无损检测在塔式炉管道焊接中的应用

王俊霞

中国电建集团河南工程有限公司河南省郑州市450000

摘要：某项目一期工程建设两台660MW超超临界参数变压运行螺旋管圈，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构的塔式炉。项目地处海湾，风力大且空气湿度高，同时现场安装焊口数量多，特别是炉膛内焊口布置紧凑，施工难度大，焊接过程易产生缺陷，且锅炉管道长期处于高温高压的工作环境，极易发生爆管等安全事故。因此，在锅炉安装阶段就需要应用无损检测技术对管道焊缝质量进行监督，及时发现和消除缺陷，以保证锅炉长期稳定地运行。

关键词：无损检测；塔式炉；管道焊接；应用；分析

引言：无损检测技术是机械工业的重要支柱，也是一项典型的具有低投入、高产出的工程应用技术。可能很难找到其他任何一个应用学科分支，其涵盖的技术知识之渊博、覆盖的基本研究领域之众多、所涉及的应用领域之广泛能与无损检测相比。美国前总统里根在发给美国无损检测学会成立20周年的贺电中曾说过，(无损检测)能给飞机和空间飞行器、发电厂、船舶、汽车和建筑物等带来更高的可靠性，没有无损检测(美国)就不可能享有目前在飞机、船舶和汽车等众多领域和其他领域的领先地位。作为一门应用性极强的技术，只有与国家大型工程项目结合，解决国家大型和重点工程项目中急需解决的安全保障问题，无损检测技术才能有用武之地和广阔的发展空间。

1.我国无损检测技术发展概况

我国无损检测技术的总体水平与其经济发展水平相一致，其在世界的地位多少也与中国经济和工业水平，特别是装备制造业在世界的地位相一致。资料显示，我国在大型机械装备、交通运输装备、制造装备、航天及海洋工程机械等方面的自主化水平都有很大提高，2008年之后，中国作为世界机械制造大国、第二机械、电气与交通运输设备出口大国，已经屹立于世界机械制造大国之林。虽然无损检测技术本身在某种程度上并非一种直接的生产力，但是它的技术水平却能反映一个国家的工业水平，并同国家的经济发展态势密切相关。与世界机械制造大国相适应的是，中国是一个无损检测大国，其无损检测市场是一个最具有活力、最具吸引力的市场。仅根据无损检测从业人员的数量看，有资料显示，中国大陆目前拥有直接从事或从事与无损检测相关技术工作的人员30万以上，涉及无损检测技术应用、科研、教学与培训、经销、技术咨询服务、工程服务等的单位约在5000个，这是任何国家都无法比拟的。我国也是一个无损检测设备器材的需求大国和制造大国。中国现有从事无损检测服务的检验检测机构约2000家，有2万多家机械制造和安装企业拥有自己的无损检测队伍。中国大陆每年对无损检测仪器的需求十分强劲，各种便携式无损检测设备的年度市场销售总额应当在数十亿元人民币之上，无损检测设备器材的制造单位可能多达近500家，在超声、涡流、磁粉和常规射线检测仪器方面已出现了一批规模化的生产企业或集团，一些前沿仪器，例如超声相控阵检测仪、超声衍射时差(Timeofflightdiffraction，TOFD)专用仪器、阵列涡流、工业电子计算机X射线断层扫描技术(Computedtomography，CT)也具备了市场化生产规模。

