结晶器搅拌轴对接焊缝超声波检测

　　1　引言

　　辽化公司PTA装置D402结晶器搅拌轴磨损严重,需停车抢修。该轴材质为钛合金(本文通称TA2),设计直径120mm,磨损部位的直径约70mm。机械厂的修复方案是断掉磨损部位,重新锻造一段TA2锻件,用焊接的方式进行连接(见图1)。由于钛材的焊接性能特殊,焊接质量难以保证。并且,该搅拌轴在使用中扭力大,如果焊缝中存在裂纹等重要缺陷,在使用中容易扭断,所以工艺要求焊后进行超声波检测。

　　根据《承压设备无损检测》标准附录M“钛制承压设备对接焊缝接头超声检测和质量分级”要求,对钛材焊缝进行检测时需要制作钛材对比试块,用于调整检测灵敏度和对缺陷进行定量和定位验收等。由于现场工期紧,没有时间制作TA2试块。在此情况下,经过理论分析,认为利用现有的碳钢试块结合相关的理论计算,能够解决TA2焊缝的检测问题。

　　2　相关数据计算

　　根据焊缝超声波检测理论,当用碳钢试块调整设备并对异种材质焊缝进行检测时,必须考虑声速的改变。因为声速的改变会引起探头K值变化,K值的改变又将引起声程的变化,需要对缺陷定位进行修正。另外,材质的不同又会引起衰减系数的改变,从而影响到缺陷定量的变化。所以,检测前必须进行理论计算,对相关数据进行修正。

　　2.1　反射体定位修正

　　2.1.1　探头K值的换算

　　同一个横波探头,在不同声速的材质中显示出不同的数值,影响缺陷定位。由于该搅拌轴对接焊缝无法实施一次反射法,故需要采用两种K值探头进行检测。根据焊缝特点选用标称值为K2.0和K1.5两种探头(注:本文只对K2.0探头进行计算说明,K1.5的所有计算方法与K2.0相同)。利用CSK-IA试块测定探头实际值,标称值K2.0的实际K值是K2.02。在对钛材焊缝进行检测前对K2.02进行修正(见图2)

　　已知条件:Cl有= 2730,Cs钢= 3230,CsTA2=3110,K= tanβ钢= 2.02 ,按折射定律:求得β钢=63.66°βTA2=59.64°则KTA2= tanβTA2= 1.71。

　　即同一个横波探头,在钢中折射角为β钢=63.66°,在TA2中的折射角为βTA2= 59.64°,即KTA2= 1.71。

　　2.1.2　声程换算

　　对于同一深度的缺陷,检测时由于K值改变,声波的传输声程发生变化。在图3中:

　　AB—钢试块中的横波声程;

　　AB′—TA2中的横波声程;

　　∠BAC—钢试块中的横波折射角,β钢= 63.66°;

　　∠B′AC—TA2中的横波折射角,βTA2= 59.64°;

　　按平面几何定律得出:

　　2.1.3　声波的传输时间比

　　结合2.1.1和2.1.2的计算得出:t钢=AB/Cs钢=2.25AC/3230=6.97×10-4ACtTA2=AB′/CsTA2= 1.98AC/3110 =6.37×10-4AC