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[摘 要]伴随着火电机组的蒸汽参数不断的提高，设备上的管脚焊缝越来越重要，很多情况都是因为管座角的焊接缺陷导致泄露事故的发生，给相关人员的生命安全造成巨大的影响；本文研究利用小尺寸超声波探头对接管座角焊缝危害性缺陷的检测，使得设备安全得以提升，不仅使得其成本有所降低，也会使得工作人员生命安全得以保护。
[关键词]裂纹 未熔合 管座角焊缝 超声波检测
中图分类号：TP559 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0312-02
1、前言
近年来大型火力发电机组管道和容器上热工仪表（温度、压力测点插座）接管座角焊缝由于焊接质量问题已陆续发生多次角焊缝开裂爆漏事故，自2005年10月，青海某发电厂发生一起主蒸汽管道的1个13型热工套管温度计角焊缝在运行中发生断裂现象引起有关部门重视以来，宁夏某大型火电燃煤发电机组投运9年至今，主蒸汽、再热热段蒸汽管道温度、压力测点插座角焊缝由于焊接质量问题已陆续发生了4次角焊缝开裂爆漏事故，其中主蒸汽管道2次，再热热段蒸汽管道2次等等，由此，仪表管座角焊缝的质量问题已对机组设备的安全运行及操作人员的生命安全已造成严重的威胁。
接管座角焊缝的无损检测，目前国内外都没有成熟的检验方法，在国外此类角焊缝主要是进行焊接的过程控制，包括焊前的坡口尺寸检查、焊接工艺的控制、焊工技能的控制，以及焊后角焊缝表面的检测等，国外焊接过程的控制相是当严格的。而在国内焊接质量的控制方面，比较偏重于结果控制，大部分制造厂仅对接管座焊后做表面检测，对焊接过程的控制不是很严格。根据目前多数电站的四大管道上的温度计（或压力表）管座相同部位均不同程度存在未熔合、未焊透、裂纹性等危害性缺陷，急需对相应焊缝的状况进行有效的无损检测。
因此，针对山西某火电厂350MW机组（超临界机组）主汽管道的温度计、压力表测点插座角焊缝安装前的超声波检测，对插座角焊缝危害性缺陷形成及开裂原因进行分析。并对实践中有关角焊缝超声波检测技术问题进行探讨和研究。
2、管座角焊缝的超声波检测方法与研究
2.1角焊缝的结构与焊接特点
管道热工仪表管规格多、数量多、材质品种多。就某火电厂单台350MW机组为例，其主汽、热段数量就达30多个（见表1所示）。管接头坡口型式常用插入式和骑座式两种，而温度计接管座属于半插入式结构。管接头角焊缝隙四周沿相贯线曲率变化较大，特别是主体直径较小时。整圈焊缝马鞍形，“两高两低”。
管接头焊接按工艺一般采用氩弧焊打底-手工焊填充-小规范盖面。主蒸汽温度计接管座属于异种钢焊接，其焊接及热处理要求更高。管座属于骑座式机构，要求根部焊透。
2.2接管座角焊缝超声波检测的特点
根据接管座结构特点，超声波检测需要用两种以上种特制探头以不同扫查方式进行检测，然后进行相应的计算以判断缺陷位置及是否存在超标缺陷。接管座属于骑座式结构，角焊缝需要用小径管探伤方法进行超声波检测。两种检测方法要求高、技术层面也是非常的大。其表现如下：探头接触面积小，声耦合难度大；接管外壁曲率变化大，插管半径小，致使声束指向性差、声能损失大、灵敏度低；缺陷的定性、定位、定量难度较大；只能从角焊缝单侧进行检测，如果发现缺陷，一般都很难处理。
因加工精度和坡口形状原因，根部的缺陷就很难发现，在检测中会产生较多的边界反射波；与操作人员的经验、操作水平、探头的选择等有直接的关系。
