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        不銹鋼標準
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        大口徑厚壁焊管超聲波串列式自動掃查的應用

        來源:至德鋼業 日期:2021-06-24 10:03:37 人氣:36

        為了提高中俄東線天然氣管道用X80鋼級Φ1422mm×21.4mm大口徑厚壁焊管焊縫中部缺陷的檢出率,針對常規自動超聲波探傷反射回波低、存在漏檢風險等問題,采用增加串列式探頭組合掃查方法,實現對焊接接頭中部位置可能出現的鈍邊未熔合、鈍邊未焊透等垂直檢測面方向的面積型缺陷的準確檢出。試驗結果表明,串列式探頭的應用形成了焊縫中部獨立聲束掃查,有效地提高了鈍邊未熔合、鈍邊未焊透等缺陷的檢測可靠性,使產品質量得到了保障。

        1常規自動超聲波探傷存在的問題

        常規自動超聲波檢測探頭布置為兩組橫波單斜探頭,以“自發自收”方式分別對焊管內、外焊縫縱向缺陷進行檢測;兩組橫波單斜探頭以“一發一收”方式分別對內、外焊縫橫向缺陷進行檢測;一組縱波雙晶直探頭檢測焊縫邊緣分層。

        設備校驗時,縱向缺陷的檢測通道以焊縫邊角及中心縱向刻槽來確定閘門位置,從聲束擴散角度來說,兩組4個單斜探頭可覆蓋整個焊縫。但對于厚壁焊縫來說,主聲束的位置是打在焊縫上部和下部,焊縫中部超聲波聲束靈敏度明顯降低。為了彌補焊縫中部超聲波靈敏度的降低,特意增加了一對專門檢測焊縫中部缺陷的探頭。但對于鈍邊未熔合或未焊透缺陷,常規單探頭很難有效檢測出,因為此類缺陷表面光滑,方向垂直于卷板軋制面,超聲波聲束遇到時往往不能沿原路返回,很難被單探頭接收,存在漏檢風險,反射回路如圖1所示。

        2自動超聲波串列探傷

        2.1探傷原理

        自動超聲波串列探傷主要針對厚板焊縫中未焊透、裂紋等垂直于檢測面的危害性缺陷。串列探傷采用兩個探頭在焊縫同側按照“一前一后、前發后收”位置布置,利用端角反射原理解決了缺陷與聲束不垂直時單探頭難以接受反射波的問題。圖2為串列探頭探傷原理,從圖2可看出,缺陷反射波完全被有效接收,可有效杜絕漏檢的發生。

        2.2串列探頭的選擇及探頭夾具設計

        串列探頭組合工裝如圖3所示。橫波入射角為35°~55°時端角反射率最高,所以串列探頭選擇K=1、頻率相同且探頭聲束偏離角不大于2°的兩個橫波探頭。探頭直徑為25mm,晶片尺寸13mm×13mm,頻率4MHz,能夠保證聲束波長短、能量大、指向好。同時選澤圓形探頭,有利于聲束指向旋轉調節。探頭夾具設計時保證兩個探頭間距可調,前探頭高低采用彈性設計,有利于曲面耦合。

        2.3樣管人工反射體的選擇及制作

        理論上,串列探頭靈敏度校驗一般采用平底孔、刻槽、長橫孔的反射體。手工串列探傷時,如果采用Φ3mm平底孔做試樣很方便制作,且方便定量。但超聲波自動探傷時樣管制作工序繁瑣,需要在鋼管焊縫處切下一定尺寸的樣塊,鉆好橫向平底孔后再完好焊接回鋼管原處,在后期焊接時給焊工帶來很大難度,很難保證無缺陷且表面平整度和原來一樣。因此,為了既方便制作,又能有效模仿厚壁焊縫未焊透缺陷的形狀特征,選擇在原鋼管試樣處的焊縫中部刻槽作為串列反射體。針對中俄天然氣管道用Φ1422mm×21.4mm大口徑厚壁焊管,采用電火花刻傷機從樣管內壁刻槽,槽深13.5mm,然后焊接填充7mm左右,保留中部6mm左右作為反射體??滩垡蟛蹖?/span>1mm,槽長25mm,位置在焊縫寬度中心且垂直于板厚方向。串列探頭位置如圖4所示,圖中反射體尺寸為25mm×6mm。由于串列探頭K=1,焊管壁厚T=21.4mm,因此KT=21.4mm。

        3超聲波自動串列探傷的應用

        3.1自動串列探頭布置及樣管反射體校驗

        如圖4所示,首先根據計算結果設置串列中兩個探頭的相對位置,KT=21.4mm。前探頭發射點至焊縫中心距離根據實際串列工裝的結構尺寸設定為1.5KT。在試樣反射體處靜態調整探頭聲束指向和探頭距離,反復微調,使中部縱槽反射最高波達到80%,確定好閘門,靜態調整結束。再進行動態走車校驗,保證行車的穩定和焊縫跟蹤精度。反復試驗調整,要求動態校驗達標連續不少于6,中部縱槽和Φ1.6mm豎通孔均完好報出,且反射體波高浮動均在2dB范圍內。圖5為反射體動態行走校驗圖,5中閘門顯示的傷波為人工縱槽和Φ1.6mm豎通孔的反射波。由圖5可看出,中部人工縱槽及Φ1.6mm豎通孔的反射波均達到校驗標準,證明增加的串列探頭組可以作為掃查焊縫中部未焊透、裂紋等缺陷的有效措施。

        3.2檢測流程

        待檢大口徑厚壁焊管經過新型探頭組合自動探檢測后,若無報警將進入下道手探工序。如串列外通道報警按常規手探復查;如串列探傷通道有報警則在手探崗位復查同時增加射線拍片來確認報警處的缺陷定性定量。圖6為超聲波串列探頭檢測現場工作情況,7為現場檢測中焊縫缺陷處報警DR靜態抓圖。

        4結束語

        通過以上技術分析和試驗論證,自動串列掃查的應用將是常規超聲波自動探傷系統必要的補充,可實現大口徑厚壁焊管焊縫裂紋、未焊透等垂直檢測面方向缺陷的有效檢出,也解決了埋弧鋼管大壁厚超聲波檢測全面覆蓋的難點。這一技術的成功應用不僅能夠降低大口徑厚壁焊管漏檢風險,也對鋼管生產焊接工藝規范的及時調整有著積極的指導意義,對整個生產流程的質控提效和節能降耗起著推動作用。

        本文標簽:大口徑厚壁焊管 

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