CN106706759B - 超超临界发电机组p92钢主蒸汽管道焊接接头缺陷评定方法 - Google Patents

超超临界发电机组p92钢主蒸汽管道焊接接头缺陷评定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超超临界发电机组P92主蒸汽管道焊接接头缺陷评定方法，分别采用超声波检测、结合工业CT检测技术等检测手段，并辅以相控阵检测技术，对P92钢主蒸汽管道焊接接头内部微小缺陷进行全方位检测，获得准确而定量的缺陷的位置、深度、高度、数量和形状等信息，然后建立不同缺陷与工业CT图像的关联，以便用于现场检测分析。本发明的方法简便、实用，而且可以准确判定缺陷的性质，提高了缺陷性质判定的准确率，对预防P92钢管道焊接接头缺陷危害具有重要的指导意义，同时也为管道检修提供了技术支撑。

Description

超超临界发电机组P92钢主蒸汽管道焊接接头缺陷评定方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及一种超超临界发电机组P92钢主蒸汽管道焊接接头缺陷评定方法。
背景技术
超超临界机组因具有节能和环保等独特优势在火力发电中得到了广泛应用，目前中国已经成为世界上拥有超超临界机组最多的国家。在国内在建和已投运的超超临界火电机组中大量采用了P92铁素体型耐热钢，该钢具有较高的高温强度和抗蠕变性能，被广泛应用于超超临界机组的联箱和主蒸汽管道。P92钢是一种细晶强韧性耐热钢，由于合金含量相对较高，淬硬倾向较大，焊接性能较差，在焊接过程中容易造成焊接接头出现裂纹、气孔和未熔合等缺陷。根据目前P92钢的焊接情况来看，国内部分超超临界机组曾出现了P92钢焊接接头产生多种缺陷等现象，严重影响了机组的安全稳定运行。
目前机组定期检验和金属监督检验通常采用A型脉冲反射法超声波检测和TOFD(Time of Flight Diffraction Technique，衍射时差法超声检测技术)检测，实现在不损伤机组部件性能和完整性的前提下检测部件金属内部各种缺陷的技术。当缺陷尺寸比较细小，长度较短(如3～5mm)、且有方向性时，超声波反射能量相对比较低，根据标准DL/T820《管道焊接接头超声波检验技术规程》和NB/T47013《承压设备无损检测》要求，通常情况下基本视为不超标微小缺陷。根据专利“一种检测识别P92钢焊缝金属微细裂纹的方法”(CN104439747B)可知这类缺陷有可能是微细裂纹。同时，单一脉冲信号A型波显示缺陷定位比较准确，但由于受到缺陷位置、取向、探头角度、表面耦合状态、材质等因素影响，无法有效进行缺陷定性和准确测量缺陷的尺寸，有些不超标的体积型缺陷和面积型缺陷则无法区分。对于两个相邻的缺陷或数个相邻点状缺陷进行区分难度大，致使无法确定焊接接头在同一横向截面上两个或两个以上缺陷的波形是两个或者两个以上缺陷还是由于缺陷自身高度引起的波形显示，或者是一个垂直的裂纹由于裂纹走向导致出现多个不同深度且不连续的波形，故无法判断是一个缺陷还是多个缺陷。相控阵检测技术灵敏度和分辨力高，Ф0.5以上的孔可以检测到，精度高，能够区分相邻的缺陷以及缺陷深度、水平位置精确定位，但相控阵检测也是利用A波，在测量缺陷自身长度时由于受到缺陷取向、位置等因素影响无法准确判断且也存在定性困难。工业CT(射线照相)检测技术对焊缝内部缺陷形成二维黑度图像，根据黑度图像可判断缺陷类型，并获得缺陷的位置、取向、形状及尺寸等信息，进而进行缺陷的准确空间定位和深度定量，但是工业CT检测成本高、装置使用范围受限。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种超超临界发电机组P92主蒸汽管焊接接头道缺陷评定方法。本发明采用超声波检测手段，结合工业CT检测技术，辅以相控阵检测技术，对P92钢主蒸汽管道焊接接头内部缺陷进行全面检测，获得准确而定量的缺陷的位置、数量和形状等信息，建立不同类型的缺陷A型脉冲发射法超声波波形与工业CT图像的之间关联，解决了P92主蒸汽管道焊接接头不超标缺陷性质的判定问题，大大提高了缺陷性质判定的准确率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种超超临界发电机组P92钢主蒸汽管道焊接接头缺陷评定方法，步骤如下：
