溧阳抽水蓄能电站机组蜗壳焊缝超声波检测实践

海赟

中国水利水电第五工程局有限公司四川双流610200

摘要：本文针对溧阳抽水蓄能电站蜗壳超声波检测方法、检测工艺过程控制及结果分析做一总结。根据检测实践提出对以后蜗壳焊缝检测及焊接工艺全过程的控制。

关键词：蜗壳；焊缝；超声波检测；ASME规范；方法标准

一、概述

电站安装6台单机容量250MW的混流可逆式水泵水轮发电机组。蜗壳共21节分八部分组成，除蜗壳第1、2节、蜗壳进口段J1、J2节、凑合节第6、16节为现场焊接外，其余管节在制造厂焊接完成运输到现场。蜗壳分节如图1，蜗壳材质为B610CF低焊接裂纹敏感性高强度钢板，进水口管口直径3050mm，最大板厚55mm，最小板厚36mm，试验压力7MPa.蜗壳管径小，焊缝密集，刚性约束力大，蜗壳节间厚度不一致。因此每条焊缝曲率不同，蜗壳的顶部和底部焊缝对接较为平整，而中间段焊缝对接则有一定夹角。焊缝对接呈不规则对接接头，焊后残余应力较大，蝶形边焊缝和蜗壳腰线焊缝由于拼装的角度和焊工焊位置的影响出现未熔合、裂纹缺陷的几率比较高，因此焊缝检测是机组蜗壳安装的最后一道工序也是相当关键的步骤。制定严谨、全面的检测工艺可以防止缺陷的错判、漏检。

二、检测前的调查

1、图纸规范要求

溧阳抽水蓄能电站水轮机蜗壳焊缝无损检测要求，按ASME（锅炉和压力容器规程》有关要求执行。超声波探伤按ASMEVⅢ-APP-11执行；所有纵缝、环缝作100％UT检测。

2、施焊工艺了解

溧阳抽水蓄能电站机组蜗壳为55mm到36mm渐变B610CF高强钢板，焊缝为不对称X型坡口，局部由乙炔焰气割修整而成。由于蜗壳整体曲率影响坡口间隙达5-10mm，钝边错边1～3mm，地下厂房现场焊接湿度大，焊前对焊缝进行80～100℃单面远红外线预热；焊接完成200℃保温2.5小时，采用φ3.2mm、φ4mmJ607RH焊条，焊前按规定时间、温度进行烘干，一侧焊缝焊完后用碳弧气刨从背面清根再焊另一侧。手工焊接特点，焊工在操作过程中有时会不规范，加之拼装间隙不均匀，会产生气孔、加渣、未熔全等缺陷，蝶形边焊缝由于焊接位置和角度的影响产生坡口面未熔合机率较大。裂纹和未熔合是不允许存在的面状缺陷。针对焊缝内部可能产生裂纹和未熔合，并在对气孔、夹渣等检测灵敏度的基础上选择检测参数与方案是十分必要的。

图1蜗壳整体安装图

三、焊缝超声波检测

1、标准的选用和探伤设备性能的校核

溧阳电站蜗壳焊缝超声波检测选用ASME锅炉压力容器标准，并根据其要求对HG-D110C型超声波探伤仪进行性能测试和校核。使各项性能符合标准要求。试块选用CSK-IA、ASME要求的基本型（平面）试块。

2、探头参数的选择

探头性能好坏和折射角的正确选择直接影响缺陷检出和缺陷定量，60°～45°对焊缝截面面状缺陷裂纹、未熔合缺陷有较高的检出率，气孔、夹渣效果也不错。考虑到材质衰减、远场分辨率、声束指向性等探头性能，在既保证声束能覆盖整个焊缝截面并与之垂直又保证探伤仪有足够的检测灵敏度。蜗壳拼装应力大；钢板厚、刚性大；坡口深而窄，蜗壳曲率小引起不规则焊缝不规则形变，焊接残余应力大；根据母材厚度和焊缝宽度选用短前沿45、60、70三种探头配合使用。

