不锈钢堆焊层层下裂纹检测的另一种方法

不锈钢堆焊层层下裂纹检测的另一种方法

程明

一重集团大连核电石化有限公司

摘要：对于石化压力容器内壁大面积不锈钢堆焊层层下裂纹检测，国内外标准要求一般采用手工超声的检测方式进行，本文通过介绍常规超声检测方法和对比TOFD检测不锈钢堆焊层层下裂纹的工艺来与广大无损检测人员进行交流分享。对不锈钢堆焊层层下裂纹检测方法提供另一种较为可靠的检测方式。

关键词：不锈钢堆焊层；层下裂纹检测；超声波检测；TOFD检测

石化压力容器的内壁大面积不锈钢堆焊层，一般采用带级堆焊的方式进行堆焊。堆焊层的缺陷主要有气孔、夹渣、未熔合、裂纹，无损检测主要以渗透检测和超声波检测为主。其中对于堆焊层层下裂纹的检测，一般是采用手工超声通过校准堆焊层试块层下的长横孔进行校准后，在堆焊层侧进行扫查的方式进行。由于石化容器内壁堆焊层一般保留原始表面状态，表面状态差、加上层下裂纹的产生的位置特殊以及缺陷尺寸小、反射当量低、识别困难等原因，采用手工超声检测不锈钢堆焊层层下裂纹，对无损检测人员的技能水平要求相应较高，检测难度较大。

1. 常规手工超声检测方法及难点介绍

1.1不锈钢堆焊层层下裂纹的超声检测方法概述。

在NB/T47013.3附录G中，主要使用纵波双晶斜探头在T2试块堆焊层一侧找到基材内φ1.5mm横孔最大波幅，调整衰减器使其回波幅度为满刻度的80%，作为基准灵敏度。扫查灵敏度在基准灵敏度基础上提高6dB。

扫查方向为分别沿堆焊方向和垂直堆焊方向进行四次扫查。

层下裂纹缺陷的判定主要依据其明显的方向性，可通过两个相互垂直方向上明显的灵敏度差异来判别，也可通过纵波双晶直探头和纵波双晶斜探头检测对比来进行综合判别。

1.2 不锈钢堆焊层层下裂纹的超声检测难点

1）由于石化容器内壁堆焊层表面状态差，手工超声从堆焊层侧检测耦合效果差、杂波多；

2）层下裂纹的产生的位置情况以及缺陷尺寸小、具有方向性，纵波探头反射当量低、波形识别困难（纵波斜探头检测检测示意见图2）；

3）手工操作，对人员技能水平要求高，而且不可记录，无可追溯性。

2.检测不锈钢堆焊层层下裂纹的另一种方案介绍

根据手工超声波检测的难点，可采用时差衍射法技术(TOFD)来进行规避，TOFD衍射波检测灵敏度高、实现D扫成像直观、高精度深度定位、检测效率高，是一种高效可靠的检测方式。其方案介绍如下：

2.1选择较为平整的基材面替代原始堆焊面作为扫查面，基材侧表面较为平整，耦合状态良好；

2.2采用纵波衍射时差法技术替代双晶纵波技术，衍射时差技术特点是检测精度比其他方法更高，尤其是在测量缺陷高度尺寸时，能够有效解决精准测量缺陷位置和测量层下缺陷；

2.3采用TOFD成像技术，提高检测效率，观察直观，解决检测效率和追溯性。

3. 检测工艺介绍

3.1 探头选择和校准

堆焊层层下裂纹检测的关注区域为堆焊层层下4mm区域，推荐选择45°TOFD探头对，PCS按照基材厚度（即聚焦在基材与堆焊层界面）进行设置，并参照对比试块选择对应深度孔进行校准，使被校准孔波幅达到一定波幅。

3.2 表面准备

对筒体外表面进行抛光处理，沿圆周方向间距一定间隔（如100mm）进行划线。

3.3扫查方式的选择

堆焊层层下裂纹产生在堆焊层层下的母材中，一般成群出现，位于焊带之间凹槽周围约10mm的区域，裂纹方向垂直于表面且垂直于堆焊方向，而堆焊方向一般为筒体圆周方向，因此选择沿圆周方向进行平行扫查的方式（见图1）。

图1. TOFD检测示意图

3.4 层下裂纹的确认

由于TOFD检测技术的测高精度高的特点，如发现堆焊层界面深度内（基材内）有明显的缺陷显示，将出现一定规律的点状显示。可在该位置进行两次相互垂直的非平行扫查确认。

确认方法：沿筒体圆周方向的非平行扫查在堆焊层层下可见不明显点状，而沿筒体轴向的非平行扫查可发现堆焊层层下有一定长度的缺陷显示。

TOFD检测堆焊层层下缺陷图谱示意见图2、图3。

图2. 无层下缺陷时TOFD平行扫查图像

图3. 有层下缺陷时TOFD平行扫查图像

3总结

本文提出的采用衍射时差法TOFD替代常规手工超声检测技术可有效检测出堆焊层层下缺陷的检测，但有以下几点需要关注：

1)本方案仅适用于基材侧TOFD可达部位，不适用于凸台、接管等具有不规则或与堆焊层非平行的外表面状态工件的检测。

2)大面积堆焊层焊接工艺参数及工件热处理状态基本一致，而且再热裂纹缺陷成群出现的特性，推荐进行抽检的方式开展检测。

3)TOFD平行扫查对于缺陷高度及其深度的测量精度与非平行扫查一致，缺陷长度会较实际缺陷大。

参考文献：

[1] 国家能源局 NB/T47013.3 承压设备无损检测 第3部分：超声检测 2015年4月

[2] 国家能源局 NB/T47013.3 承压设备无损检测 第10部分：超声检测 2015年4月