機械設計專業畢業論文
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摘要：
透過在發電廠的在役超聲波檢測的經驗積累，並根據對比試驗，總結出一些非全焊透小口徑管座角焊縫超聲波檢測的方法。
關鍵詞：
小口徑;焊縫;超聲波檢測;試塊;集箱
1.小徑管座角焊縫超聲波檢測的技術要求
在焊縫產生的各種缺陷中，面積型缺陷的應力集中程度要遠大於體積型缺陷。因此要首先將裂紋、未焊透、未熔合等危險性的面積型缺陷檢出並及時消除。這些面積型缺陷利用超聲波探傷時靈敏度比較高。角焊縫超聲波探傷技術的要求是所採用的工藝能使超聲波主聲束掃查到整個管座角焊縫截面，並能明顯區分缺陷波與結構波，同時要求操作簡便，易於現場使用。
2.小徑接管座角焊縫超聲波檢測探頭的選用分析
單純採用小徑管斜探頭從接管座一側對角焊縫進行檢測， 存在部分漏檢區;單純採用普通斜探頭從集箱一側對角焊縫進行檢測也無法實現。在本次試驗中，選用小角度縱波探頭和小徑管橫波斜探頭對小徑接管座角焊縫進行綜合檢測。
由於受到集箱結構影響，超聲波檢測只能在管座側以接管為檢驗面進行單側掃查，依據DL/T 820—2002 《管道焊接接頭超聲波檢驗技術規程》規定，管壁厚度為 8～14 mm， 推薦折 射 角 為 63°～70°(對應的K值分別為2和2.7)， 選取實測 K 值為 2.7， 晶片尺寸準 6 mm，頻率5 MHz， 探頭前沿為 5 mm 的斜探頭進行檢測。 儀器選擇以色列生產的 ISONIC 2008，由於該儀器具有 B 掃描功能，對於顯示缺陷能夠進行 B 掃描成像分析，便於缺陷記錄和分析，選用甘油為耦合劑，在小直徑管焊接接頭超聲波檢驗專用試塊DL-1上製作準1 mm孔 的DAC 曲線。
3.對比試塊的設計製作
3.1小角度縱波對比試塊的製作要求和設計指標
分別選取一定曲面、壁厚的材料模擬集箱管材，並在軸向及周向管座開孔部位製作 1 mm 和 2 mm深的切割槽模擬缺陷， 在對比試塊中間不同深度做!1 mm×6 mm 橫孔進行靈敏度比較試驗。
3.2小徑管與橫波斜探頭對比試塊製作要求和設計指標
用對比試塊的切割槽模擬不同深度的未焊透缺陷。該試塊分別切有 1 mm、1.6 mm、2 mm、3 mm、4mm、6 mm、8mm 深的`水平線切割槽， 用以模擬管座。
側未焊透缺陷; 在 1.6 mm 線切割槽後集箱側焊縫熔合線位置分別切有 1 mm、2 mm、3 mm、4 mm、6 mm深的切割槽， 模擬不同深度集箱側坡口未熔合缺陷。
4.檢測驗證
某電廠燃煤鍋爐，機組累計執行時間 10 萬小時以上。為了解鍋爐集箱管座角焊縫執行情況，檢修期間，對水冷壁、低溫再熱器、省煤器、末級再熱器的集箱管座角焊縫進行超聲波檢測，以Φ51×7 的小徑管座角焊縫檢測為例：小口徑管座角焊縫規格：小口徑管規格為Φ51×7mm，管座角焊縫寬度為 11mm，焊縫高度為8mm，集箱坡口深度為7mm。
4.1儀器、探頭
選用數字式 A 型脈衝反射式超聲探傷儀，探頭頻率為5MHz，探頭前沿長度為5mm，晶片尺寸為6mm×6mm，折射角度選為56.3°的K1.5的橫波斜探頭。根據公式：
計算出最小折射角度為55°，所選探頭折射角度滿足檢測條件。
4.2 DAC曲線的製作
利用DL-1小口徑管專用超聲波檢測試塊上深度為8mm、15mm、20mm、25mm的Φ1mm的長橫孔來製作DAC曲線。由於非全焊透小口徑管座角焊縫的結構特殊，小口徑管有一部分插入集箱本體，定量和判廢靈敏度的要求可適當降低。
4.3反射訊號的分析
檢測工作中，必須區分出焊縫的根部反射訊號和缺陷反射訊號。根據焊縫的結構尺寸、探頭的位置、示波屏上探頭入射點到反射訊號的水平距離、反射訊號的深度，綜合判定該訊號是否為焊縫根部反射訊號或缺陷反射訊號。根部反射訊號的判定：先使探頭靠近焊縫，再向後拖動探頭，示波屏上如果出現反射訊號顯示，先根據反射訊號的水平距離顯示，依據焊縫的尺寸，在工件上透過實際測量，判斷是否在根部位置;然後根據反射訊號的深度，依據工件的厚度，判斷是否在根部位置，如果反射訊號的水平距離、深度顯示都在焊縫根部位置，則可判定該訊號為根部反射訊號顯示。
缺陷反射訊號的判定：繼續向後拖動探頭，示波屏上根部反射訊號的幅值降低。在根部反射訊號以外如果出現反射訊號顯示，則可初步判定為缺陷訊號顯示。如果該反射訊號的深度顯示大於或等於兩倍工件壁厚，且在焊縫範圍內，水平距離顯示經實際測量也在焊縫範圍內，則可判定該反射訊號為缺陷訊號顯示。
4.4檢測結果
對缺陷管座經過解剖檢查內部均發現未熔合、夾渣、裂紋等缺陷，解剖結果與超聲檢驗結果全符合，有效保證了鍋爐的焊接質量及機組的安全執行。
4.5結論
4.5.1角焊縫根部無餘高只可見集箱殼體端角反射波，反射能量高，波形尖銳，根部有餘高可見餘高反射波與集箱殼體端角反射波，能量低於端角反射波。
4.5.2根部未完全焊透的反射波形明顯低於餘高反射波形，集箱殼體端角反射波能量基本不變。
4.5.3對於根部完全未焊透結構，集箱殼體端角反射波能量明顯降低，完全未焊透反射能量高於集箱殼體端角反射波能量。
5.結語
綜上，對非全焊透小口徑管座角焊縫的超聲波檢測，採用小晶片、短前沿、小折射角度的超聲波橫波斜探頭進行檢測，可以有效的檢測出管座角焊縫內部缺陷，達到檢測的目的，為目前非全焊透小口徑管座角焊縫內部缺陷檢測的有效方法。
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