由于厚壁奧氏體不銹鋼管晶型特點(diǎn),其焊縫超聲檢測(cè)試塊一直是無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的難題.為了給調(diào)整超聲波檢測(cè)探頭靈敏度提供有效的參考,提高厚壁奧氏體不銹鋼管焊縫超聲檢測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性,根據(jù)NB/T４７０１３—２０１５《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》的要求,按照現(xiàn)場(chǎng)管道的焊接工藝,制作不同的典型人工缺陷對(duì)比試塊,選用常規(guī)超聲波K１．５、２MHz斜探頭在４０mm和６０mm模擬試塊上進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果顯示,檢測(cè)能夠掃查到缺陷,且定位基本準(zhǔn)確.后期將進(jìn)一步改善檢測(cè)工藝,以選擇更合理的檢測(cè)條件.

奧氏體鋼焊接工藝由于具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于石油加工設(shè)備.但奧氏體鋼焊縫材料屬于粗晶材料,由于聲速的各異向性導(dǎo)致聲速傳播的方向不一,對(duì)其進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí),會(huì)出現(xiàn)許多不可預(yù)見(jiàn)的雜波,給焊縫缺陷的定位和定量造成很大困難.目前厚壁奧氏體管道均采用γ源射線(xiàn)檢測(cè),需要安裝臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu),搭設(shè)防護(hù)鉛罩.檢測(cè)必需持續(xù)曝光６h,通常一晝夜只能完成一道焊接接頭的檢測(cè),效率很低;而且鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)鉛罩的安裝、拆除過(guò)程需要較高人工費(fèi)用和大型起重機(jī)械臺(tái)班費(fèi)用.以某渣油加氫為例,僅完成１５％比例的射線(xiàn)抽檢就需要２５d(尚不考慮δ＜３０mm的X射線(xiàn)檢測(cè),以及焊口的返修、復(fù)檢工期).渣油加氫裝置的常規(guī)檢修期為２２d,遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足射線(xiàn)檢測(cè)需要.

２０世紀(jì)７０年代,前人開(kāi)始嘗試使用不同頻率和多種角度的橫、縱波探頭檢測(cè)奧氏體不銹鋼管焊縫,摸索出壁厚６０mm以下的超聲(簡(jiǎn)稱(chēng)UT)檢測(cè)方法.２０１５年,NB/T４７０１３．３—２０１５《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第３部分超聲檢測(cè)》資料性附錄Ⅰ提出１０mm＜δ＜８０mm的厚壁奧氏體不銹鋼管對(duì)接接頭可以采用超聲檢測(cè),根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的部位(焊縫或母材)、被檢測(cè)部位的厚度以及坡口的形狀選取不同形式的探頭,并使用不同的試塊進(jìn)行調(diào)校,為奧氏體不銹鋼管管使用常規(guī)超聲波檢測(cè)提供了依據(jù).但該附錄在儀器調(diào)節(jié)部分沒(méi)有完整的操作過(guò)程要求,還需要不斷探索.厚壁管道焊縫由于材料厚度大,其焊接應(yīng)力會(huì)因整個(gè)構(gòu)件變形的增大而增大,嚴(yán)重時(shí)將誘發(fā)焊接裂紋.因此,其超聲波檢測(cè)的準(zhǔn)確性尤為重要.但奧氏體不銹鋼管厚度越大則晶粒越粗大.粗大的晶粒會(huì)引起嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)噪聲和超聲波衰減,降低檢測(cè)信噪比以及超聲波穿透能力,導(dǎo)致焊縫中缺陷的定位和定量非常困難.

奧氏體不銹鋼管焊縫的超聲檢測(cè)中,焊縫對(duì)比試塊的制作對(duì)檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果非常重要,可為超聲波檢測(cè)探頭的靈敏度調(diào)整提供有效的參考,提高厚壁奧氏體不銹鋼管焊縫的超聲檢測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性.本文介紹了厚壁奧氏體不銹鋼管焊縫標(biāo)準(zhǔn)試塊、對(duì)比試塊的制作和探頭調(diào)校方法,以驗(yàn)證檢測(cè)工藝,并在渣油加氫裝置大修期間進(jìn)行了初步嘗試.檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題通過(guò)相控陣來(lái)驗(yàn)證,提高了檢測(cè)效率.

