标定：对每一种模拟传热管得出一条标定试验曲线，出口水流喷射高度与入口水流压力、入口水流流量、允许焊缝泄漏流量、模拟传热管尺寸有关；

f、将待测传热管接入检测装置：将模拟传热管替换为待测传热管，调节入口压力或流量与标定试验时的压力或流量相等；

g、检测：测量待测传热管的出口水流喷射高度，将检测结果与模拟传热管的标定试验曲线相比较，根据相关规范要求，判断待测传热管是否合格。