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焊缝超声波检测回波信号分析 秦山三期(重水堆)核电站工程是九五期间国家重点建设项目,装机容量2 728MW,设计寿命40a(年),工程造价几十亿美元,其主要工艺采用加拿大技术。CANDU6是具有成熟运行经验的堆型,它安全可靠、技术先进,是国内唯一重水堆核电机组。1998年6月一号反应堆厂房底板浇灌第一罐砼,宣布工程建设正式开始。役前检查项目由核工业无损检测中心承担。重水堆核电站要求在建造、安装的同时进行役前检查,系统水压试验后再抽查10%。役前检查主要任务是对反应堆厂房(核岛)主管道焊缝(包括主热传输系统、压力和装量控制系统、停堆冷却系统、应急堆芯冷却系统和回收系统)和主设备焊缝(包括蒸汽发生器、稳压器和除气冷凝器)进行超声波检测(UT),共要检查近千条焊缝。 1超声波检测的基本要求及面临的困难 CANDU项目要求核岛安装公司对主管道焊缝进行100%射线检测(RT)和100%液体渗透检测(PT),对主设备支撑进行100%PT。由于RT和PT自身存在一定的局限性,焊缝中可能有很多缺陷被漏检。役前检查要求进行100%UT,正好弥补了上述检查方法的不足,但超声波检测的难度和工作量增大,检测人员要面对各种各样的焊接缺陷和伪缺陷的检查及甄别。 超声波检测规程要求记录所有20%DAC(距离幅度校正)的回波信号,对缺陷采用6dB法测长,50%DAC的缺陷还要用6dB法测高,对几何显示和干扰信号等要进行区分并记录。使用的A型超声波检测仪虽然精度高、功能全,但也只能提供回波信号的时间和幅度两方面的信息。要辨别各个声程的回波信号性质,不但要求检测人员具备扎实的超声波检测理论基础,还要求了解焊缝的材料、结构特点和加工、焊接工艺[1,2]。对每个达到记录灵敏度的信号都要求认真分析,麻痹大意就可能造成漏检,给日后的在役检查留下隐患,而过评会产生不必要的返修,延误工程进度。 2焊缝基本情况及主要缺陷 CANDU项目核岛主管道内径为6~20in.(15 24~50.80cm),标称壁厚为14.2~32.5m m,采用单面焊双面成形。焊缝坡口形式主要为U型,坡口宽度为20~30mm,倾角为30左右,钝边高度为2~3mm,根部间隙2~3mm,在焊缝中心线两侧12~16mm范围内有镗孔,如图1所示。焊接完成后,根部具备打磨条件的都要求磨平,外表面焊缝余高磨平。主设备标称壁厚为49~129.5mm,采用双面焊。焊缝坡口形式主要为双U型和I型,内外表面余高均已磨平。焊缝中主要缺陷为气孔、夹渣、未熔合、根部未焊透和咬边等。焊缝内表面如根部、镗孔等经常产生各种波形显示,它们容易与内壁缺陷波和焊缝中缺陷二次波混淆。 3各种回波信号分析超声波检测经验表明[1,3,4],出现在底波与始波信号之间的回波多为缺陷波,主要是气孔、夹渣和未熔合等,其特征分别如下: 3.1气孔 由于气孔通常不大,其回波高度一般较低,波形尖锐,较稳定,斜探头环绕移动,反射波高大致相同,但纵向与横向稍一移动,信号很快消失。密集气孔为一簇反射波,其波高随气孔的大小而不同,当斜探头作定点转动时,会出现此起彼落的现象。 3.2夹渣 点状夹渣的回波信号与点状气孔相似,但有方向性,斜探头从不同方向探测,反射波高不同。条状夹渣的回波信号多呈锯齿状,波宽而带有多个波峰,探头横向移动时,各个波峰的高度随之发生变化。 3.3未熔合 坡口未熔合对斜探头较敏感,当超声波垂直入射到其表面时,回波高度大,探头横向移动时,波形较稳定。从两侧探测时,反射波幅不同,有时只能从一侧探到。直探头容易探到层间未熔合,当超声波垂直入射到其表面时,回波很强,底波明显降低,甚至消失。 特别应注意出现在底波信号位置的回波,其中既可能有根部形状、镗孔等的波形显示,也可能有内壁缺陷,如咬边、未焊透等回波信号。 3.4未焊透 如图2所示,直探头探测时,焊缝中心线上回波信号声程低于两侧底波信号声程,探头纵向移动时,明显有两个信号上下跳动。斜探头探测时,根部未焊透类似端角反射,探头横向移动时,波形较稳定,对应深度等于母材壁厚。从两侧探测时,均能得到大致相同的反射波幅。 3.5内凹 如图3所示,直探头探测时,焊缝中心线上回波信号声程略低于两侧底波信号声程,探头纵向移动时,回波信号略有起伏,两侧底波信号波幅略高。斜探头探测时,回波信号波幅不高,对应深度略小于母材壁厚。从两侧探,入射声束不交叉。 3.6咬边如图4所示,咬边信号出现在根部信号的前面,波幅较低。若根部已磨平,则两侧都能发现;若根部未打磨,则只能从一侧探到,另一侧因根部信号移动范围较大而无法发现。 3.7内壁机械划痕如图5所示,在加工坡口预制镗孔时,由于操作失误或加工不当,经常在镗孔附近造成内壁机械划痕。这种划痕有时只有一小段,有时是半圈,甚至是一整圈。一般