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[摘 要] 电力是我国国民经济发展的基础产业之一，改革开放的20多年是中国电力发展最快、成就最大的时期。目前世界先进国家普遍采用的是新型细晶强韧化铁素体热强钢，我国建设的超临界、超超临界火电机组主要采用SA213-T91、T92、T122、SA335-P91、P92、P122及SA213-SuPerTP347H、TP347HFG新型细晶奥氏体热强钢。新型热强钢在焊接工艺、检验方法等方面都有显著的改变，本文阐述一下超声波检验和射线检验在超超临界发电机组受热面焊口检验中的优缺点。
[关键词] 超超临界 体积型缺陷 面积型缺陷 近场区 灵敏度 半扩散角
一、射线检验与超声波检验的特点
1、射线照相法的特点
可以获得缺陷的直观图像，定性准确，对长度、宽度尺寸的定量也比较准确。检测结果有直接记录，可以长期保存。对体积型缺陷（气孔、夹渣类）检出率很高，对面积型缺陷（如裂纹、未熔合类），如果照相角度不适当，容易漏检。适宜检验厚度较薄的工件而不适宜较厚的工件，因为检验厚工件需要高能量的射线探伤设备，一般厚度大于100mm的工件照相是比较困难的。适宜检验对接焊缝，不适宜检验角焊缝以及板材、棒材、锻件等。
对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸（高度）的确定比较困难。检测成本高、速度慢。射线对人体有伤害。
2、超声波检测的特点
面积型缺陷的检出率较高，而体积型缺陷的检出率较低。
适宜检验厚度较大的工件，但随着超声波检测设备及技术的发展，对于较薄工件的检测也逐步适宜。
无法得到缺陷直观图像、定性困难，定量精度不高，但随着基于PC的全数字超声检测系统的发展（如TOFD技术）探伤结果立即可以得到，并且以文件形式保存。
对缺陷在工件厚度方向上定位较准确。
材质、晶粒度对探伤有影响。
二、超超临界发电机组受热面的特点
锅炉受热面部件主要包括水冷壁、高温过热器、高溫再热器、；联箱、管道。
超超临界锅炉采用膜式水冷壁，例如在31Mpa/630℃的蒸汽参数下，水冷壁热负荷最高区域的管子壁温可达520℃，瞬间最高温可达540℃，这就需要合金含量更高，热强性更好的钢材，在管壁厚度上也会相应增加。
过热器、再热器在高参数锅炉中所处的环境最恶劣。管子外壁应有良好的抗烟气腐蚀、飞灰冲蚀性能、内壁有良好的抗蒸汽氧化性能，并具有良好的冷加工工艺性能和焊接性能。再燃煤含硫量低、烟气腐蚀性较小的条件下，在壁温≤650℃时，选用T91钢；当壁温≤670℃时，选用T92、T122、E911钢;当壁温≤700℃时，选用NF12、SAVE12钢;采用含硫量高腐蚀性大的燃煤时在壁温≥625℃时高温过热器、再热器应选择TP304H、TP321H、TP316H、TP347H奥氏体热强钢。
联箱与管道布置在炉外，没有烟气加热及腐蚀问题，管壁温度与蒸汽温度相近，对钢材的要求：应具有足够高的持久强度、蠕变强度、抗疲劳和抗蒸汽氧化性能，还要具有良好的加工工艺和焊接性能。当壁温≤600℃时选用P91钢、当壁温≤620℃时,选用P92、P122和E911钢;当壁温≤650℃时,选用NF12和SAVE12钢。
三、超超临界受热面超声波检验与射线检验方法论述
超超临界锅炉受热面管径较小一般为32～89mm,管壁厚度4～14mm，它们的对接接头焊缝检验通常采用射线照相法，但由于射线探伤的局限性，它对焊缝中的裂纹、未熔合等危险性缺陷易漏检，用射线难以发现，另外射线探伤投资大，检验周期长，工效低，对人体有危害，并且，检验条件也制约射线探伤的质量要求和影响工程施工进度，从而使小径管焊缝质量得不到有效控制。而超声波检验的特点恰恰满足上述要求能够发现裂纹、未熔合等危险性缺陷，并且能够快速的反馈检验结果，能够及时的控制焊缝质量，虽然无法记录缺陷的直观图像及检测结果无直接见证记录，但结合良好的焊接管理和金属监督工作，会使焊接质量工作大大提高。
