鋼管塔薄壁管對(duì)接環(huán)焊縫爬波檢測技術(shù)探討

王國俊，周左平，包樂慶，高景榮

（1.中國電力科學(xué)研究院，北京 100192；2.華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州450015）

鋼管塔薄壁管對(duì)接環(huán)焊縫爬波檢測技術(shù)探討

王國俊1，周左平1，包樂慶1，高景榮2

（1.中國電力科學(xué)研究院，北京 100192；2.華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州450015）

特高壓交流輸電鋼管塔接頭具有管壁薄、焊縫余高寬度大的特點(diǎn)，用常規(guī)超聲波探傷方法檢測時(shí)易造成漏檢。爬波檢測技術(shù)具有覆蓋面廣，操作方便的特點(diǎn)，為了驗(yàn)證爬波檢測技術(shù)的可靠性，分別采用爬波和射線兩種方法對(duì)薄壁管對(duì)接環(huán)焊縫試件進(jìn)行檢測，并對(duì)比了檢測結(jié)果。結(jié)果表明，爬波檢測對(duì)未熔合、裂紋比較敏感，而對(duì)氣孔存在漏檢現(xiàn)象；對(duì)于同一缺陷，可以根據(jù)兩側(cè)檢測波形的不同大致判斷缺陷走向，以提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性；檢測前應(yīng)盡量將焊縫過渡處打磨平整，探頭距焊縫中心不宜超過15 mm。

鋼管；鋼管塔；對(duì)接環(huán)焊縫；爬波檢測；射線檢測

皖電東送淮南至上海特高壓交流輸電示范工程鋼管塔采用高頸法蘭與鋼管對(duì)接的結(jié)構(gòu)形式，這種形式的接頭具有管壁薄、焊縫余高寬度大的特點(diǎn)，用常規(guī)超聲波探傷方法檢測時(shí)無法掃查到焊接接頭的整個(gè)截面[1-3]，容易造成漏檢。

爬波是一種表面下縱波理論，與試驗(yàn)研究結(jié)果表明，利用爬波檢測內(nèi)部和內(nèi)表面的橫向缺陷是可行的，且具有覆蓋面廣、操作方便、對(duì)裂紋、未熔合和未焊透等缺陷敏感的特點(diǎn)，適用于對(duì)鋼管塔薄壁管對(duì)接環(huán)焊縫進(jìn)行無損檢測[4-6]。

為驗(yàn)證爬波檢測技術(shù)的可靠性，針對(duì)薄壁管對(duì)接環(huán)焊縫爬波檢測制作了一批試樣，對(duì)試樣焊縫采用爬波和射線[7-8]兩種方法進(jìn)行檢測，并對(duì)比了兩種檢測的效果。

1 試驗(yàn)材料及方法

鋼管塔高頸法蘭對(duì)接環(huán)焊縫結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 鋼管塔對(duì)接環(huán)焊縫結(jié)構(gòu)示意圖

大部分焊縫的厚度在4～8 mm，焊接方法主要為氣體保護(hù)自動(dòng)焊，這種焊接工藝容易導(dǎo)致薄壁管對(duì)接環(huán)焊縫的余高寬度較大，如壁厚為5～8 mm的薄擘管焊接接頭，其余高寬度一般為12～15 mm，用橫波探傷時(shí)無法掃查到焊接接頭的整個(gè)截面。

另外，橫波探傷時(shí)由于法蘭外壁存在過渡斜面，不能放置探頭，因此在外壁檢測時(shí)只能將鋼管一側(cè)作為檢測面，而靠近法蘭側(cè)只能將內(nèi)壁作為檢測面以掃查剩余部分的焊縫截面，如圖2所示，圖2中的方塊代表探頭。

