针对超大厚度焊缝无损检测的技术难点分析

针对超大厚度焊缝无损检测的技术难点分析

周凤革,赵振南

（一重集团大连核电石化有限公司，高级工程师 辽宁大连）

摘  要：本文介绍了超大厚度焊缝进行无损检测的难点分析，并提供了解决方案和验证结果。

关键词：超声检测；TOFD；灵敏度设置；

Analysis of Technical difficulties in Nondestructive testing of Super thick Weld

Zhou Fengge  Zhao Zhennan

Abstract: This paper introduces the difficulty analysis of nondestructive testing of super thick weld, and provides a solution.

Key Words:UT testing; TOFD; sensitivity setting;

1. 前言

一重承制的某产品技术文件中，对于焊缝的内部缺陷的无损检测执行标准为JB/T4730-2005《压力容器无损检测》，但其焊缝厚度最大为530mm，已超出了标准规定的上限。对于超过400mm的焊缝如需对焊缝内部进行无损检测，其困难主要体现在以下几个方面：

1.1标准不适用

在JB/T4730-2005《压力容器无损检测》标准中，对手工超声检测、射线检测和TOFD检测的厚度上限规定如下：

射线检测厚度上限：350mm（375mm）

手工超声检测厚度上限：400mm

TOFD检测厚度上限：400mm

1.2超出射线检测能力上限

目前对于低合金钢焊缝射线检测时，如采用高能加速器，所能检测的最大厚度为420mm，厚度530mm的焊缝无法进行射线检测。

1.3手工超声波检测困难

由于焊缝的晶粒远大于母材锻件，所以当超声检测，特别是检测大厚度焊缝时，衰减快速增加，灵敏度余量和信噪会急剧降低。

手工超声检测必须使用45°、60 °探头分别进行扫查。当检测530 mm焊缝时，在工件中的声程分别达到749mm和917mm。由于横波的波长较短，如不采取措施这样大的声程会造成声波的严重散射与衰减，直接降低检测灵敏度和信噪比。

1.4 TOFD检测困难

由于TOFD是依靠接受缺陷波的衍射信号进行缺陷评定的一种无损检测方法，而缺陷衍射信号的强度通常仅为反射信号的1/10～30。因此对于使用TOFD技术检测厚度530 mm的焊缝，会使声波的衰减很大。如果设备配置和技术参数的设定不恰当，将产生噪声信号过高或缺陷漏检的后果。

2. 一重针对大厚度焊缝的无损检测业绩

2.1 TOFD检测业绩

一重在TOFD检测技术的领域有着深入的研究，积累了丰富的经验，完全有能力实现本设备的检测任务，主要体现在如下几个方面：

从2001年起，一重率先在国内开展了TOFD检测技术的研究工作，企业标准 Q/YZB1025-2004《压力容器焊缝多通道自动超声检测》是国内首部TOFD检测标准；行业标准NB/T47013.10-2010《衍射时差法超声检测》就是以该企业标准为基础编制的。

一重完成了内蒙古东胜煤田神华煤液化器等700余条焊缝、240余台反应器TOFD检测工作，积累了大量的实践经验

2.2 相似产品的无损检测研究经验和实践经验

从2008年起，一重承担了国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项中无损检测的研究工作，承担的课题名称为“大型锻焊件超声波自动检测技术”，对大厚度焊缝的手工超声波和TOFD检测进行了大量的研究工作，并顺利完成研究课题。

一重完成了以“内蒙古神华2000吨煤液化反应器”为代表的二十余台厚度300mm以上大厚度压力容器的无损检测工作。

以课题的研究成果为基础，结合产品的检测经验，一重制作了厚度600mm带有焊缝的探伤试块，编制了检测工艺，对TOFD检测和手工超声波检测的噪声波幅、信噪比和灵敏度余量进行测试，结果能够满足检测要求。

3. 厚度530mm焊缝的无损检测方案

3.1 手工超声检测

检测执行JB/T4730.3-2005《压力容器无损检测》，制作厚度600mm的试块，试块上的人工缺陷为Φ14.3mm横孔，高于ASME标准规定的19.1mm；孔的最大深度为540mm，覆盖了整个工件厚度。对厚度530mm焊缝，分别在工件内、外表面进行手工超声波检测，检测的深度覆盖范围均是整个焊缝。验收标准按厚度400mm焊缝执行，严于ASME对焊缝厚度530mm的规定。

3.2 TOFD检测

对于厚度为530mm的焊缝进行TOFD检测时，一重采用双面检测方案。检测方案如下：

从外表面0-400mm的范围内，按NB/T47013.10-2010标准进行检测，验收标准按NB/T47013.10-2010 I级执行；试块标准反射体为Φ6mm横孔。

对于390mm-530mm的范围，按ASME标准进行检测，试块标准反射体为Φ14.3mm横孔。

从内表面重复①-②步骤的检测。

如在重复区域检测结果不同时，按严格的执行

4. 检测方案的分析

手工超声波的扫查面：参照JB/T4730.3-2005标准的规定，检测厚度530mm焊缝时应在其内、外表面分别进行扫查，检测的深度覆盖范围均是整个焊缝。如果是在焊缝的内、外表面扫查，但是每次扫查的深度范围只有焊缝深度的一半，两次扫查合起来覆盖整个焊缝，则不符合标准的规定

在本方案中我们焊缝两侧进行因为TOFD检测时，扫查面的盲区很大，最大可达十几毫米。双面检测时，这次检测的扫查面就是另一次检测的底面，可以有效地减少检测盲区

ASME标准对焊缝检测厚度的上限没有限制，但是ASME标准仅规定了检测厚度250 mm焊缝时灵敏度为Φ9.5mm横孔。对于焊缝厚度超过250 mm时，厚度每递增加50mm （２英寸），标准反射体孔径增加1.6mm（1/8英寸） 。按此规定检测厚度为400mm焊缝时，试块上的标准反射体为Φ14.3mm横孔；检测厚度为530mm焊缝时，试块上的标准反射体为Φ19.1mm横孔。即我们在深度390mm-530mm范围的补充TOFD检测，严于ASME要求

无论是NB/T47013.10-2010、JB/T4730-2005或是ASME标准，对焊缝进行无损检测时，允许的缺陷长度都随着焊缝厚度的增加而增加。当检测530mm焊缝时，我们制定的验收标准是按照焊缝厚度400mm制定的，严于ASME标准。

5. 方案验证

当检测530mm焊缝时，由于“第1条”中存在的困难，特别是焊缝厚度增加时带来的高衰减、低灵敏度、低信噪比的影响，将极大地影响检测的可靠性，严重时会产生信噪比小于2：1等无法检测的问题。一重制作的厚度为600mm的试块，试块上最深人工反射体的深度为540mm，覆盖了所需检测焊缝的全部厚度，在此试块上对深度375mm、450mm、540mm横孔的手工超声波检测和TOFD检测进行了灵敏度和信噪比的测试，其中450mm、540mm横孔的手工超声波检测和TOFD检测的测试结果见下图：

图1  450mm处、540mm处Φ14.3mm横孔手工超声波检测图像

图2  450mm、540mm处处Φ14.3mm横孔反射体TOFD检测结果图像

在图中可以看出：深度450mm、540mm横孔的手工超声波检测和TOFD检测的灵敏度和信噪比满足检测的要求。

参考文献

[1] NB/T 47013.10-2010 承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测

[2] JB/T 4730-2005《压力容器无损检测》

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