１試塊制作

NB/T４７０１３的附錄《奧氏體不銹鋼管對(duì)接接頭超聲檢測(cè)方法和質(zhì)量分級(jí)》中對(duì)檢測(cè)用對(duì)比試塊有一定的要求,即對(duì)比試塊的材料應(yīng)與被檢材料相同、焊接工藝相同,坡口形式相似等.本文選用NB/T４７０１３中規(guī)定的CSK-ⅠA試塊、RB-C對(duì)比試塊,用來(lái)調(diào)整掃描線(xiàn)和聲速.依據(jù)NB/T４７０１３．３—２０１５中試塊孔距要求,分別制作適用于厚度為２０~４０mm、４０~８０mm的對(duì)接接頭的不銹鋼管對(duì)比試塊,用以制作距離-波幅曲線(xiàn),以修正其曲率誤差.使用標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊完成儀表性能調(diào)校后,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝制作試塊.在制作過(guò)程中,保持層間溫度最高１００℃,焊后熱處理溫度８９０℃,恒溫１８０min,升溫速度１２０℃/h,焊接電流９０~１３０A,焊接速度８．６~１０．１cm/min,線(xiàn)能量７．４２~１５．３kJ/cm,模擬缺陷試塊見(jiàn)圖１~圖４.

２探頭選擇

選擇合適的探頭頻率能夠提高超聲波的穿透能力和對(duì)缺陷的分辨能力.碳鋼的檢測(cè)頻率一般為５MHz,奧氏體不銹鋼管超聲檢測(cè)考慮衰減問(wèn)題,中心頻率一般選擇２MHz.文中所述準(zhǔn)備試塊的焊縫結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖５,厚度δ＝４０mm,焊縫寬度≥４０mm,而且焊縫有余高.由于現(xiàn)場(chǎng)條件以及檢修工期所限無(wú)法將所有焊縫完全打磨平整,采取保留余高檢查的方式.綜合考慮各種因素后,選用K３(奧氏體不銹鋼管聲速下)雙晶斜探頭檢測(cè)１０＜δ＜２０mm深度范圍、爬坡探頭(見(jiàn)圖６)檢測(cè)δ＜１０mm深度范圍,其他深度范圍選用K１．５、２MHz斜探頭,分區(qū)掃查,各分區(qū)相互覆蓋不低于１５％.具體要求詳見(jiàn)NB/T４７０１３．３—２０１５標(biāo)準(zhǔn).

３試塊檢測(cè)

選用的模擬試塊以及檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表１~表４.

由表１~表４可以看出:選用常規(guī)超聲K１．５、２MHz斜探頭在４０mm和６０mm模擬試塊上檢測(cè),能夠掃查到缺陷,且定位基本準(zhǔn)確.

４實(shí)際應(yīng)用舉例

檢修期間,對(duì)渣油加氫裝置反應(yīng)單元的高壓不銹鋼管管道進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)條件見(jiàn)表５,檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表６.通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn),高壓進(jìn)料管線(xiàn)１７１號(hào)焊縫存在缺陷.用相控陣來(lái)驗(yàn)證(見(jiàn)圖７),同樣存在缺陷.現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該焊縫進(jìn)行機(jī)械加工,確實(shí)發(fā)現(xiàn)了缺陷(見(jiàn)圖８),隨即進(jìn)行了補(bǔ)焊.

４．１超聲檢測(cè)結(jié)果

渣油加氫反應(yīng)單元高壓厚壁不銹鋼管管檢測(cè)條件見(jiàn)表５,渣油加氫反應(yīng)單元高壓厚壁不銹鋼管管檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表６.

５．２管道P９２-０１-８焊縫(１６８號(hào)~１７３號(hào))相控陣佐證以及現(xiàn)場(chǎng)加工消除情況

相控陣檢測(cè)報(bào)告見(jiàn)表７.

5結(jié)論

按照現(xiàn)場(chǎng)奧氏體不銹鋼管管道的焊接工藝,制作不同缺陷的對(duì)比試塊,選用常規(guī)超聲K１．５、２MHz斜探頭在４０mm和６０mm模擬試塊上進(jìn)行檢測(cè),基本能夠掃查到缺陷,且定位基本準(zhǔn)確.在渣油加氫裝置檢修期間,通過(guò)對(duì)反應(yīng)部分的奧氏體不銹鋼管管道進(jìn)行檢測(cè),初步嘗試了上述方法.對(duì)發(fā)現(xiàn)缺陷的部位,通過(guò)相控陣檢測(cè)復(fù)核.現(xiàn)場(chǎng)對(duì)發(fā)現(xiàn)缺陷的部位進(jìn)行機(jī)械加工證實(shí),該方法確實(shí)有效發(fā)現(xiàn)和消除了缺陷,大幅度提高了檢測(cè)效率,達(dá)到了預(yù)期的理想效果.