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由于厚壁奧氏體不銹鋼管晶型特點,其焊縫超聲檢測試塊一直是無損檢測領域的難題.為了給調整超聲波檢測探頭靈敏度提供有效的參考,提高厚壁奧氏體不銹鋼管焊縫超聲檢測的可靠性和準確性,根據NB/T４７０１３—２０１５《承壓設備無損檢測》的要求,按照現場管道的焊接工藝,制作不同的典型人工缺陷對比試塊,選用常規超聲波K１．５、２MHz斜探頭在４０mm和６０mm模擬試塊上進行檢測,結果顯示,檢測能夠掃查到缺陷,且定位基本準確.后期將進一步改善檢測工藝,以選擇更合理的檢測條件.

奧氏體鋼焊接工藝由于具有良好的機械強度、韌性和耐腐蝕性等特點被廣泛應用于石油加工設備.但奧氏體鋼焊縫材料屬于粗晶材料,由于聲速的各異向性導致聲速傳播的方向不一,對其進行超聲檢測時,會出現許多不可預見的雜波,給焊縫缺陷的定位和定量造成很大困難.目前厚壁奧氏體管道均采用γ源射線檢測,需要安裝臨時鋼結構,搭設防護鉛罩.檢測必需持續曝光６h,通常一晝夜只能完成一道焊接接頭的檢測,效率很低;而且鋼結構防護鉛罩的安裝、拆除過程需要較高人工費用和大型起重機械臺班費用.以某渣油加氫為例,僅完成１５％比例的射線抽檢就需要２５d(尚不考慮δ＜３０mm的X射線檢測,以及焊口的返修、復檢工期).渣油加氫裝置的常規檢修期為２２d,遠不能滿足射線檢測需要.

２０世紀７０年代,前人開始嘗試使用不同頻率和多種角度的橫、縱波探頭檢測奧氏體不銹鋼管焊縫,摸索出壁厚６０mm以下的超聲(簡稱UT)檢測方法.２０１５年,NB/T４７０１３．３—２０１５《承壓設備無損檢測第３部分超聲檢測》資料性附錄Ⅰ提出１０mm＜δ＜８０mm的厚壁奧氏體不銹鋼管對接接頭可以采用超聲檢測,根據檢測對象的部位(焊縫或母材)、被檢測部位的厚度以及坡口的形狀選取不同形式的探頭,并使用不同的試塊進行調校,為奧氏體不銹鋼管管使用常規超聲波檢測提供了依據.但該附錄在儀器調節部分沒有完整的操作過程要求,還需要不斷探索.厚壁管道焊縫由于材料厚度大,其焊接應力會因整個構件變形的增大而增大,嚴重時將誘發焊接裂紋.因此,其超聲波檢測的準確性尤為重要.但奧氏體不銹鋼管厚度越大則晶粒越粗大.粗大的晶粒會引起嚴重的結構噪聲和超聲波衰減,降低檢測信噪比以及超聲波穿透能力,導致焊縫中缺陷的定位和定量非常困難.

奧氏體不銹鋼管焊縫的超聲檢測中,焊縫對比試塊的制作對檢測評價結果非常重要,可為超聲波檢測探頭的靈敏度調整提供有效的參考,提高厚壁奧氏體不銹鋼管焊縫的超聲檢測的可靠性和準確性.本文介紹了厚壁奧氏體不銹鋼管焊縫標準試塊、對比試塊的制作和探頭調校方法,以驗證檢測工藝,并在渣油加氫裝置大修期間進行了初步嘗試.檢測發現的問題通過相控陣來驗證,提高了檢測效率.

１試塊制作

NB/T４７０１３的附錄《奧氏體不銹鋼管對接接頭超聲檢測方法和質量分級》中對檢測用對比試塊有一定的要求,即對比試塊的材料應與被檢材料相同、焊接工藝相同,坡口形式相似等.本文選用NB/T４７０１３中規定的CSK-ⅠA試塊、RB-C對比試塊,用來調整掃描線和聲速.依據NB/T４７０１３．３—２０１５中試塊孔距要求,分別制作適用于厚度為２０~４０mm、４０~８０mm的對接接頭的不銹鋼管對比試塊,用以制作距離-波幅曲線,以修正其曲率誤差.使用標準試塊和對比試塊完成儀表性能調校后,根據現場焊接工藝制作試塊.在制作過程中,保持層間溫度最高１００℃,焊后熱處理溫度８９０℃,恒溫１８０min,升溫速度１２０℃/h,焊接電流９０~１３０A,焊接速度８．６~１０．１cm/min,線能量７．４２~１５．３kJ/cm,模擬缺陷試塊見圖１~圖４.

２探頭選擇

選擇合適的探頭頻率能夠提高超聲波的穿透能力和對缺陷的分辨能力.碳鋼的檢測頻率一般為５MHz,奧氏體不銹鋼管超聲檢測考慮衰減問題,中心頻率一般選擇２MHz.文中所述準備試塊的焊縫結構見圖５,厚度δ＝４０mm,焊縫寬度≥４０mm,而且焊縫有余高.由于現場條件以及檢修工期所限無法將所有焊縫完全打磨平整,采取保留余高檢查的方式.綜合考慮各種因素后,選用K３(奧氏體不銹鋼管聲速下)雙晶斜探頭檢測１０＜δ＜２０mm深度范圍、爬坡探頭(見圖６)檢測δ＜１０mm深度范圍,其他深度范圍選用K１．５、２MHz斜探頭,分區掃查,各分區相互覆蓋不低于１５％.具體要求詳見NB/T４７０１３．３—２０１５標準.

３試塊檢測

選用的模擬試塊以及檢測結果見表１~表４.

由表１~表４可以看出:選用常規超聲K１．５、２MHz斜探頭在４０mm和６０mm模擬試塊上檢測,能夠掃查到缺陷,且定位基本準確.

４實際應用舉例

檢修期間,對渣油加氫裝置反應單元的高壓不銹鋼管管道進行檢測,檢測條件見表５,檢測結果見表６.通過檢測發現,高壓進料管線１７１號焊縫存在缺陷.用相控陣來驗證(見圖７),同樣存在缺陷.現場對該焊縫進行機械加工,確實發現了缺陷(見圖８),隨即進行了補焊.

４．１超聲檢測結果

渣油加氫反應單元高壓厚壁不銹鋼管管檢測條件見表５,渣油加氫反應單元高壓厚壁不銹鋼管管檢測結果見表６.

５．２管道P９２-０１-８焊縫(１６８號~１７３號)相控陣佐證以及現場加工消除情況

相控陣檢測報告見表７.

5結論

按照現場奧氏體不銹鋼管管道的焊接工藝,制作不同缺陷的對比試塊,選用常規超聲K１．５、２MHz斜探頭在４０mm和６０mm模擬試塊上進行檢測,基本能夠掃查到缺陷,且定位基本準確.在渣油加氫裝置檢修期間,通過對反應部分的奧氏體不銹鋼管管道進行檢測,初步嘗試了上述方法.對發現缺陷的部位,通過相控陣檢測復核.現場對發現缺陷的部位進行機械加工證實,該方法確實有效發現和消除了缺陷,大幅度提高了檢測效率,達到了預期的理想效果.