01-P91T91焊接接头的超声波探伤
P91/T91钢焊接接头的超声波探伤
郭克智 王永江 (山东电力建设第二工程公司)
摘要 本文对P91/T91钢对接接头的超声波探伤进行了研究，分析了P91/T91钢声速对探头K值和缺陷定位的影响，提出了对缺陷定位的修正方法，解决了P91/T91钢对接接头的超声波探伤缺陷判定问题。
主题词 P91/T91钢 对接接头 超声波探伤 0 前言
随着600MW至1000MW级的超临界和超超临界压力机组的大量建设，在这些机组中大量采用的T91/P91钢, T91/P91钢属高强度马氏体耐热钢，由于T91/P91钢的声学性能和碳素钢差别较大，在碳素钢试块上测试探头、调试仪器后，若直接应用于T91/P91钢的探伤，就会导致错误的探测结果。因此，通过研究其变化律，提出解决方案，对缺陷判定和未来电厂的安全稳定运行具有重要意义。 1 声速变化对超声波探伤的影响 1．1 T91/P91钢中的声速
超声波探伤时，对超声波探头性能参数的测定和超声波仪器的调整均是在标准试块上进行的，DL／T 820标准中规定使用的标准试块是CSK一1型(用于中厚壁管)和DL一1型(用于中小径薄壁管)，而这些标准试块一般是用优质碳素钢制成。由于超声波的声速与传播介质的密度、弹性模量、泊松比有关，因此，超声波在不同材料中的声速不同，下面来计算超声波在T91/P91钢介质中传播的速度：[1] CL=
E
ρE ρ
（1-σ）
（1+σ）（1-2σ）
1
(2)
2（1+σ）
Cs=
式中CL —— 纵波声速
Cs —— 横波声速 E —— 介质的弹性模量 σ —— 泊松比 ρ —— 介质密度
通过火力发电厂金属材料手册[2]查得T91/P91钢在20ºC时的性能参数
为E=2.20×105MPa，σ=0.29，ρ=7.78 t／m3。
代人式(1)和(2)计算，可得T91/P91钢在室温下的声速为CL =6087m／s；Cs=3310m／s。而碳素钢的声速为CL =5900m／s，Cs=3230 m／s。 1．2 横波声速变化对探头K值的影响
通常，探头的前沿与折射角等参数都是在常规标准试块上测量得出的。探头的前沿长度在超声波探伤中是个固定的参数，它不随焊缝材质的变化而变化。探头的折射角则不同，由于超声波在不同材质中的速度不同，使探头的折射角会随着焊缝材质的变化而变化，设在标准试块上测定为K2的探头，在探测T91/P91钢的工件时，探头的K值将发生变化
sinαsinβ1sinβ2
= (3) CL CS1 CS2式中α —— 探头纵波入射角
CL —— 探头纵波声速 β1 —— 碳素钢中横波折射角 CS1—— 碳素钢中横波声速 β2—— T91/P91钢中横波折射角 CS2 —— T91/P91钢中横波声速
β1，CS1和CS2已知，代人式(3)计算得出在标准试块上测得K2的探头，在T91/P91钢中的折射角为66.47º，对应的K值为2.29(表1)。
表1：T91/P91钢中K值和折射角的变化
从表1可见，探头的折射角发生了较大的变化。如果在标准试块上测定探头和调节仪器，用于T91/P91钢工件的探伤，就会导致反射波的示波位置和实际位置发生变化，
从而导致错误的探测结果。所以在对T91钢进行超声波探伤前，一定要注意所选用的探头的折射角，探伤所用探头的K值一般不大于2．5。 1.3 分析声速变化对缺陷定位的影响
1.3.1 深度为H 的缺陷回波在碳素钢和在P91钢中的深度显示位置分别为: 2H τCPcosβP2H τ (5)
CCcosβC
式中τP，CP，βP ——P91钢中回波位置、声速和折射角 τC ，Cc，βC—— 碳素钢中回波位置、声速和折射角 τP CCcosβC
(6) τCCPcosβP
1.3.2 深度为H 的缺陷回波在P91钢中的计算水平距离和实际水平距离分别为: S计=τPtgβC S实=τCtgβP
因为CP、Cc、探头K值一定，将以上数值代入式(6)可以得出(表2)。
表2:常用探头在二种材料中定位差别
经过上面的计算，在试块上调节好仪器对T91钢焊接接头检验时，由于声速的变化，导致K值发生变化，使超声波的传播路径和传播时间发生了变化。这时如不进行修正，会使缺陷定位存在较大的偏差。 2 T91/P91钢超声波探伤的解决方法
从以上分析可知，由于T91/P91钢与试块横波声速的差异，导致探头K值变化和定位
偏差。根据已知T91/P91钢的横波声速，利用折射定律和几何关系找出声速变化对K值和扫描速度的影响规律，对示波屏显示数值进行修正。就能准确的定出缺陷的深度和水平位置。 3 结论
在对T91/ P91钢焊接接头进行超声波探伤时，使用常规的超声波试块，在经过计算与验证后，只需要对检验的参数做适当的调整，仍然可以满足规程中所规定的各项要求并得到与常规方法相同的检验结果，并且可以保证探伤的准确性及缺陷的检出率也无需增加探伤的成本。因此，当对T91/ P91钢的焊接接头进行超声波探伤时，使用常规的试块对仪器进行校核与调试，是完全可行的。 4 参考文献：
[1]超声波探伤(Ⅱ、Ⅲ级教材) 中国锅炉压力容器安全杂志社
[2]姜求志，王金瑞，主编．火力发电厂金属材料手册[M]．北京：中国电力出版社，2001．230．