不等厚、厚壁及异径管对接焊缝检测疑难反射波判定

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不等厚、厚壁及异径管对接焊缝检测疑难反射波判定

来源: | 作者:施本林、杨鹏飞、施琪、赵奎、邱丽生、丁寿坤 | 发布时间: 2024-03-13 | 139 次浏览 | 分享到:

施本林、杨鹏飞、施琪、赵奎、邱丽生、丁寿坤

（1.福建福建联合石油化工有限公司泉州 362800 2. 福建福建联合石油化工有限公司泉州 362800 3.闽南师范大学漳州 363000 4. 福建福建联合石油化工有限公司泉州 362800 5. 福建福建联合石油化工有限公司泉州 362800 6.扬州新泰科技检测有限公司扬州 225113）

摘要： IGCC-6481-1#辅锅全面停工检修,减温减压器不等厚、厚壁及异径管对接焊缝检测。由于无法实施中心γ源曝光检测。根据不等厚、厚壁及异径管焊缝的特殊性及现场返修打磨情况，制定了磨平余高+渗透检测+测厚检测+直探头超声波检测+K1/K2双斜探头超声波检测新技术检测方案，解决了位于焊缝中反射波是否为缺陷波的判定。

关键词：不等厚；厚壁；异径管；焊缝；检测

前言

2018年11月，公司全厂停工检修，IGCC- 6481-1#辅锅减温减压器PV1003线不等厚、厚壁及异径管焊缝检测。6481-PV1003调节阀是辅锅1#超高压蒸汽减温减压器6481-S001系统的减压阀，作用是将11MPa的超高压蒸汽减压至3.7MPa的高压蒸汽，供管网使用。

辅锅减温减压器不等厚、厚壁及异径管焊缝在炼化企业公用团队的压力管道中大量运用，而且都是处于高温和高压的恶劣环境中，一旦发生泄漏事故，给公司生产及群众生命财产带来极大的安全隐患。

辅锅减温减压器不等厚、厚壁及异径管焊缝的无损检测，通常运用RT和MT检测法。但由于检修现场施工情况和团队生产原因，无法进行中心γ源曝光检测。因此，本人结合现有检测条件制定了《磨平余高+渗透检测+测厚检测 +直探头超声波检测+K1/K2双斜探头超声波检测》新技术检测方案，解决位于焊缝中反射波是否为缺陷波的判定。本文就其合理性及可行性进行研讨。

1 常规检测过程

1) 检测信息：

1. 焊缝数量：1道；

2. 结构形式：不等厚、厚壁、异径管与短径法兰对焊，详见附图1

3. 焊缝规格：Φ325×45mm，详见附图2

4. 操作条件/介质：进口温度520度，进口压力11Mpa,超高压蒸汽

5. 材质：P22（铬钼钢）

6. 管线号及焊缝编号：6481-PV1003/2#

7. 焊缝宽度50mm

8. 检测方法：γ源检测

2) 检测情况

1. 由于现场施工情况和公司生产原因，原定6481-PV1003/2#进行中心γ源曝光检测的方法无法实施。

2. 现场焊缝公称双壁厚度90mm，外加余高6mm，实际检测厚度达到96mm。

3. 没有穿透该厚度的γ源，只能变更检测方法，改为超声波检测。

4. 该焊缝与法兰连接，规格Φ325×45mm，焊缝宽度50mm，法兰径面宽度只有100mm,检测面不符合超声检测标准要求（注：NB/T47013.3-2015附录K《承压设备曲面环向对接接头的超声波检测方法》规定，工件厚度40＜t≤100mm，仅能从外壁检测的工件，检测面需从外壁双侧检测，探头移动区宽度1.25P）。而现场只能单侧扫描检测且扫描面还是不等径不等厚的检测面。详见附图2、3。

采用一次反射波法检测时，探头的移动区域宽度计算：

公式： P=2Kt

式中：P--跨距；t--工件厚度；K--探头折射角的正切值

5. 检测发现焊缝正北顺时针500-560mm位置存在超标缺陷波，缺陷波约L=60mm，H=28mm，SL+20dB在中心线以上20mm处（焊缝中）波幅位于Ⅲ区，检测结果不合格。

6. 第一次对超标缺陷波部位进行返修，返修后重新进行超声波检测，发现缺陷波仍然存在。

7. 邀请福建省特检院超声波高级检测人员进行符合性验证，检测结果一致。

8. 经过反复商讨后再次打磨、返修及补焊，并重新进行超声波检测但是缺陷波依然存在。

9. 邀请合肥所超声波高级检测人员再次进行符合性验证，检测结果仍判定为缺陷波。

10. 再次扩大打磨范围，并重新进行超声波检测缺陷波还是存在。

2 新技术实施应用及解决问题情况

1) 新检测技术方案制定

根据不等径不等厚直管段的特殊性及现场返修打磨情况，制定了磨平余高+渗透检测+测厚检测+直探头超声波检测+K1/K2双斜探头超声波检测方法。注：（由于检测位置限制，磁粉检测会存在漏检，选择渗透检测）

