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钢管对接环焊缝超声波检测对比试块改进的设想

发布时间:2014-09-11 20:12:00 作者: 信息来源:

0引言
    目前,石油、电力、机械等行业的钢管对接环焊缝超声波检测标准对对比试块的规定基本相同,均要求对比试块的曲率半径与被检管件的曲率半径相近或一致,例如:在JB/T4730.3-2005《承压设备无损检测》第5.1.6.2条曲面工件(直径小于或等于500 mm)对接焊接接头的超声波检测中第C款规定:环焊缝检测时对比试块的曲率半径应为检
测面曲率半径的0.9~1.5倍。下面就几种标准的对比试块进行分析,在JB/T4730.3-2005《承压设备无损检测》和DL/T 820-2002《管道焊接接头超声波检验技术规程》中,允许超声波检测的钢管最小直径为32 mm,在SY/T4109-2005《石油天然气钢质管道无损检测》中,要求外径为600 mm以下的钢管都要做对比试块。如果只考虑常用的无缝钢管,依据标准YB 231-1970《无缝钢管》,在直径32~ 600 mm范围内,摘录出的钢管规格见表1。    按照SY/T 4109-2005《石油天然气钢质管道无损检测》标准要求,符合超声波检测条件的钢管壁厚≥5 mm,外径≥57 mm,表1中有62种。按照DL/T820-2002《管道焊接接头超声波检验技术规程》标准的要求.符合超声波检测条件的钢管壁厚≥4 mm,外径≥32 mm,表1中有89种。按照这两个标准,分别要制作62或89块对比试块,表1中未包括的还有多种规格的钢管,如外径为63.5 mm、355 mm,478 mm,529 mm等规格的钢管,这些在检测中都需要对比试块来与之对应,说明以上两个标准要求的对比试块数量实际上要远远大于62与89块。对任何一个检测单位来说预备如此之多的对比试块都是不现实的。
    依据JB/T 4730.3-2005《承压设备无损检测》的规定,环缝检测时对比试块的曲率半径应为检测面曲率半径的0.9~1.5倍.同时考虑还有一些规格的钢管在表1中没有列出来,从表1中选出了6种规格的钢管,将6种规格钢管的半径分别乘以0.9和1.5,结果见表2。
    分析表2可知,直径38 mm钢管的半径为19 mm,其0.9倍是17.1 mm.1.5倍是28.5 mm。直径32 mm钢管的半径为16 mm.其1.5倍是24 mm。直径57 mm钢管的半径为28.5 mm,其0.9倍是25.65 mm。很显然,半径16mm的15倍(24mm)与半径19 mm的0.9倍(17.1 mm)交叉过渡。半径19 mm的1.5倍(28.5 mm)与半径28.5 mm的0.9倍(25.65 mm)交叉过渡。以此类推,表2中6种钢管半径的0.9倍与1.5倍形成的6个曲率段,将通过交叉过渡涵盖直径32—500 mm所有钢管所需对比试块的曲率半径。
    考虑到SY/T 4109-2005《石油天然气钢质管道无损检测》要求直径小于600 mm钢管对接环焊缝超声波检测,都要使用带曲率的校准试块与对比试块,可增加表2的曲率段。
    由以上分析可以看出,如果能制作出一组曲率连续变化,并在不同曲率段上按照表l中钢管的壁厚做出若干个台阶来模拟钢管的壁厚及焊缝中未焊透缺陷的对比试块,是可以替代若干个不同曲率、不同壁厚的对比试块的,将这种试块暂时定义为螺线型试块。
1螺线型试块可行性理论分析
1.1理论基础
    由数学理论可以得知,螺线曲线的曲率半径与中心角的大小成正比关系,也就是说,这种曲线的曲率半径从一端到另一端不是固定不变的,而是连续变化的,这与我们前面分析想要得到的螺线型试块曲率半径的变化规律相吻合。
1.2螺线型试块的分组与主要尺寸适用管径范围中的最小管径的曲率半径。而试块的最大曲率半径也应当大于适用管径中的最大管径的曲率半径,所以试块变化范围要比适用管径中的半径变化范围大,由于试块角度变化为半圆,所以总的弧度变化N,要使曲率均匀变化,N的取值就应当是最大曲率半径减去最小曲率半径除以弧度变化量。根据表3中的参数,不难得出各试块的形状与尺寸,这里不再叙述。
1.3螺线型试块的基本形状
    图2、图3、图4为表3中1号试块的三视图。图中台阶是指试块中每一种厚度所占部分,在检测时模拟各种不同壁厚的管件。台阶宽度指同一厚度部分在试块长度方向的尺寸。在检测时可供探头移动以测出试块内壁厚度变化处的直角面(模拟未焊透时钢管内壁的钝边)的反射回波。由图中可以看出,反射超声波的直角面在壁厚≤6 mm时高为
0.5 mm.在壁厚>6 mm时高为1 mm。
    螺线型试块可以做成一块,它可以替代表2中所列各种规格钢管对应的对比试块,但体积较大,为便于携带将试块分成9小块。
1.4螺线型试块说明
    (1)从表3中试块的适用范围可以看出,这一检测范围基本包括了工程上常见的管件规格。    (2)在所有试块中,壁厚≤6 mm时对比试块中的未焊透深度对比为0.5 mm;壁厚>6 mm时为1 mm。
    (3)在各个厚度的宽度方面主要考虑了该壁厚检测时常用的K值(折射角的正确值),最薄的台阶只用于制造反射台阶并保证消除端角反射,所以取10 mm或15 mm。最厚的台阶考虑探头的长度适当加宽。
    (4)以上试块共9块,分组情况考虑了各行业的实际情况,检测人员在使用时可根据需要选用。    (5)试块外壁截面曲线方程。中的对口间隙,以标准允许的深度而制作,宽度为2 mm,深度为厚度的10%。在螺线试块中,我们采用1 mm或0.5 mm的台阶作为反射体。其理由如下:
    (1)根据SY/T 4065 -1993标准编制组的试验结果,矩形槽的槽深与反射声波的高度呈线性关系,所以要根据1 mm或0.5 mm深的矩形槽反射波高,可以对实际工作中的未焊透深度进行定量。    (2)矩形槽模拟未焊透对超声波进行反射的是正对探头的一个垂直面,这一点从超声波的直线传播性质上不难理解,事实上,单面未焊透只能从一侧检测到,不能从另一侧检测到就是一个很好的证明。所以,在此试块中用1 mm厚的台阶完全可以作为模拟未焊透的对比反射体。
3结论
    (1)通过理论分析,本文提出的螺线型试块完全能在其适用范围内很好地与各种管径的管件相对应。
    (2)各个试块之间如果有交叉的管件规格,根据表2的数据,应当优先选用曲率半径小的试块,这样可以使曲率偏差更小。
    (3)根据本文提出的设想,检测人员很容易将大量常用规格的对比试块整合到少数几块螺线型试块上来。(http://www.biaozhunkuai.com)