圖2 橫波探傷檢測位置示意圖

結(jié)合鋼管塔對(duì)接環(huán)焊縫的特點(diǎn)，制作了24塊薄壁管對(duì)接環(huán)焊縫試樣，如圖3所示。

圖3 薄壁管對(duì)接環(huán)焊縫試樣示意圖

試樣采用Φ159 mm薄壁管焊接而成，管壁厚度δ=7～8.5 mm，焊縫余高寬度約10 mm，在焊縫中制作人工缺陷，缺陷形式主要為坡口未熔合、裂紋和氣孔。坡口未熔合和裂紋長度均為15 mm，自身高度為2.5 mm，深度為2～2.5 mm；氣孔直徑為2 mm，深度為2～2.5 mm。

爬波檢測采用2.5P7×7R80型探頭（晶片規(guī)格7 mm×7 mm，頻率 2.5 MHz，探頭弧面半徑為80 mm），聲束中心線垂直于焊縫中心。探頭放置在鋼管側(cè)檢測面上，距焊縫中心15～20 mm。檢測沿環(huán)向掃查，并在10°～15°轉(zhuǎn)動(dòng)，掃查速度不大于50 mm/s。射線探傷執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) JB/T 4730.2—2005《承壓設(shè)備無損檢測—射線檢測》。

2 使用結(jié)果與討論

采用爬波檢測方法，在SG－I試塊上分別對(duì)深度為2 mm和5 mm的Φ1 mm×30 mm橫通孔進(jìn)行靈敏度調(diào)試，并繪制距離－波幅曲線，對(duì)檢測中發(fā)現(xiàn)的條狀缺陷采用6 dB法測長。

2.1 不同缺陷的檢測結(jié)果

采用爬波檢測和X射線探傷分別對(duì)同一組試樣進(jìn)行檢測，結(jié)果見表1。

由表1可以看出，爬波檢測對(duì)于試樣中存在的裂紋和未熔合，即具有平整截面的缺陷較為敏感，而對(duì)于形狀不規(guī)則的氣孔，則存在漏檢的現(xiàn)象，且當(dāng)不同氣孔相距較近時(shí)，不易進(jìn)行區(qū)分。爬波檢測可以較為精確的測定裂紋和未熔合的宏觀尺寸，而射線檢測難以精確測定焊縫邊沿的未熔合。對(duì)于同一缺陷的爬波檢測，采用不同深度的橫通孔進(jìn)行靈敏度校正，測定結(jié)果也略有不同。一般情況下，采用2 mm橫通孔時(shí)測得的反射波幅值比5 mm時(shí)更大，因此靈敏度更高。

表1 爬波檢測和X射線探傷檢測結(jié)果比較

2.2 爬波雙側(cè)檢測

為驗(yàn)證在焊縫兩側(cè)檢測結(jié)果的差異，分別選取帶有裂紋和氣孔的試樣進(jìn)行爬波雙側(cè)檢測，并與射線檢測的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。帶裂紋和氣孔試樣雙側(cè)波形及照片如圖4和圖5所示。

由圖4和圖5可見，爬波檢測對(duì)裂紋比較敏感，缺陷回波波幅較高，用6 dB法測其指示長度與缺陷的真實(shí)長度基本一致。而氣孔回波波幅相對(duì)較低，有些氣孔基本看不到回波，影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，對(duì)于同一缺陷，兩側(cè)檢測的波幅也有差別，有的缺陷只在一側(cè)有回波，而另一側(cè)看不到回波或波幅較低，這種差別在坡口未熔合時(shí)更為顯著。這與缺陷的取向有關(guān)，當(dāng)爬波走向與缺陷取向垂直時(shí)，回波波幅較高，當(dāng)與缺陷平行時(shí)，則基本看不到回波。在檢測時(shí)，可以根據(jù)回波情況大致判斷缺陷的走向，進(jìn)而調(diào)整探頭位置，得到更為準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。

圖4 帶裂紋試樣的雙側(cè)波形及照片

圖5 帶氣孔試樣的雙側(cè)波形及照片

2.3 問題與建議

探頭與焊縫中心的距離對(duì)檢測結(jié)果存在較大影響。試驗(yàn)過程中，當(dāng)探頭與焊縫中心的距離在10 mm左右時(shí)（焊縫寬度約10 mm），回波波幅較高；移至15 mm，波幅下降較快；當(dāng)達(dá)到20 mm時(shí)，大部分缺陷未見缺陷回波。因此，在實(shí)際檢測時(shí)，建議探頭離焊縫中心的距離不要超過15 mm，距焊縫邊沿5 mm左右為宜。