2.无检测损在锅炉管道焊接中应用情况

2.1相控阵检测

本项目采用武汉锅炉厂引进德国ALSTOM技术生产的塔式炉，整个受热面是通过一级过热器的悬吊管悬挂在炉顶大板梁上，悬吊管使用51mm×10.5mm，材质为SA-213T91无缝钢管，焊口数量达5280道，焊接质量的好坏直接影响机组安全运行和使用寿命。鉴于T91钢可焊性较差以及现场焊接空间狭小，焊接过程中极易出现焊接缺陷。按照火力发电厂焊接技术规程要求，悬吊管焊缝需进行100%射线检测，但其存在一定的漏检率，尤其对裂纹、未熔合等面积型缺陷检出率低。而面积型缺陷在高温高压作用下易扩展，造成焊缝开裂出现泄漏，严重威胁锅炉的安全运行。基于此，悬吊管焊缝在射线检测的基础上还增加相控阵检测。对２＃锅炉悬吊管焊缝使用相控阵进行复检，发现53道焊缝存在超标缺陷，该缺陷的深度为4.7mm、长度为7.5mm。为了验证检测结果的准确性，使用砂轮机对缺陷处进行解剖，打磨约4.5mm时，缺陷的实际情况与检测结果吻合较好。根据缺陷解剖形态可判断为纵向裂纹，并结合焊接实际情况认为该裂纹是焊缝熔池在结晶过程中产生的，属于高温下形成的结晶裂纹。焊接熔池在凝固过程中因残余液相金属不足，在焊缝液固界面形成拉应力，界面薄弱处被拉开而形成结晶裂纹。特别是在焊接收弧位置，若因焊丝熔融的金属无法满足最后凝固结晶的需要，势必会在该处产生裂纹。为了有效地减少或避免此类裂纹的产生，一方面应选用较小的焊接电流以降低线能量输入，并适当提高焊接移动速度，减少高温停留的时间，收弧时将电弧引向坡口边沿处，保证弧坑填满，以避免裂纹的产生；另一方面，严格控制预热温度与层间温度，防止焊缝冷却速度过快，形成淬硬组织造成很大的应力。

2.2超声检测

超声检测在本工程主要用于外径大于159mm或壁厚大于20mm锅炉管道的焊缝质量检验。２＃锅炉管道超声检测发现的问题主要集中在马氏体耐热钢（P91/P92）焊缝，共发现10道存在超标缺陷，以气孔居多。其中材质为P91规格为640mm×95mm的平衡容器，该缺陷反射波幅达到SL+10.5，深度为76.3mm。另外，探伤过程中发现探头移动时，反射波幅度平滑地上升到一个峰值，然又平滑地下降到零，其位置变化不大；探头定点转动时，各个方向反射波高大致相同，但稍微移动探头就消失。由于超声检测在缺陷准确定性判断方面还存在一定的困难，通过上述缺陷波形的特征分析，推测其为由点状气孔构成的条状缺陷，长度约为32mm。为了明确缺陷的性质，在超标缺陷处采用机械打磨、逐层渗透检测的方式对缺陷进行验证。当打磨深度约75mm时，渗透检测发现缺陷，实际长度为30mm，与超声检测数据基本吻合。另外，该缺陷位于焊接接头处，究其原因是由于更换焊条过程中原收弧处散热较快，加上现场空气湿度大，当重新起弧时，该处熔池冷却速度过快，气体来不及逸出而留在焊缝内形成气孔。

总结：随着无损检测技术的不断改进，各项无损检测技术相互配合、取长补短，充分发挥各自的优势，大大提高了无损检测的准确性和可靠性，确保承压部件安全。本项目要求锅炉管道焊接完成后及时利用无损检测技术进行焊缝质量检验，尽早发现焊接问题并分析原因，提出相应的预防措施，避免同类缺陷的重复发生，提高了焊接一次成功率。另外，对于易产生缺陷材质和部位的焊缝，选用多种检测方法相互配合，提高了检测结果的可靠性和准确性，确保锅炉承压部件的安全可靠。

参考文献：

[1]不锈钢管道焊接过程的质量控制[J].张安军.科技创新与应用.2017(01)

[2]加拿大发明管道焊接新技术[J].范文献.今日科技.1987(05)

[3]基于正交试验设计的高温管道焊接工艺优化[J].贾宁.现代制造技术与装备.2016(10)

[4]管道焊接工艺技术及质量控制探讨[J].崔巍，赵光可，李岩.化工设计通讯.2017(05)