液化天然气储罐的检测
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为使超声检测结果易于评定,用相控阵探头在焊缝两侧进行扇形扫查,观测其图像显示。利用数据分析软件的屏幕设置,能使缺陷信息的三维数据易于识别、定位和定量。体积状缺陷先观测代表体积状缺陷的横孔反射信号的显示。图3即为相控阵探头探测壁厚T=25mm焊接试样时获得的超声S扫描(扇形扫描)的成像结果;由左右两图像显示,即可从焊缝两侧观察到被检焊缝体积的声束覆盖范围和缺陷S扫描显示特征(左上和右上为S扫描图像,显示缺陷在壁厚方向的深度位置和范围;左下和右下为C扫描(平面投影)图像,显示缺陷在焊缝轴线方向的位置和长度范围)。平面状缺陷试样底面开口线槽再观测位于试样底面、代表平面状缺陷的电火花切割线槽,用相控阵扇形扫查检测到的超声回波信号的显示特征。实验证明,用给定的探测布置,要使超声波束通过含镍量相对于母材较高的焊缝金属,检测到位于焊缝远侧(即离探头较远的焊缝一侧)的热影响区的线槽是不可靠的。但从焊缝近侧(即靠近探头的焊缝一侧)还是可以检测到的。图4即为T=25mm焊接试样用相控阵探头探得位于焊缝近侧热影响区线槽的超声图像。中间小图表示h=2mm线槽经变焦放大后获得的图像。由图可见,线槽端部衍射回波信号与线槽和底面构成的端角反射回波信号很容易区别,因而可对代表底面开口裂纹的电火花线槽准确测高。
试样表面开口线槽第三步,观测位于试样表面(探测面)、代表平面状缺陷的电火花切割线槽的超声回波信号图像显示特征。对此类缺陷,若用一次波(即直射波或0.5S波)检测,显然要用更大的声束角度才能探到(即用表面下纵波甚至表面波探到)。图5即为板厚25mm焊接试样中外表面h=2mm线槽的PAUT信号的图像显示(注意:这张图像显示的是一次波成像,不是二次波成像)。这里正好彰显了PAUT不同于常规UT的优势:前者可通过电子方法,利用聚焦法则的改变,阵元激活延迟时间的改变,来改变声束探测角度,改变波型,方法简捷;而后者必须更换探头,重新调整仪器,费时费劲。同理,由于焊缝金属的高镍含量,超声波束一般很难通过焊缝金属、检测到焊缝远侧热影响区的电火花线槽或坡口面缺陷。为此,通常就用同一相控阵探头,用二次波(即1.0S波或一次反射波)扫查,使入射声波覆盖焊缝近侧上层区域。对试件表面缺陷的检测,屏幕上的S扫描声成像,一般用"镜像"显示。给出了单面焊表面焊趾裂纹PAUT二次波S扫描的镜像显示示例。T型接头结构对液化天然气储罐上的T型接头结构,可将相控阵探头置于腹板侧,用扇形(S)扫查+电子(E)扫查,探测腹板侧坡口面熔合性缺陷。在条件许可的情况下,为保证整个焊缝体积及相邻母材区全部检测到,最好在储罐内外两面都进行扫查。施探前,要制作拟合实际结构的、带特定参考反射体的专用焊接试样,通过操作演示,验证检测T型接头结构中平面状缺陷和体积状型的PAUT工艺的可靠性。最后,对多种封闭试样(缺陷不告知)和实际试件进行了半自动PAUT试验。结果表明:封闭试样和实际试件中的所有缺陷均能被检出,而且缺陷定量精确度也达到要求。使用多种声束角度和多种波型,能获得优于射线照相的缺陷检出率。作封闭检测试验时,半自动PAUT与RT双管齐下,试验结果两两对照,令人满意。
优势国际权威法规ASME锅炉压力容器法规2011版明确规定:承压设备要用超声检测取代射线照相对焊缝进行100%检测,施探前,必须制定基于车间或现场制造验收标准的超声检测工艺,而此UT工艺必须采用基于计算机声成像技术(即CITs)的半自动或全自动超声检测—目前,就是指TOFD和PAUT技术。试验研究表明,用半自动PAUT取代RT有以下种种优势:(1)检测速度快,检测结果可靠;(2)有数字化记录,便于随后数据分析和资料存档;(3)结果快捷,可随即反馈给焊工;(4)检测中无辐射影响,不影响生产流程;(5)无需消耗化学药品(显影液等);(6)不用胶片、增感屏等,费用省。结论和讨论(1)针对液化天然气储罐9%镍钢焊缝的金属组织高镍含量特点,采用半自动超声相控阵检测(PAUT)方法,通过制备带缺陷的焊接试样,依据规范要求制定PAUT工艺,而后进行"开放"演示试验和"封闭"演示试验,试验结果表明半自动PAUT能取代RT,获得优于RT的检测结果。(2)带缺陷焊接试样要求模拟被检壁厚、材料、曲率和焊接坡口等焊接工艺条件,在焊缝金属中和焊缝附近母材热影响区,特意设置典型焊接缺陷或人工缺陷,至少设置三个平面状缺陷或电火花切割(EDM)线槽,缺陷或线槽的方向应模拟平行于被检产品焊缝轴线和主要坡口面,缺陷或线槽的位置则应如下设置:a.一个表面缺陷设在试样外表面;b.另一个表面缺陷设在试样内表面;c.第三个缺陷设在试样内部。(3)对热影响区和坡口熔合面的面状缺陷,尽量用一次声程波(0.5S波)在焊缝近侧扫查下半部,而用二次声程波(1.0S波)在焊缝近侧扫查上半部。(4)操作者应充分熟悉焊接缺陷位置和性质、形态与PAUTS扫描图像的对应特征,熟悉面状缺陷的信号图像表征与测长测高方法。