(1)采用A型脉冲发射法超声波进行检测，对发现的缺陷进行定位、测长，记录波形；
(2)根据超声波的波形对缺陷性质进行评定，评定方法为：若超声波的波形狭窄锐利，在波底呈堆积状毛刺波，则缺陷为微小裂纹；若超声波的波形狭窄锐利，波底干净无毛刺波，则缺陷为气孔；若超声波的波形粗糙、较宽，反射能量较高的波轻微移动、波形急剧下降甚至消失，则缺陷为夹渣。
优选的，步骤(1)中，A型脉冲发射法超声波检测采用K1 13×13 2.5p斜探头，扫查灵敏度在DAC曲线基础上提高4dB。
本发明的第二方面，提供一种超超临界发电机组P92钢主蒸汽管道焊接接头缺陷的A型脉冲发射法超声波波形与缺陷性质关联性的构建方法，步骤如下：
(1)采用A型脉冲发射法超声波进行检测，对发现的缺陷进行定位、测长，记录波形；
(2)采用相控阵超声波检测，对A型脉冲发射法超声波检测出的缺陷进行定位和长度的精确判断，区分在长度方向的缺陷数量；记录缺陷的在深度、长度、水平方向上的定位信息；
(3)利用工业CT技术对焊缝进行切片分层CT扫查，记录缺陷的二维黑度图像；
(4)建立A型脉冲发射法超声波波形与缺陷性质之间的关联。
优选的，步骤(1)中，A型脉冲发射法超声波检测采用K1 13×13 2.5p斜探头，扫查灵敏度在DAC曲线基础上提高4dB。
优选的，步骤(2)中，相控阵超声波检测采用平面线型、5MHz/32晶片或5MHz/64晶片相控阵探头，扫查灵敏度提高4～8dB。
优选的，步骤(3)中，工业CT检测，切片分层扫查，采用同步频率200Hz，采样时间5ms，时差直径150mm。
步骤(4)中，建立关联的方法为：将CT切片分层二维图像上的缺陷定性信息、相控阵超声波检测的定位信息和A型脉冲发射法超声波的波形相对应，建立A型脉冲发射法超声波的波形与缺陷类型的关联。
步骤(4)中，所述缺陷类型包括：微小裂纹、气孔和夹渣。
步骤(4)中，A型脉冲发射法超声波的波形与缺陷类型的关联构建的结果为：若超声波的波形狭窄锐利，在波底呈堆积状毛刺波，则缺陷为微小裂纹；若超声波的波形狭窄锐利，波底干净无毛刺波，则缺陷为气孔；若超声波的波形粗糙、较宽，反射能量较高的波轻微移动波形急剧下降甚至消失，则缺陷为夹渣。
本发明的有益效果：
(1)本发明首次找到了P92钢主蒸汽管道焊接接头的A型脉冲发射法超声波的不同缺陷波型特征，使波形与实际缺陷相对应，构建了波形与缺陷的关联性。在现场检测工作中遇到不超标缺陷时，根据波型可以判断是微小裂纹还是气孔或夹渣，为缺陷性质判定提供了简单而方便的依据，并节省了工作时间和劳动成本，同时也为管道检修提供了技术支撑。
(2)本发明通过采用A型脉冲发射法、工业CT检测、辅以相控阵超声波多种检测技术，获得P92钢主蒸汽管道焊接接头缺陷准确的三维数据和二维图像，根据P92钢焊缝的A型脉冲发射法超声波的不同缺陷波形特征,如不超标缺陷、微小裂纹和小体积的气孔、夹渣等波形特点，使波形与缺陷CT图像相对应，建立超声波波形与缺陷图像对应的关系，对缺陷类型进行判断。在现场检测时，可根据超声波波形判断不超标缺陷是微小裂纹、气孔还是夹渣，为评判P92钢主蒸汽管道焊接接头不超标缺陷性质提供了可靠而简便的依据，提高了缺陷性质判定的准确率。