1、小径管超声波探伤概述
1.1小径管焊接工艺控制
由于小径管超声波探伤受各种主、客观因素的影响较大，为尽量减少探伤中的误判，使探伤工艺得到普遍使用、且增加适用性，小径管焊接工艺管理在探伤中占有较重要的位置。探伤工需注意以下三项。
1.1.1了解小径管焊接工艺过程
在电力系统中，小径管焊接目前基本采用全氩焊接或氩弧打底手工盖面焊接方法。除可能存在焊接基本类型缺陷外，还可能存在氩弧接头缺陷，如弧坑、接头不良等。有一些缺陷在焊接工艺评价中应给予重视，如未熔合、夹杂、氩弧接头缺陷、外观缺陷(焊瘤、余高过大、焊宽等)。应严格控制这些缺陷，尽量减少焊接缺陷类型，为探伤提供便利条件。
1.1.2焊样的控制及挑选
焊接前焊工焊接试样练习是焊接与金属监督的管理工作之一。焊工必须持证上岗，而焊样代表着焊工当时的技术状态及水平，一般让焊工连续焊接3个试样，从中抽取2个接近焊样作为其代表试样，从而准确反映出每个焊工的焊接水平及状态，了解其可能在焊接过程中出现的焊接缺陷类型，为探伤工探前练习挑选试样提供帮助，以便快捷准确地探伤。
1.1.3焊接过程中的检查
焊接过程中的焊工自查、焊工间互查及焊接打底结束前探伤工对根部缺陷的检查、标记收弧点等工作是至关重要的，其对探伤工控制根部缺陷，了解接头情况，探伤中准确判定接头缺陷有重要意义。
1.2技术问题探讨
1.2.1探头选用上存在的问题
DL/T820-2002规定小径管超声波探伤选用单晶横波探头工作频率为5MHz，从表1可看出，选用表1列探头，探伤公称壁厚为4mm，考虑制造厂允许-0.4mm的壁厚偏差，实际探伤将遇到很大困难，选择探头余地较小。如适当放宽探头频率，如将5MHz放宽到4MHz，那么其对θ0影响较小（θ0变化相对较小，薄壁角度扩散也相对较小），而对NⅡ影响相对较大，使探伤成为可能。
1.2.2专用对比试块的合理性
小径管超声波探伤据DL/T820-2002标准主要采用直射波及一次反射波，根据表1及计算看出，缺陷在小于3N的区域内，可用试块比较法或距离—波幅曲线法定量分析，距离—波幅曲线现场使用需经常校验。现场携带对比试块，也十分必要。采用上述试块1、试块2，其合理性在于试块材料及规格取自原管件或原管件焊件对剖，表面状况与探伤管件相同，“U”槽相当于SD-Ⅲ沟槽，，对比相差在-1dB到2dB间，而内外管表面φ1/2T球孔可进行灵敏度校验、缺陷半定位半定量用，且便于制造，重量轻便于携带。
1.2.3利用直射波回波波形确定管内缺陷
在小径管实际超声波探伤中发现直射波回波显示很有特点，只要K值选择恰当，其根部缺陷和中间缺陷可同时通过波形反映出来。因为小径管壁薄，焊接层为2到3层，而缺陷接近中、下部，故可同时反映出直射波实际走势，。这样一来区分上、中、下部缺陷变得容易起来，为缺陷定位提供了帮助。
1.4DL/T820-2002标准执行后，使小径管超声波探伤有据可循，并且JB3730-2005也修订完成，也新增加了壁厚大于或等于4mm,外径为32mm~159mm或壁厚为4mm~6mm,外径大于或等于159mm的钢制承压设备管子、压力管道环向对接接头超声波检测内容，对焊缝质量能够及时控制，对保证受热面焊口质量起到十分重大的意义。
2、小径管射线探伤
小径管射线探伤传统采用x射线进行检验，随着探伤技术的不断发展，也增添了新的γ射线源Se75、Tm170,使射线检验的操作性更灵活了，使无损检验人员的工作减轻了。但是射线检测成本高，速度慢，工作人员劳动量大这都是不可避免的，并且射线检测对于厚壁小径管的缺陷检出率较低这都制约着射线对小径管检验的发展，因管壁较厚，使用x射线检验时，易产生边蚀效应，即使采用了铅屏蔽，效果也不理想，且效率极低。而超声波检测虽然工作前准备工作比较多，但是，在实际检验中能够快速的反馈结果保证焊缝质量的控制。综上所述，在超超临界火力发电机组受热面焊口检验中超声波检验优于射线检验。■
[关键词] 超超临界 体积型缺陷 面积型缺陷 近场区 灵敏度 半扩散角