3、扫描速度及灵敏度的调整

扫描速度及灵敏度直接影响缺陷的定性和定位，必须力求准确无误。仪器调试时探头入射点在CSK-IA试块上测三次，取三次平均值为探头入射点，折射角同样测三次取平均值为折射角度。距离-波幅曲线（DAC曲线）在制作好的基本平面型试块上制作曲线（ASME标准规定，试块的表面应当代表被检试件的扫查表面）ASME规定的DAC曲线由三条组成，基准线（M线代表100%满屏0dB）记录线（N线50%满屏-6dB）评定线（E线20%满屏-14dB）如图2

3、蜗壳环缝其它位置拼装受蜗壳自身形变影响小，焊缝相当于平板对接焊接位置好，选择在蜗壳内外侧检测都不会影响缺陷的检出。探头折射角度选用45°、60°配合检测。

4、对于焊缝局部错边量较大部位选用大角度探头检测并应辅以磁粉检测，检测过程中发现反射波时，不要根据片面的信息进行结果判断，根据焊缝坡口形式、焊接方式、焊工操作特点和焊缝的错边量及焊缝两侧的变形角度，经过分析和验证以得到正确结果。验证的方法有：可以在焊缝两侧对同反射信号进行比较是否为同一位置的相同缺陷，也可以选择在焊缝的另一面进行验证；采用折射角与检测用探头相差较大的另一种探头来验证；通过测量采用结构模拟计算来验证。对于波幅显示明显，易于判断的缺陷直接标定；对于波幅界于E线有长度的缺陷通过判断和反复验证确认。ASME标准要求超声波检测对回波高于20%基准线的信号确定缺陷性质。

1.验收标准

ASME规定中，凡回波信号高度>20%DAC基准线的缺陷，均应确定其形状、性质和位置，并按下列要求进行评定：

（1）凡信号定性为裂纹、未熔合或未焊透的缺陷，无论长短，均判为不合格。

（2）凡信号高度超过基准线的缺陷指示长度L超过表1数值者，均判为不合格。

表1评判参数

焊缝厚度t/mm指示长度l/mm焊缝厚度t/mm指示长度l/mm

<196

19～57（1/3）t>5719

表中t不包括允许的余高，对接接头板厚不同时，t取较薄板厚。

ASME还规定，焊缝超声波检测有三种情况必须记录：

（1）不合格缺陷的返修区域（缺陷性质、大小、位置和长度范围）

（2）返修区的重检结果。

（3）凡缺陷信号高度超过基准线50%而未返修的区域，也应指明缺陷位置、波高、大小、埋藏深度及类别。

溧阳抽水蓄能电站蜗壳按图纸要求，焊接过程严格按通过评定的焊接工艺控制，焊缝检测按ASME规定要求进行超声波探伤100%检测，蜗壳蝶形边焊缝和环焊缝40%TOFD抽检。6台机组经充水保压检查，蜗壳安装焊接质量良好。

四、结语

1、从溧阳抽水蓄能电站水轮发电机蜗壳焊缝超声波探伤结果及充水保压情况看，蜗壳焊缝超声波探伤所采取的工艺程序、措施是可行的。

2、检测人员在全面了解并掌握其技术条件、制造规范、焊缝特点；针对性地制定超声波检测工艺措施，焊缝内部质量是能较好地得到控制的。

3、无损检测是检验焊接质量合格的手段，但结构质量安全需要从原材料验收、制作、安装焊接等全过程控制，保证工艺过程的全面控制才能真正保证结构的安全运行。

参考文献：

[1]ASMEBPVC（2010）Sect.Ⅴ，Art.4UltrasonicExaminationMethodsforWelds.

[2]郑晖，林树青主编《超声波检测》第二版.

[3]李衍，承压设备焊缝超声检测美中标准比较.2011.10

[4]鞠文希朱贵忠：构皮滩电站600MW水轮机蜗壳安装焊接质量控制；《中南水力发电》2009.12

作者简介：

海赟-男，-回族，1983--助理工程师中国水利水电第五工程局有限公司。