(3)本发明提出的超超临界发电机组P92钢主蒸汽管道焊接接头缺陷的A型脉冲发射法超声波波形与缺陷性质关联性的构建方法，各个步骤之间前后关联，相辅相成，首先采用扫查用时短的A型脉冲发射法超声波进行初步检测，确定缺陷区域；然后采用分辨力高的相控阵超声波检测技术精确的区分相邻相近的缺陷位置，并准确定位，成像相对直观；再采用工业CT技术，对面积型缺陷和体积型缺陷进行区分，并通过工业CT二维黑度照片图像对上述两种手段检测判断出的缺陷性质进行验证和评定；然后构建超声波波形与不同缺陷性质之间的关系，解决了常规A型脉冲发射法超声波检测无法确定缺陷类型的问题，提高了A型脉冲发射法超声波检测的实际应用价值。
(4)本发明的方法简便、实用，不仅大大提高了缺陷性质判定的的准确率，而且可以准确判定缺陷的类型，对预防P92主蒸汽管道焊接接头缺陷危害和对管道检修具有重要的指导意义。
附图说明
图1：A型脉冲发射法超声波检测的示意图；
图2：A型脉冲发射法超声波检测操作平面示意图；
图3：缺陷的超声波波形图；
图4：相控阵检测示意图(垂直方向)；
图5：相控阵检测示意图(水平方向)；
图6：相控阵图像；
图7：微小裂纹超声波波形图，其中，(a)裂纹1；(b)裂纹2；
图8：微小裂纹CT图像，其中，(a)和(b)裂纹1，(b)为(a)的局部放大图；(c)裂纹2；
图9：夹渣超声波波形图，其中，(a)夹渣1和2；(b)夹渣3；
图10：夹渣CT图像，其中，(a)夹渣1和夹渣2；(b)夹渣3；
图11：气孔超声波波形图，其中，(a)气孔1；(b)气孔2；
图12：气孔CT图像，其中，(a)气孔1；(b)和(c)气孔2，(c)为(b)的放大图。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述实施例说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：超超临界发电机组P92主蒸汽管道焊接接头缺陷评定方法
具体步骤如下：
1、利用A型脉冲发射法超声波对P92钢主蒸汽管道焊接接头进行检测，记录缺陷的位置、长度。首先，根据P92钢管道焊接接头厚度，依据DL/T820、NB/T47013检验技术标准和检验等级调节仪器，A型脉冲反射法超声波仪器，采用K1 13×13 2.5p斜探头，扫查灵敏度在DAC曲线基础上提高4dB。
A型脉冲反射法超声波可对缺陷进行定位，如缺陷的深度h，水平位置a或距离焊缝中心线的距离b，获得焊缝缺陷数据：缺陷深度h和水平位置a和b(如图1所示)、缺陷长度l(如图2所示)，记录缺陷波形(如图3所示)和数据。
2、利用相控阵超声波设备进行缺陷检测，相控阵采用平面线型、5M32晶片，当精度要求更高时采用5M64晶片，根据所采用的技术标准的试块制作TCG灵敏度曲线，并根据实际检测需要扫查灵敏度提高4～8dB(相控阵灵敏度和分辨力较高，理论上Ф＝0.5以上的孔基本可以检测出来。)
(1)对A型脉冲反射法超声波方法检测出的缺陷在长度上进行精确判断，区分在长度方向上的缺陷数量；
(2)在A型脉冲反射法超声波方法未检测出缺陷的区域或反射能量弱的区域进行复检，防止由于方向原因而导致缺陷漏检。
(3)判定缺陷的深度数据h1、h2、h3，水平位置数据a1、a2、a3和b1、b2、b3，长度数据l1、l2，并将相控阵图像并记录下来。如图4、图5和图6所示。
3、利用工业CT检测技术对焊缝进行切片分层扫查，采用同步频率200Hz，采样时间5ms，时差直径150mm。获取缺陷的二维黑度图像，并进行记录。
4、根据P92钢主蒸汽管道焊接接头缺陷的二维黑度图像、三维位置数据和超声波波形特征，得出不同类型缺陷的超声波波形特点。具体如下：
其中，微小裂纹的相控阵检测数据如表1所示，超声波波形图如图7所示，二维黑度图像如图8所示。
表1 微小裂纹1相控阵检测数据
序号 深度/mm 长度/mm 距焊缝边缘水平距离/mm
裂纹1 72.9 7 20.1
裂纹2 21.7 4 16.7
由此，确定微小裂纹缺陷的超声波波形特征为：波形狭窄锐利，在波底呈堆积状毛刺波(程度与裂纹走向和形状有关)。
夹渣的相控阵检测数据如表2所示，超声波波形图如图9所示，二维黑度图像如图10所示。
表2：夹渣的相控阵检测数据
