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厚壁奥氏体不锈钢管焊缝超声检测试块的制作和探头的调校

由于厚壁奥氏体不锈钢管晶型特点,其焊缝超声检测试块一直是无损检测领域的难题.为了给调整超声波检测探头灵敏度提供有效的参考,提高厚壁奥氏体不锈钢管焊缝超声检测的可靠性和准确性,根据NB/T47013—2015《承压设备无损检测》的要求,按照现场管道的焊接工艺,制作不同的典型人工缺陷对比试块,选用常规超声波K1.5、2MHz斜探头在40mm和60mm模拟试块上进行检测,结果显示,检测能够扫查到缺陷,且定位基本准确.后期将进一步改善检测工艺,以选择更合理的检测条件.

奥氏体钢焊接工艺由于具有良好的机械强度、韧性和耐腐蚀性等特点被广泛应用于石油加工设备.但奥氏体钢焊缝材料属于粗晶材料,由于声速的各异向性导致声速传播的方向不一,对其进行超声检测时,会出现许多不可预见的杂波,给焊缝缺陷的定位和定量造成很大困难.目前厚壁奥氏体管道均采用γ源射线检测,需要安装临时钢结构,搭设防护铅罩.检测必需持续曝光6h,通常一昼夜只能完成一道焊接接头的检测,效率很低;而且钢结构防护铅罩的安装、拆除过程需要较高人工费用和大型起重机械台班费用.以某渣油加氢为例,仅完成15%比例的射线抽检就需要25d(尚不考虑δ<30mmX射线检测,以及焊口的返修、复检工期).渣油加氢装置的常规检修期为22d,远不能满足射线检测需要.

20世纪70年代,前人开始尝试使用不同频率和多种角度的横、纵波探头检测奥氏体不锈钢管焊缝,摸索出壁厚60mm以下的超声(简称UT)检测方法.2015年,NB/T47013.3—2015《承压设备无损检测第3部分超声检测》资料性附录Ⅰ提出10mm<δ<80mm厚壁奥氏体不锈钢管对接接头可以采用超声检测,根据检测对象的部位(焊缝或母材)、被检测部位的厚度以及坡口的形状选取不同形式的探头,并使用不同的试块进行调校,为奥氏体不锈钢管管使用常规超声波检测提供了依据.但该附录在仪器调节部分没有完整的操作过程要求,还需要不断探索.厚壁管道焊缝由于材料厚度大,其焊接应力会因整个构件变形的增大而增大,严重时将诱发焊接裂纹.因此,其超声波检测的准确性尤为重要.但奥氏体不锈钢管厚度越大则晶粒越粗大.粗大的晶粒会引起严重的结构噪声和超声波衰减,降低检测信噪比以及超声波穿透能力,导致焊缝中缺陷的定位和定量非常困难.

奥氏体不锈钢管焊缝的超声检测中,焊缝对比试块的制作对检测评价结果非常重要,可为超声波检测探头的灵敏度调整提供有效的参考,提高厚壁奥氏体不锈钢管焊缝的超声检测的可靠性和准确性.本文介绍了厚壁奥氏体不锈钢管焊缝标准试块、对比试块的制作和探头调校方法,以验证检测工艺,并在渣油加氢装置大修期间进行了初步尝试.检测发现的问题通过相控阵来验证,提高了检测效率.

1试块制作

NB/T47013的附录《奥氏体不锈钢管对接接头超声检测方法和质量分级》中对检测用对比试块有一定的要求,即对比试块的材料应与被检材料相同、焊接工艺相同,坡口形式相似等.本文选用NB/T47013中规定的CSK-A试块、RB-C对比试块,用来调整扫描线和声速.依据NB/T47013.3—2015中试块孔距要求,分别制作适用于厚度为20~40mm、40~80mm的对接接头的不锈钢管对比试块,用以制作距离-波幅曲线,以修正其曲率误差.使用标准试块和对比试块完成仪表性能调校后,根据现场焊接工艺制作试块.在制作过程中,保持层间温度最高100℃,焊后热处理温度890℃,恒温180min,升温速度120℃/h,焊接电流90~130A,焊接速度8.6~10.1cm/min,线能量7.42~15.3kJ/cm,模拟缺陷试块见图1~图4.

2探头选择

选择合适的探头频率能够提高超声波的穿透能力和对缺陷的分辨能力.碳钢的检测频率一般为5MHz,奥氏体不锈钢管超声检测考虑衰减问题,中心频率一般选择2MHz.文中所述准备试块的焊缝结构见图5,厚度δ=40mm,焊缝宽度≥40mm,而且焊缝有余高.由于现场条件以及检修工期所限无法将所有焊缝完全打磨平整,采取保留余高检查的方式.综合考虑各种因素后,选用K(奥氏体不锈钢管声速下)双晶斜探头检测10<δ<20mm深度范围、爬坡探头(见图6)检测δ<10mm深度范围,其他深度范围选用K1.5、2MHz斜探头,分区扫查,各分区相互覆盖不低于15%.具体要求详见NB/T47013.3—2015标准.

3试块检测

选用的模拟试块以及检测结果见表1~表4.

由表1~表4可以看出:选用常规超声K1.5、2MHz斜探头在40mm和60mm模拟试块上检测,能够扫查到缺陷,且定位基本准确.

4实际应用举例

检修期间,对渣油加氢装置反应单元的高压不锈钢管管道进行检测,检测条件见表5,检测结果见表6.通过检测发现,高压进料管线171号焊缝存在缺陷.用相控阵来验证(见图7),同样存在缺陷.现场对该焊缝进行机械加工,确实发现了缺陷(见图8),随即进行了补焊.

4.1超声检测结果

渣油加氢反应单元高压厚壁不锈钢管管检测条件见表5,渣油加氢反应单元高压厚壁不锈钢管管检测结果见表6.

5.2管道P92-01-8焊缝(168号~173号)相控阵佐证以及现场加工消除情况

相控阵检测报告见表7.

5结论

按照现场奥氏体不锈钢管管道的焊接工艺,制作不同缺陷的对比试块,选用常规超声K1.5、2MHz斜探头在40mm和60mm模拟试块上进行检测,基本能够扫查到缺陷,且定位基本准确.在渣油加氢装置检修期间,通过对反应部分的奥氏体不锈钢管管道进行检测,初步尝试了上述方法.对发现缺陷的部位,通过相控阵检测复核.现场对发现缺陷的部位进行机械加工证实,该方法确实有效发现和消除了缺陷,大幅度提高了检测效率,达到了预期的理想效果.

文章作者:不锈钢管|大口径不锈钢管|不锈钢厚壁管|大口径厚壁钢管|厚壁不锈钢管

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