2) 新检测技术操作要领

1. 首先确定焊缝打磨宽度和深度，以焊缝中心线为基点，打磨深度为35mm；打磨宽度以中心线向直管段扩延到30mm位置。详见附图4、5

2. 再以渗透检测方法确认坡口面无缺陷后进行盖面补焊。

3. 完成焊接后，磨平余高，先用测厚检测法确认不等径不等厚直管段的厚度变化差，用于计算K1/K2双斜探头超声波检测法水平距离曲率差。

4. 对缺陷定位及探头K值影响的程度取决于斜面倾斜度，倾斜度越大，超声波一次反射波在斜面上的反射角越小，从而对检测范围和缺陷定位的影响越大。

5. 从异径管外侧对该焊缝进行超声波检测，而该倾斜角无法从内侧直观确定，无法对缺陷进行准确定位，为解决这一问题，通过理论分析(理想内侧厚度存在递减状态），研究了一个从异径管外侧利用超声波测定内侧斜面倾斜角的方法：如下图

设发射探头A： K=1,工件厚度δ=45mm,由三角关系声程S1=63.6mm,反射点为O，由于一次反射波在斜面反射厚度不同，接收探头B的角度小于发射探头A的角度，实际数值与理论有偏差，即S2＜S1,屏幕显示水平距离（L）比实际水平距离小，结合缺陷波显示位置（焊缝总宽50mm,缺陷波位于焊缝中心向上20mm），但实际上缺陷波幅位置应该在焊缝外。注：图中：a为发射探头A发射点至一次入射波折射点的水平距离；b为一次入射波折射点至接收探头B接收点的水平距离；仪器屏幕显示水平距离L= a+b
假设数据1：K1探头，工件厚度为等厚45mm,结合图6中仪器屏幕显示水平距离L=64mm（又为发射探头A发射点与接收探头B接收点的水平距离，L=a+b）。
由三角关系可得：a=45mm,b=(64-45)=19mm,S2=192+452=48.8mm
假设数据2：K1探头，工件厚度为不等厚38 mm（一次波折射点位置母材厚度）/45 mm（一次入射波折射点位置母材厚度）, 结合图6中仪器屏幕显示水平距离L=64mm（又为发射探头A发射点与接收探头B接收点的水平距离）
由三角关系可得：a=45mm,b=(64-45)=19mm,S2=192+382=42.5mm
假设数据1的S2＝48.8；假设数据２的S2＝42.5，两者相差6.3mm。
由此可知：在不等径不等厚的情况下，屏幕显示水平距离比实际水平距离小,即仪器屏幕显示水平距离L的数值小于实际水平距离L。

6. 由于斜面的存在，当超声波入射到斜面上时斜面引起反射角变小，缺陷波提前，一次声程的位置也随入射到斜面的位置不同而变化，影响对反射波位置的确定及对缺陷或伪缺陷的判定。

7. 再用直探头超声波检测法垂直扫描焊缝及直管段扫描面，排除融合线和母材缺陷。

8. 直探头超声波检测合格后，采用K1/K2双斜探头超声波检测法对焊缝进行检测，原有的反射波还是存在。

3) 检测结论

1. 依据磨平余高+渗透检测+测厚检测+直探头超声波检测+K1/K2双斜探头超声波检测方法进行检测，仍存在反射波。详见附图6

2. 按照超声波探伤原理和工件结构形式分析反射波存在的原因，反射波位置不符合超声波检测原理，最终判断该结构回波而非缺陷波。

3 运行中监测

开车后，第一年（2019年）采用38DL高温测厚仪进行格子化扫查检查和外观检测法进行监控运行，检测频率为一个月一次，未发现异常现象；第二年（2020年）仍采用38DL高温测厚仪进行格子化扫查检查和外观检测法继续进行监控运行，检测频率为三个月一次，未发现异常现象；第三年（2021年）仍采用38DL高温测厚仪进行格子化扫查检查和外观检测法再继续进行监控运行，检测频率为六个月一次，未发现异常现象；第四年（2022年）仍采用38DL高温测厚仪进行格子化扫查检查和外观检测法再继续进行监控运行，检测频率为一年一次，未发现异常现象；第五年（2023年），暂未监测。目前累计正常运行58个月。

4 经济效益

通过新技术评定焊缝合格。避免重复返修的时间损失、避免返修时间导致延误开工损失(铬钼钢材质的焊缝需要经过焊接、热处理、焊后24小时方可做无损检测，该焊缝返修一次，至少浪费三天时间，延迟一天开工，至少损失近千万元)、避免超过三次以上返修材料失效，更换材料损失和避免采购时间延误开工损失。该道焊缝至少避免3千万元的经济损失。