2.2.1接管座超声波检测的特点
接管座坡口型式采用的是骑座式（见图1所示）。根据其坡口型式，选择小径管检测方法，在压力表管管侧对角焊缝进行检测。
为提高检测灵敏度，实现良好的声耦合，检测前要根据小径管的规格尺寸将探头楔块修磨成与管外壁吻合良好的曲面。选取与被探管子曲率对应的小径管专用试块，把砂纸紧贴探测圆弧面，探头的楔块在砂纸上仔细地慢慢细磨。当加工探头表面时候，
注意以下：
a） 探头上的波束发射区域必须与压力表管子贴合；
b）探头中心轴线与波束的轴线相吻合；
c） 探头波束的角度须在规定的公差范围内。磨制好的探头要实测其探头前沿长度、K值，并作记录，重新计算其是否符合检测要求。
2.2.2仪器以及探头、试块的选择
小径管的曲率半径小、管壁薄，超声波检测时杂波多，为了便于判伤和能够同时存储多条距离-波幅曲线，选用数字式超声波探伤仪HS616e。探头晶片尺寸选择6mm×6mm和4mm×6mm，探头k值为2.5和3，前沿在5mm左右。利用探头前沿小，使得移动范围有所影响，这将使得故障更容易发现。
2.2.3扫描速度以及灵敏度调整
利用小径管焊接接头超声波检验专用试块（DL-1）上的R30和R50圆弧面进行探伤仪扫描速度的调整。调整灵敏度：距离一波幅（DAC）曲线应以所用探伤仪和探头在相应曲率的DL-1试块上利用Φ1×15通孔实测的数据绘制。扫查灵敏度为DAC曲线增益10dB。
3、接管座角焊缝危害性缺陷的检验
3.1针对裂纹的缺陷检验
裂纹特征在焊缝或热影响区一定深度内，一般称为锯齿状况，探头发射的声束垂直于裂纹面时，反射率高，波形前沿陡，波形尖锐，一般会出现锋状。探头移动时，波高几乎相等，会存在波峰错动状况，长度基本与裂纹长度相等。本次检验发现1处此类波型出现（见表2部分超声检测结果所示）。
3.2针对未熔合的缺陷检验
此种缺陷往往呈直线状，而且有一定的长度，抽查检验过程中，一般产生在角焊缝与母材的熔合线区域。缺陷反射率高，回波高，探头沿中心线移动时，波形比较稳定，波幅大致相同。本次所检有2处此类波出现（见表2部分超声检测结果所示）。
4、结论以及造成焊缝缺陷原因
通过对大型火力发电机组主汽、热段管座角焊缝开裂爆漏事故分析和对两台350MW超临界机组管座角焊缝的超声波检测以及对其超标缺陷的返修、挖补的实践证明：
a）因为未熔合而导致的焊缝缺陷。而造成角焊缝未熔合的原因是多方面的，从焊接结构型式来看，管道开孔设计的是单侧小角度V型坡口，一般仅30°，空间狭小，导致焊条不容易摆动，此种方式是不够合理的，另外，对于异种钢，如果在焊接的过程不按照相关要求、预热温度、焊接电流较小，这些不合理的都是导致出现焊缝缺陷的原因。
b）角焊缝裂纹是导致焊接发生问题的主要原因。导致这种缺陷产生的原因是因为焊缝在焊接时不遵循焊接的相关工艺，例如：焊接的使用电流比较大，奥氏体钢的晶粒粗大，在過渡的区域出现应力集中等问题，最终，焊缝就会开裂；其中，设备的振动也是导致焊缝出现裂缝的一个重要原因。
结束语
从以上的实验与分析结果我们可以得到，火电厂主要管道的设计及制造单位在大量失效管座角焊缝的基础上，已经更改了接管座的坡口型式和材料，使用相同材质的插座接管，使得焊接接头有一个好的质量，这就能够为火电厂发电机组的稳定运行提供一个重要的保障。
参考文献
[1]全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会.超声波探伤（Ⅲ级教材）
[2]锅筒骑座式管座角焊缝超声波检测方法.宋凤芹.中国特种设备安全.