用深度為2 mm的Φ1 mm×30 mm橫通孔調(diào)試的靈敏度比深度為5 mm的橫通孔高，同一缺陷波幅在DAC基礎(chǔ)上相差6～8 dB。因此，在實(shí)際檢測時(shí)，建議盡量采用深度為2mm的Φ1 mm×30 mm橫通孔來調(diào)試掃查靈敏度，制作距離－波幅曲線，以減少漏檢現(xiàn)象。

因試樣中缺陷都帶有自身高度，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)波峰，所有回波波形均在最高回波前有一個(gè)低波，根據(jù)試驗(yàn)情況，如果確定是缺陷回波，按前面低波進(jìn)行水平定位比較準(zhǔn)確，而缺陷波幅則應(yīng)按高波來記錄。

焊縫余高對(duì)檢測結(jié)果也有較大的影響，特別是焊趾處。如果過渡不圓滑，有拐角或死角，檢測過程中也會(huì)出現(xiàn)回波，這給檢測結(jié)果的評(píng)定帶來一定困難。因此，在實(shí)際檢測中，應(yīng)先將焊趾修磨圓滑后再進(jìn)行檢測。

此外，氣孔檢測率較低的原因是回波波幅不夠明顯，考慮到氣孔的形狀及排列不規(guī)則，對(duì)于存在疑問的試樣，可以改變探頭角度再檢測一次，以降低漏檢的可能性。

3 結(jié) 論

（1）爬波檢測對(duì)未熔合、裂紋比較敏感，缺陷回波波幅較高，取低波為基準(zhǔn)并用6 dB法計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確，而對(duì)氣孔則存在漏檢現(xiàn)象。

（2）實(shí)際檢測中應(yīng)盡量采用深度為2 mm的Φ1 mm×30 mm橫通孔來調(diào)試掃查靈敏度，探頭離焊縫中心距離不宜超過15 mm。

（3）對(duì)于同一缺陷，可以根據(jù)兩側(cè)檢測的波形大致判斷缺陷走向，以便調(diào)整探頭位置。

（4）實(shí)際檢測中若焊接接頭過渡不圓滑，應(yīng)盡量打磨平整后再進(jìn)行檢測。

[1]李家偉，陳積懋.無損檢測手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

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[3]石峰，謝建平，梁椏東.超聲波探傷檢測的影響因素分析及監(jiān)督與控制[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12（25）：6448-6453.

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[10]JB T 4730.2—2005，承壓設(shè)備無損檢測－射線檢測[S].

Research on the Creeping Wave Detection Technology in Butt Circumferential Weld of Steel Tube Tower Thin-wall Pipe

WANG Guojun1， ZHOU Zuoping1， BAO Leqing1， GAO Jingrong2
（1.China Electric Power Research Institute,Beijing 100192,China；2.Huadian Zhengzhou Mechanical Design Institute Co.,Ltd.,Zhengzhou 450015,China）

The welding joint of ultra-high voltage alternating current(UHV AC)transmission steel tube tower possesses some characteristic,such as thin wall and large width of weld reinforcement,using the conventional ultrasonic testing easily causes leak detection.Creeping wave testing technique has characteristics of wide coverage and convenient operation.In order to verify its reliability,the thin-wall pipe butt circumferential weld specimen was detected by adopting creeping wave and radiographic inspection two methods,and compared the test results.The result showed that creeping wave testing is sensitive to incomplete fusion,crack,but not good at weld porosity;for the same defect,it can roughly judge the crack orientation according to the testing waveform in both sides,so as to improve the accuracy of the detection results.The weld toe should be burnished before the testing,and the distance between detector and weld center should less than 15 mm.

steel tube;steel tube tower;butt circumferential weld;creeping wave testing;radiographic inspection

TG441.7

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.06.010

王國?。?976—），男，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)椴牧霞皺z測方法。

2016-02-02

謝淑霞