序号 深度/mm 长径/mm 短径/mm 距焊缝边缘水平距离/mm
夹渣1 30.1 2.2 2 12.6
夹渣2 38.2 2 2 12.7
夹渣3 95.9 2.5 2.5 22.4
由此，确定夹渣缺陷的超声波波形特征为：波形粗糙、较宽，反射能量较高的波轻微移动波形急剧下降甚至消失。
气孔的相控阵检测数据如表3所示，超声波波形图如图11所示，二维黑度图像如图12所示。
表3 相控阵检测定位数据
序号 深度/mm 长径/mm 短径/mm 距焊缝边缘水平距离/mm
气孔1 29 2.6 2 14.4
气孔2 77 2.6 5.2 18.9
由此，确定气孔缺陷的超声波波形特征为：气孔的波形狭窄锐利，波底干净无毛刺波。
在现场检测时，根据检测到的缺陷超声波波形特点，实现对缺陷类型的准确判定。
实施例2：超超临界发电机组P92主蒸汽管道焊接接头缺陷的现场检测
采用A型脉冲发射法超声波对P92钢主蒸汽管道焊接接头进行检测，根据P92钢管道焊接接头厚度，依据DL/T820、NB/T47013检验技术标准和检验等级调节仪器，A型脉冲反射法超声波仪器，采用K1 13×13 2.5p斜探头，扫查灵敏度在DAC曲线基础上提高4dB。
记录超声波的波形图，根据实施例1的超超临界发电机组P92主蒸汽管道焊接接头缺陷评定方法，即：
微小裂纹缺陷的超声波波形特征为：波形狭窄锐利，在波底呈堆积状毛刺波(程度与裂纹走向和形状有关)。
夹渣缺陷的超声波波形特征为：波形粗糙、较宽，反射能量较高的波轻微移动波形急剧下降甚至消失。
气孔缺陷的超声波波形特征为：气孔的波形狭窄锐利，波底干净无毛刺波。
依此对检测出的缺陷类型进行判断。
然后分别采用相控阵检测技术、TOFD检测技术和工业CT技术对A型脉冲发射法超声波法检测出的缺陷进行复检。
结果发现：采用A型脉冲发射法超声波进行检测，结合本发明的超超临界发电机组P92主蒸汽管道焊接接头缺陷评定方法，可以对不超缺陷的类型进行准确的判断，缺陷类型的判断结果与复检一致，检测检出率高，无漏检现象。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种超超临界发电机组P92钢主蒸汽管道焊接接头缺陷评定方法，其特征在于，步骤如下：
(1)采用A型脉冲发射法超声波进行检测，对发现的缺陷进行定位、测长，记录波形；
(2)采用相控阵超声波检测，对A型脉冲发射法超声波检测出的缺陷进行定位和长度的精确判断，区分在长度方向的缺陷数量；记录缺陷的在深度、长度、水平方向上的定位信息；
(3)利用工业CT技术对焊缝进行切片分层CT扫查，记录缺陷的二维黑度图像；
(4)建立A型脉冲发射法超声波波形与缺陷性质之间的关联；
建立关联的方法为：将CT切片分层二维图像上的缺陷定位信息、相控阵超声波检测的定位信息和A型脉冲发射法超声波的波形相对应，建立A型脉冲发射法超声波的波形与缺陷类型的关联；
其中，A型脉冲发射法超声波波形与缺陷性质之间的关联结果为：若超声波的波形狭窄锐利，在波底呈堆积状毛刺波，则缺陷为微小裂纹；若超声波的波形狭窄锐利，波底干净无毛刺波，则缺陷为气孔；若超声波的波形粗糙、较宽，反射能量较高的波轻微移动、波形急剧下降甚至消失，则缺陷为夹渣；
步骤(1)中，A型脉冲发射法超声波检测采用K1 13×13 2.5p斜探头，扫查灵敏度在DAC曲线基础上提高4dB。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，相控阵超声波检测采用平面线型、5MHz/32晶片或5MHz/64晶片相控阵探头，扫查灵敏度提高4～8dB。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，工业CT检测，切片分层扫查，采用同步频率200Hz，采样时间5ms，时差直径150mm。
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