[3]插入式管座角焊缝超声波检测方法及分析.赵亮等.无损探伤.
[4]锅炉集中下降管角焊缝超声波检测.张平等.中国锅炉压力容器安全.
[关键词]裂纹 未熔合 管座角焊缝 超声波检测
中图分类号：TP559 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0312-02
1、前言
近年来大型火力发电机组管道和容器上热工仪表（温度、压力测点插座）接管座角焊缝由于焊接质量问题已陆续发生多次角焊缝开裂爆漏事故，自2005年10月，青海某发电厂发生一起主蒸汽管道的1个13型热工套管温度计角焊缝在运行中发生断裂现象引起有关部门重视以来，宁夏某大型火电燃煤发电机组投运9年至今，主蒸汽、再热热段蒸汽管道温度、压力测点插座角焊缝由于焊接质量问题已陆续发生了4次角焊缝开裂爆漏事故，其中主蒸汽管道2次，再热热段蒸汽管道2次等等，由此，仪表管座角焊缝的质量问题已对机组设备的安全运行及操作人员的生命安全已造成严重的威胁。
接管座角焊缝的无损检测，目前国内外都没有成熟的检验方法，在国外此类角焊缝主要是进行焊接的过程控制，包括焊前的坡口尺寸检查、焊接工艺的控制、焊工技能的控制，以及焊后角焊缝表面的检测等，国外焊接过程的控制相是当严格的。而在国内焊接质量的控制方面，比较偏重于结果控制，大部分制造厂仅对接管座焊后做表面检测，对焊接过程的控制不是很严格。根据目前多数电站的四大管道上的温度计（或压力表）管座相同部位均不同程度存在未熔合、未焊透、裂纹性等危害性缺陷，急需对相应焊缝的状况进行有效的无损检测。
因此，针对山西某火电厂350MW机组（超临界机组）主汽管道的温度计、压力表测点插座角焊缝安装前的超声波检测，对插座角焊缝危害性缺陷形成及开裂原因进行分析。并对实践中有关角焊缝超声波检测技术问题进行探讨和研究。
2、管座角焊缝的超声波检测方法与研究
2.1角焊缝的结构与焊接特点
管道热工仪表管规格多、数量多、材质品种多。就某火电厂单台350MW机组为例，其主汽、热段数量就达30多个（见表1所示）。管接头坡口型式常用插入式和骑座式两种，而温度计接管座属于半插入式结构。管接头角焊缝隙四周沿相贯线曲率变化较大，特别是主体直径较小时。整圈焊缝马鞍形，“两高两低”。
管接头焊接按工艺一般采用氩弧焊打底-手工焊填充-小规范盖面。主蒸汽温度计接管座属于异种钢焊接，其焊接及热处理要求更高。管座属于骑座式机构，要求根部焊透。
2.2接管座角焊缝超声波检测的特点
根据接管座结构特点，超声波检测需要用两种以上种特制探头以不同扫查方式进行检测，然后进行相应的计算以判断缺陷位置及是否存在超标缺陷。接管座属于骑座式结构，角焊缝需要用小径管探伤方法进行超声波检测。两种检测方法要求高、技术层面也是非常的大。其表现如下：探头接触面积小，声耦合难度大；接管外壁曲率变化大，插管半径小，致使声束指向性差、声能损失大、灵敏度低；缺陷的定性、定位、定量难度较大；只能从角焊缝单侧进行检测，如果发现缺陷，一般都很难处理。
因加工精度和坡口形状原因，根部的缺陷就很难发现，在检测中会产生较多的边界反射波；与操作人员的经验、操作水平、探头的选择等有直接的关系。
2.2.1接管座超声波检测的特点
接管座坡口型式采用的是骑座式（见图1所示）。根据其坡口型式，选择小径管检测方法，在压力表管管侧对角焊缝进行检测。
