奥氏体不锈钢焊缝的超声波检测

随着特种设备行业的日趋发展,材质为奥氏体不锈钢的压力容器数量也直线上升。为了保证该类容器在制造过程中的质量及其使用过程中的安全运行,该类设备对接接头无损检测方法尤为重要。本文针对特殊结构的奥氏体不锈钢焊接接头,采用常规横波斜探头超声波检测进行了试验性的检测,得出了比较满意的检测结果。

在特种设备压力容器生产过程中有许多奥氏体不锈钢焊缝由于结构原因不能做射线检测,需要做超声检测。对于此类焊缝由于现行标准(NB/T47013-2015及老标准JB/T4730中要求进行纵波斜探头一次波检测。但对于薄壁焊缝的检测,采用纵波斜探头时无法进行二次波的检查,漏检的缺陷比例较大,为了解决这一技术问题,我们在实际工作中进行了对比性试验,即使用常规横波斜探头进行探伤检测,以便能对该类焊缝实现100%的超声检查。

1奥氏体不锈钢焊接概述

在新时代下,为了使一些设备能够恶劣的环境中运行,需要不断提高自身的性能。对于这方面,奥氏体不锈钢厚板具有多样化的优点,能够更好地满足各方面的需求,比如,具有很好的抗腐蚀性,具有较高的屈服强度。同时,在设备运行过程中,焊接是其不可忽视的重要环节。就其焊接质量来说,在一定程度上,它会直接影响设备自身的质量,并影响它的安全性能。就奥氏体不锈钢而言,由于多样化的优点,其焊缝质量一直是国内外关注的焦点问题。就其焊接质量来说,其设计是否合理有着非常深远的影响,也需要采取必要的检测措施,加以检测,使其存在的问题能够得到有效的解决,能够更好地发挥奥氏体不锈钢自身的作用,更好地应用到不同领域中。和其它类型的不锈钢相比,奥氏体不锈钢具有很好的焊接性能。主要是因为在不同温度下,奥氏体不锈钢都不会发生任何变化,对氢脆却不敏感。同时,在焊接状态下,奥氏体不锈钢具有较好的韧性以及塑造性。但在焊接过程中,也存在一系列的问题,比如,在焊接的时候,容易出现热裂纹,对出现应力腐蚀。具体来说,主要体现在这几个方面。首先,奥氏体不锈钢材质较厚,其对应的焊接接头具有较大的拘束度。通常情况下,在焊接之后,不锈钢会产生比较的焊接残余应力。在此基础上,经过一系列相互作用,奥氏体不锈钢的焊接处会产生焊接裂纹,严重影响焊接的效果,影响奥氏体不锈钢自身的质量。其次,主要是因为奥氏体不锈钢自身具有的一些特点导致。主要是因为奥氏体不锈钢的柱状晶具有很强的方向性,很容易使其中的晶格聚焦,影响焊接工作,形成对应的焊接裂纹。最后,在焊接中,需要对奥氏体不锈钢的厚板进行多层焊接。在这个过程中,碳化格会发生对应的变化。在高温状况下,它会被吸出,产生对应的热裂纹。对于奥氏体不锈钢存在的问题来说,需要从设备的实际情况出发,以对应的焊接规范程序为基点,采取合理化的焊接工艺,提高焊接的质量,有效解决存在的安全问题,不免设备经常发生故障,延长设备的使用寿命,能够更好地应用到实际操作中,减少不必要的运营成本,提高设备运营的经济效益。当然,在解决奥氏体不锈钢焊缝问题的过程中,需要采取适应的检测方法,比如,超声波检测。

2试验

在生产中的高压绕管换热器,由于设计的原因,管箱内接管对接焊缝位于换热器外壳的壁内,无法进行射线检测,进行超声检测时也只能进行接管内壁侧的单面检测,而此类焊缝承载的应力较大,必须进行100%的超声波检验,以确保容器的安全运行。

试验中我们采用横波斜探头探伤检测。对接接管为4326?2mm,材质为奥氏体不锈钢,坡口型式如图1,焊缝表面磨平。根据工件的特点及检测要求设计了对比试块,如图2、图3。图2为不锈钢板制作,规格为200?50?0mm,试块上打了441x10mm的横孔。图3是使用工件相同的规格与焊接工艺制作的对比试块,加工成为60mm宽,在焊缝边缘加工了31*10mm盲孔。

波幅曲线和校准仪器。图3试块用来测定耦合补偿、焊缝晶粒度的差异引起的衰减补偿和近表面检测灵敏度。在检验前进行了工艺验证。截取与产品相同规格的不锈钢管,按产品相同的焊接工艺进行施焊,内埋藏有未焊透夹渣等焊接缺陷,进行超声波纵、横波的对比检验,并将横波的检测结果进行了解剖实验,以验证检测结果的可靠性。经过一系列的技术准备,制定了满足检验要求的焊缝超声波探伤专用工艺。

根据试验结果,将评定线灵敏度定为41×10-10dB,判废线灵敏度定为1×10-2dB,可满足检测要求。探头使用6X6mm小晶体横波斜探头、8×12 mmF-40 mm)聚焦横波斜探头,仪器选用友联的520B型数字超声仪。经过测量,耦合补偿3dB,焊缝晶粒度引起的衰减补偿为2dB,扫查方向如图1所示。

在检测过程中,可用聚焦斜探头对横波探头显示的缺陷部位进行复验。经过实际对比检测,所有显示的超标缺陷均能在通过横波探头显示出来发现,满足了检测的要求,达到了检测的目的。

我们增加检测了几个同类型的工件,经检测,发现较薄的(5<16mm)奥氏体工件使用横波超声波探伤完全满足检测要求,避免了纵波斜探头的不能进行二次波探伤的弊端;和普通碳钢同类型的工件进行检测比较,发现二者波形相差不大,薄壁奥氏体不锈钢焊缝的晶粒度对声场的影响不是太明显,主声束未发现明显的畸变;薄壁焊缝的宽度不大,焊缝晶粒度引起的衰减量也较小,试验表明,用CSK-II试块调试仪器后检测的结果也能满足检测要求。

3总结

特种设备监检及定期检验中采用常规超声波横波斜探头检测应用非常成熟,但在奥氏体不锈钢焊接接头检测中却应用极少。尤其是在各标准没有明确其使用方法的情况下,做为一名无损检测人员,只有结合实际检测过程中各方面的情况,细致分析,才能做出科学合理的评定。只有通过实践对比试验对该类焊接接头进行检测,才能对该材料中所允许的缺陷进行有效控制,才能对特种设备的安全性能进行更合理、更全面、更有效的评价。希望该技术能在奥氏体不锈钢超声波技术中广泛应用。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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