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大電流導電銅管對接接頭超聲波探傷實踐
發布時間：2017-09-01
某化工集團6萬噸/年黃磷裝置電爐采用DN80×16mm銅管作為電流導體。使用時銅管內通以冷卻水,銅管管壁流過32000A的大電流。銅管對接焊縫采用手工鎢極氬弧焊,60°V形坡口。為了防止銅管在大電流通過時被燒損、熔斷,要求焊接接頭無危害性缺陷和導致焊接接頭有效截面積減小的缺陷。
1常見焊接缺陷
(1)坡口未熔合
銅的有關物理性能如表1,銅及大多數銅合金導熱系數比普通碳鋼大7～11倍,焊接時大量的熱從基材散失,焊接區難以達到熔化溫度,故易產生坡口未熔合缺陷。
(2)熱裂紋銅能與其中的雜質以及焊接過程中產生的氧化亞銅生成多種低熔共晶,加之銅的線膨脹系數和收縮率大,焊接應力大,使焊縫和熱影響區容易產生熱裂紋。
(3)氣孔
由于銅焊縫結晶時,氫氣的過飽和程度比鋼中大好幾倍,另外銅導熱系數大、冷卻快、氣體不易逸出、上浮條件惡劣,故容易形成氣孔。
(4)根部未焊透
坡口不規則以及導熱系數大易使銅管焊縫形成根部未焊透。
2超聲波探傷
2.1探頭選擇
銅材晶粒粗大,不能用一般橫波斜探頭進行超聲波探傷,只能用折射縱波進行探傷,其有機玻璃楔塊中的入射角α應小于第一臨界角αI,即:
選擇探頭還應考慮以下因素:
2.1.1有利于主要危險性缺陷的發現
(1)入射的超聲波主聲束與焊縫坡口的夾角越小,越有利于坡口未熔合缺陷的發現;
(2)端角反射率高有利于根部未焊透的發現;
(3)縱波折射角大,有利于裂紋的發現。
2.1.2有利于縱波與橫波的區分
(1)縱波穿透率大,橫波穿透率小,有利于縱波和橫波的區分;
(2)縱波聲壓往復透過率與橫波聲壓往復透過率相差越大,越有利于縱波和橫波的區分,從有關資料可知橫波折射角較小時,縱波聲壓往復透過率與橫波聲壓往復透過率相差較大,但橫波折射角越小對應的縱波往復透過率也越小。二者兼顧考慮,選擇橫波折射角略大于20°較好;
(3)縱波聲速大,在熒光屏上的位置超前于橫波。設縱波傳播1個跨距的時間為tL,橫波傳播1個跨距的時間為ts,ts/tL越大,熒光屏上縱波與橫波的距離越寬,越有利于縱波與橫波的區分。即在1跨距范圍內(檢測主要范圍)縱波與橫波在熒光屏水平線上的可區分性與探頭K值有關。由表2縱波K值探頭范圍看,隨著探頭K值的增加,ts/tL減小,即縱波橫波可區分性減小。
2.1.3有利于提高信噪比,相對一定銅管焊縫的晶粒度,超聲波波長增加,信噪比增大。選擇縱波探傷,聲速大,超聲波波長長,可提高信噪比。
2.1.4晶片尺寸大,發射的超聲波強度大,但與曲面銅管接觸性較差。
2.1.5前沿尺寸短,一次聲程抽查范圍大,有利于缺陷信號的發現和區分。
綜合上述各種因素考慮選用前沿10mm的2.5P8×12K1.25縱波斜探頭(探頭入射角26.6°)。探頭楔塊在導電銅管上進行適度修磨,以增加探頭與銅管的接觸面積,提高檢測靈敏度。
2.2對比試塊
由于電爐用導電銅管焊縫找不到相關超聲波檢測標準,如何確定檢測靈敏度,即確定檢測對比試塊人工反射體的形狀和尺寸是十分重要的問題。
加工試塊時應主要考慮以下四點:
(1)導電銅管截面積滿足電流安全導通,根據設計提供的數據,截面積減少量不得大于10%;
(2)使缺陷允許尺寸符合要求。對此筆者參照其他材質管道檢測標準有關靈敏度對比試塊的相關要求確定(如GB/T5777-1996《無縫鋼管超聲波探傷檢驗方法》標準規定,對于其他用途C10級管道對比試塊人工缺陷V形槽的深度為板厚的1/10);
(3)考慮林狀雜波對檢測靈敏度的影響:試塊材質應與被檢測的銅管相同;
(4)方便現場加工。
最終確定采用該導電銅管加工成如圖1的銅管焊縫檢測用對比試塊。
2.3儀器調試
(1)儀器:選用CTS-2200型超聲波探傷儀。
(2)時基線調整:時基線調整為深度2:1。探頭置于對比試塊上,反復調試,使對比試塊內壁V形槽一次反射波顯示于熒光屏水平刻度32mm位置,對比試塊外壁V形槽二次反射波顯示于熒光屏水平刻度64mm位置。
(3)檢測靈敏度調整:調節衰減器使對比試塊內壁V形槽一次反射波波高為60%,在此靈敏度下找到外壁V形槽二次反射波。在熒光屏上畫出對比試塊內壁V形槽一次反射波頂點與外壁V形槽二次反射波頂點的連接線,0mm～32mm段及>64mm段作平滑延伸,此連接線即為判廢靈敏度線。在判廢靈敏度基礎上提高6dB靈敏度即為掃查靈敏度。調整靈敏度時,當雜波信號較大時,可打開儀器抑制開關,調整抑制旋鈕,使雜波幅值不超過30%。檢測時,儀器應基本保持該抑制狀態。
2.4檢測操作
檢測時,在銅管外壁作焊接接頭兩側一、二次聲程探傷,發現缺陷后,將靈敏度調整為判廢靈敏度,對超過判廢線的缺陷給予判廢,對低于判廢線的缺陷如果無明顯裂紋和未熔合特征,僅作記錄,對有明顯裂紋、未熔合特征的缺陷仍然作判廢處理。檢測時,應注意雜波信號與缺陷信號的區分。在探頭移動時,雜波信號幅值變化不明顯,基本不游動,而缺陷信號隨探頭的移動,幅值發生變化,信號前后游動。
3檢測結果與分析
經過對DN80×16mm銅管200多個對接接頭進行超聲波探傷,不合格判廢接頭有47個。對不合格接頭進行現場解剖發現缺陷有坡口未熔合、層間未熔合、根部未焊透、裂紋等缺陷。施工單位將不合格接頭全部割掉后重新焊接至合格,消除了重大安全隱患。
本檢測方法受銅管焊縫晶粒雜波和探頭角度的影響,對于某些反射量較小的缺陷可能漏檢,但該檢測能夠滿足檢測對象安全使用的要求。這些銅管完工后經6年多通電運行,未發生銅管燒熔、冷卻水泄漏事故。
摘自：中國計量測控網