为提高检测灵敏度，实现良好的声耦合，检测前要根据小径管的规格尺寸将探头楔块修磨成与管外壁吻合良好的曲面。选取与被探管子曲率对应的小径管专用试块，把砂纸紧贴探测圆弧面，探头的楔块在砂纸上仔细地慢慢细磨。当加工探头表面时候，
注意以下：
a） 探头上的波束发射区域必须与压力表管子贴合；
b）探头中心轴线与波束的轴线相吻合；
c） 探头波束的角度须在规定的公差范围内。磨制好的探头要实测其探头前沿长度、K值，并作记录，重新计算其是否符合检测要求。
2.2.2仪器以及探头、试块的选择
小径管的曲率半径小、管壁薄，超声波检测时杂波多，为了便于判伤和能够同时存储多条距离-波幅曲线，选用数字式超声波探伤仪HS616e。探头晶片尺寸选择6mm×6mm和4mm×6mm，探头k值为2.5和3，前沿在5mm左右。利用探头前沿小，使得移动范围有所影响，这将使得故障更容易发现。
2.2.3扫描速度以及灵敏度调整
利用小径管焊接接头超声波检验专用试块（DL-1）上的R30和R50圆弧面进行探伤仪扫描速度的调整。调整灵敏度：距离一波幅（DAC）曲线应以所用探伤仪和探头在相应曲率的DL-1试块上利用Φ1×15通孔实测的数据绘制。扫查灵敏度为DAC曲线增益10dB。
3、接管座角焊缝危害性缺陷的检验
3.1针对裂纹的缺陷检验
裂纹特征在焊缝或热影响区一定深度内，一般称为锯齿状况，探头发射的声束垂直于裂纹面时，反射率高，波形前沿陡，波形尖锐，一般会出现锋状。探头移动时，波高几乎相等，会存在波峰错动状况，长度基本与裂纹长度相等。本次检验发现1处此类波型出现（见表2部分超声检测结果所示）。
3.2针对未熔合的缺陷检验
此种缺陷往往呈直线状，而且有一定的长度，抽查检验过程中，一般产生在角焊缝与母材的熔合线区域。缺陷反射率高，回波高，探头沿中心线移动时，波形比较稳定，波幅大致相同。本次所检有2处此类波出现（见表2部分超声检测结果所示）。
4、结论以及造成焊缝缺陷原因
通过对大型火力发电机组主汽、热段管座角焊缝开裂爆漏事故分析和对两台350MW超临界机组管座角焊缝的超声波检测以及对其超标缺陷的返修、挖补的实践证明：
a）因为未熔合而导致的焊缝缺陷。而造成角焊缝未熔合的原因是多方面的，从焊接结构型式来看，管道开孔设计的是单侧小角度V型坡口，一般仅30°，空间狭小，导致焊条不容易摆动，此种方式是不够合理的，另外，对于异种钢，如果在焊接的过程不按照相关要求、预热温度、焊接电流较小，这些不合理的都是导致出现焊缝缺陷的原因。
b）角焊缝裂纹是导致焊接发生问题的主要原因。导致这种缺陷产生的原因是因为焊缝在焊接时不遵循焊接的相关工艺，例如：焊接的使用电流比较大，奥氏体钢的晶粒粗大，在過渡的区域出现应力集中等问题，最终，焊缝就会开裂；其中，设备的振动也是导致焊缝出现裂缝的一个重要原因。
结束语
从以上的实验与分析结果我们可以得到，火电厂主要管道的设计及制造单位在大量失效管座角焊缝的基础上，已经更改了接管座的坡口型式和材料，使用相同材质的插座接管，使得焊接接头有一个好的质量，这就能够为火电厂发电机组的稳定运行提供一个重要的保障。
参考文献
[1]全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会.超声波探伤（Ⅲ级教材）
[2]锅筒骑座式管座角焊缝超声波检测方法.宋凤芹.中国特种设备安全.
[3]插入式管座角焊缝超声波检测方法及分析.赵亮等.无损探伤.
[4]锅炉集中下降管角焊缝超声波检测.张平等.中国锅炉压力容器安全.