水冷壁管异径管内壁裂纹的超声波探伤

李树军1，袁利军2，牛晓光1，薛永波3
(1.河北省电力试验研究所，河北石家庄050021；2.华能上安电厂，河北井陉050300； 3.河北兴泰发电有限责任公司，河北邢台054000)

    摘要：文章重点介绍了60 mm×6 mm水冷壁管异径管内壁纵向裂纹的超声波检验方法。包括探头K值选择、探伤灵敏度调整、缺陷波识别等

    关健词：水冷壁；异径管；超声波探伤

    1 前言

    河北省南部电网某电厂#4炉系哈尔滨锅炉厂生产，型号HG670/140-9，于1985年12月投运，至2000年12月大修累计运行约11 万h。大修中，发现水冷壁后墙一管座异径管与联箱角焊缝发生泄漏。水冷壁管规格为60 mm×6 mm，异径管设计材质为#20钢，经对泄漏管座割管取样，发现管座内壁存在深浅不同的纵向裂纹，其中一条已裂至外壁,造成泄漏。电厂决定对该规格异径管进行抽查。

    由取样管裂纹分布情况可知，见图1，裂纹由内壁产生，形状为众多深浅不同的纵向裂纹，故检查重点定为发现异径管内壁纵向裂纹。

    由于异径管外径及壁厚均为变化的，且外径仅为42 mm～60 mm，壁厚为6 mm～7 mm，给探伤灵敏度调整、探头K值选择及验收标准制定增加了难度。同时采用手工接触法超声波探伤检查该类管子无现成标准或规程可借鉴，而裂纹作为一种危险性缺陷，一但漏检后果不堪设想，如何解决这些问题，能否及时提供可*的检测结果供有关部门决策时参考，是无损检测人员面临的最大难题。

    2 探伤条件的选择

  基于近年来对“炉外管弯头裂纹超声波探伤方法研究"(以下简称探伤研究)项目的经验及现场应用成果,首先对探头规格及Ｋ值进行了选择,然后在带有自然裂纹缺陷的取样异径管上进行试探伤,以确定适宜的探伤灵敏度和缺陷判伤当量。试验结果表明：使用特制小径管弯头探伤专用探头，借鉴探伤研究成果，可有效地发现当量深度0.3 mm及以上的裂纹。在现场实际应用中，经对大量试件解剖，证实了探伤结果的可*性。

    2.1 探头选择

    由于被检件外径及壁厚较小,为增加探头接触面积及提高小缺陷检出率,选择小晶片及较高频率探头。由于被检件曲率及壁厚均为变化的，数量多，为提高检测效率宜采用一种规格探头检测，因此需对探头Ｋ值通过理论计算进行选择，以提高缺陷检出率，减少误判及漏检。

    2.1.1 探头Ｋ值选择

    由端角反射理论可知，当横波入射角为35°～55°时声压反射率最高为100％，当横波入射角为90°左右时由于入射横波与裂纹垂直，有利于发现微小裂纹且声压反射率也较高。

    如所示：当∠ABC＝35°～55°时，对60 mm×6 mm规格，经计算K值为0.516～0.867；对42 mm×7 mm规格，经计算Ｋ值为0.42～0.65。当∠ABC＝90°时，对60 mm×6 mm规格，经计算最大可用Ｋ值为１.33；对42 mm×7 mm规格，经计算最大可用Ｋ值为0.894。

  由上述计算结果可知：当使用一种规格探头检验时，若要保证横波入射角介于35°～55°之间，理论上探头Ｋ值选择范围为0.42～0.65。但由超声波检测理论可知,有机玻璃/钢界面的第一临界角为27.6°，并由折射定律可算出对应K值为0.65。因此，要实现纯横波探伤,所选探头K值必须大于0.65。这样对该异径管的检测，就无法选择适宜的探头保证在整个检测范围内使横波入射角均介于 35°～55°之间。

    但通过分析发现，若选择K=0.8～0.9探头，能较好地解决该异径管探伤问题。此时对异径管的主要部位（规格60mm×6 mm）可以保证横波入射角在35°～55°之间；对规格为42 mm×7 mm的部位，因横波入射角为90°左右，声压反射率也较高。这样处理的优点是可以使用一种规格探头对整个异径管进行检测，大大提高检测效率，同时在较大范围内保证缺陷有较高的声压反射率。

    2.1.2 探头K值测量

    由于对探头K值要求较严，为此设计了专用试块，以对修磨后的探头前沿尺寸及K值进行测量。前沿尺寸测量：利用图4 CAO弧进行。探头K值及组合分辨力测量：利用图4.1 mm、3 mm孔进行。

    2.1.3 探头晶片尺寸及频率选择

　　根据异径管规格，为了保证一次波声程在一倍近场以外以及有利于发现较小尺寸裂纹，采用小晶片及较高频率探头，采用晶片尺寸为4 mm×6 mm，频率为5 ＭＨz。

    2.2 探伤灵敏度调整

  结合探伤研究成果及异径管实际规格和内壁裂纹分布情况，经对比试验确定以一定尺寸的自然裂纹作为探伤灵敏度调整基准。

    实际探伤中灵敏度调整如下：深约0.3 mm自然裂纹－4～-6 dB ，判伤0.3 mm，0～-2 dB。此探伤灵敏度相当于60　mm×6 mm，内壁0.5 mm线切割槽-10～-12 dB。判伤相当于0.5 mm线切割槽-6～-8 dB。
  此探伤灵敏度及判伤标准均高于单一裂纹时的探伤灵敏度及判伤标准，主要是考虑了异管内壁裂纹较多，对超声波的吸收和散射等影响，从而更有利于发现较小尺寸的裂纹。

    2.3 扫描比例调整及扫查方式　

  所示试块内、外壁线切割槽进行（深度）扫描比例调整。试块材质、规格与被检件相同或相近。扫查方式：探头沿管外壁周向顺时针、逆时针2个方向进行扫查。

    3 检验结果

  采用上述探伤工艺，首先对水冷壁下联箱炉外管部份进行抽查，结果发现大部分管接头或弯头内壁有缺陷反射信号，经实物解剖后证实均存在程度不同的内壁裂纹。为此扩大检查范围，随后对＃4炉的水冷壁上、下联箱共计793个异径管进行了超声波探伤检查，结果发现452件存在程度不同的内壁裂纹等危害性缺陷。该缺陷的及时发现为有关部门迅速做出处理决定提供了重要的技术支持，确保了机组的安全运行。

通讯员：羽轩转载