超聲檢驗(yàn)中坡口未熔合與裂紋的區(qū)分

1　現(xiàn)象

??? 筆者公司承建的陜西銅川鋁廠自備電廠(2×25MW機(jī)組)的主蒸汽管道材質(zhì)為鍋爐用20鋼,規(guī)格為<219mm×11mm,V形坡口,氬弧焊打底,手工電弧焊蓋面焊接,要求進(jìn)行一定比例超聲波探傷。

用超聲波檢測(cè)與三通相連的某焊口時(shí),在焊縫爬坡位置發(fā)現(xiàn)一缺陷反射回波,且波幅較大。將探頭左右移動(dòng),波形較穩(wěn)定。用端點(diǎn)6dB法測(cè)得缺陷指示長(zhǎng)度為35mm,熒光屏顯示缺陷深度約為6mm,并且測(cè)得該缺陷距探頭前沿13mm,探頭前沿距焊縫邊緣9mm(圖1),按照規(guī)程質(zhì)量要求[1]當(dāng)即判廢進(jìn)行返修。

??? 返修中,用砂輪機(jī)修磨到測(cè)量深度時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何缺陷痕跡。后用超聲波重新檢測(cè),發(fā)現(xiàn)原缺陷位置處已無(wú)缺陷回波,但是在該缺陷向上延伸處有回波出現(xiàn),于是用砂輪機(jī)繼續(xù)修磨,修完后經(jīng)檢測(cè)缺陷又向上延伸。為防止缺陷繼續(xù)延伸,從離缺陷上端適當(dāng)距離處向缺陷下端進(jìn)行修磨,修完后經(jīng)檢測(cè)收稿日期:2003204229無(wú)缺陷回波出現(xiàn)。之后對(duì)焊口兩側(cè)的油污進(jìn)行清理并補(bǔ)焊,待焊口冷卻后檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。.

2　探傷條件及焊接情況

??? 超聲波探傷儀為CTS222型,采用標(biāo)準(zhǔn)為DL/T 5048[1]。由于管壁厚度<14mm,靈敏度選用<2mm×15mm的橫通孔,選用5 P6×6 K3.0探頭,測(cè)得探頭前沿L0=5.0mm,焊縫一側(cè)母材打磨符合探傷要求(由于連接的是三通口,另一側(cè)為斜坡面,只能采用單側(cè)探傷)。

??? 經(jīng)確定焊接工藝選擇正確,但在與三通相連接的焊口對(duì)口時(shí),鉗工采用了強(qiáng)制對(duì)口方式,并且焊后未采取任何措施。

3　缺陷分析

3.1　缺陷的性質(zhì)

??? 在超聲波探傷中,缺陷的定位、定量容易,而定性有一定的難度。

??? 檢測(cè)中的缺陷反射回波較大,且將探頭左右移動(dòng)時(shí),波形較穩(wěn)定。由于缺陷反射回波的動(dòng)態(tài)波形比較符合未熔合的回波特征[2],可初步認(rèn)定是未熔合。根據(jù)DL 5007[3\〗,當(dāng)厚度<16mm時(shí),V形坡口的開(kāi)口角度α=30°～35°,取α=30°。根據(jù)已測(cè)數(shù)據(jù)得焊縫邊緣距缺陷的水平距離為13-9=4mm。假設(shè)缺陷位于坡口處,按三角關(guān)系可計(jì)算出焊縫邊緣到缺陷的水平距離應(yīng)為6×tg30°=3.5mm,與現(xiàn)場(chǎng)用鋼板尺測(cè)得的焊縫邊緣到缺陷的水平距離4mm存在0.5mm的誤差。由于焊縫的余高與母材不在同一水平面,所測(cè)數(shù)據(jù)必然存在一定誤差,儀器在調(diào)節(jié)時(shí)也會(huì)存在一定誤差,但是這些誤差并不影響對(duì)缺陷的定位。結(jié)合缺陷反射回波的動(dòng)態(tài)波形,理論上可以判定該缺陷為坡口未熔合。

??? 然而,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)返修時(shí)的情況,即在修磨到缺陷深度后并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何缺陷的跡痕,而且修磨過(guò)程中缺陷不斷向上延伸,故該缺陷的反射回波雖然符合坡口未熔合的特征,但筆者認(rèn)為該缺陷是發(fā)生在焊縫熔合線處的冷裂紋。

3.2　缺陷產(chǎn)生的原因

??? 冷裂紋大多產(chǎn)生在基本金屬或熔合線上,多為縱向裂紋,少數(shù)為橫向裂紋。通過(guò)以上計(jì)算和實(shí)際測(cè)得的缺陷深度可確定該缺陷產(chǎn)生的位置在焊縫的熔合線上。焊接應(yīng)力是引起該類缺陷的主要原因。由于鉗工強(qiáng)制對(duì)口引起了內(nèi)應(yīng)力,焊接完工后又沒(méi)有采取消除內(nèi)應(yīng)力的措施,導(dǎo)致產(chǎn)生了縱向裂紋。在用砂輪機(jī)修磨焊縫缺陷時(shí),由于局部受到外力作用致使缺陷向上延伸;當(dāng)采取從缺陷上端向下端修磨時(shí),缺陷沒(méi)有繼續(xù)延伸,符合裂紋的延伸性。.

??? 綜合以上分析情況,判定該缺陷是發(fā)生在焊縫熔合線上的冷裂紋而非坡口未熔合。

4　預(yù)防措施

??? 在焊接工藝正確的情況下,對(duì)該類強(qiáng)制對(duì)口的焊縫接頭應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)采取消除內(nèi)應(yīng)力的措施(進(jìn)行熱處理,由于是碳鋼,在現(xiàn)場(chǎng)最直接的方法是用火焰加熱來(lái)消除這種拘束應(yīng)力)。為保障工程質(zhì)量,應(yīng)對(duì)所有與三通相連接的焊口進(jìn)行檢驗(yàn)。

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