一、射线检验与超声波检验的特点
1、射线照相法的特点
可以获得缺陷的直观图像，定性准确，对长度、宽度尺寸的定量也比较准确。检测结果有直接记录，可以长期保存。对体积型缺陷（气孔、夹渣类）检出率很高，对面积型缺陷（如裂纹、未熔合类），如果照相角度不适当，容易漏检。适宜检验厚度较薄的工件而不适宜较厚的工件，因为检验厚工件需要高能量的射线探伤设备，一般厚度大于100mm的工件照相是比较困难的。适宜检验对接焊缝，不适宜检验角焊缝以及板材、棒材、锻件等。
对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸（高度）的确定比较困难。检测成本高、速度慢。射线对人体有伤害。
2、超声波检测的特点
面积型缺陷的检出率较高，而体积型缺陷的检出率较低。
适宜检验厚度较大的工件，但随着超声波检测设备及技术的发展，对于较薄工件的检测也逐步适宜。
无法得到缺陷直观图像、定性困难，定量精度不高，但随着基于PC的全数字超声检测系统的发展（如TOFD技术）探伤结果立即可以得到，并且以文件形式保存。
对缺陷在工件厚度方向上定位较准确。
材质、晶粒度对探伤有影响。
二、超超临界发电机组受热面的特点
锅炉受热面部件主要包括水冷壁、高温过热器、高溫再热器、；联箱、管道。
超超临界锅炉采用膜式水冷壁，例如在31Mpa/630℃的蒸汽参数下，水冷壁热负荷最高区域的管子壁温可达520℃，瞬间最高温可达540℃，这就需要合金含量更高，热强性更好的钢材，在管壁厚度上也会相应增加。
过热器、再热器在高参数锅炉中所处的环境最恶劣。管子外壁应有良好的抗烟气腐蚀、飞灰冲蚀性能、内壁有良好的抗蒸汽氧化性能，并具有良好的冷加工工艺性能和焊接性能。再燃煤含硫量低、烟气腐蚀性较小的条件下，在壁温≤650℃时，选用T91钢；当壁温≤670℃时，选用T92、T122、E911钢;当壁温≤700℃时，选用NF12、SAVE12钢;采用含硫量高腐蚀性大的燃煤时在壁温≥625℃时高温过热器、再热器应选择TP304H、TP321H、TP316H、TP347H奥氏体热强钢。
联箱与管道布置在炉外，没有烟气加热及腐蚀问题，管壁温度与蒸汽温度相近，对钢材的要求：应具有足够高的持久强度、蠕变强度、抗疲劳和抗蒸汽氧化性能，还要具有良好的加工工艺和焊接性能。当壁温≤600℃时选用P91钢、当壁温≤620℃时,选用P92、P122和E911钢;当壁温≤650℃时,选用NF12和SAVE12钢。
三、超超临界受热面超声波检验与射线检验方法论述
超超临界锅炉受热面管径较小一般为32～89mm,管壁厚度4～14mm，它们的对接接头焊缝检验通常采用射线照相法，但由于射线探伤的局限性，它对焊缝中的裂纹、未熔合等危险性缺陷易漏检，用射线难以发现，另外射线探伤投资大，检验周期长，工效低，对人体有危害，并且，检验条件也制约射线探伤的质量要求和影响工程施工进度，从而使小径管焊缝质量得不到有效控制。而超声波检验的特点恰恰满足上述要求能够发现裂纹、未熔合等危险性缺陷，并且能够快速的反馈检验结果，能够及时的控制焊缝质量，虽然无法记录缺陷的直观图像及检测结果无直接见证记录，但结合良好的焊接管理和金属监督工作，会使焊接质量工作大大提高。
1、小径管超声波探伤概述
1.1小径管焊接工艺控制
由于小径管超声波探伤受各种主、客观因素的影响较大，为尽量减少探伤中的误判，使探伤工艺得到普遍使用、且增加适用性，小径管焊接工艺管理在探伤中占有较重要的位置。探伤工需注意以下三项。
1.1.1了解小径管焊接工艺过程
在电力系统中，小径管焊接目前基本采用全氩焊接或氩弧打底手工盖面焊接方法。除可能存在焊接基本类型缺陷外，还可能存在氩弧接头缺陷，如弧坑、接头不良等。有一些缺陷在焊接工艺评价中应给予重视，如未熔合、夹杂、氩弧接头缺陷、外观缺陷(焊瘤、余高过大、焊宽等)。应严格控制这些缺陷，尽量减少焊接缺陷类型，为探伤提供便利条件。
1.1.2焊样的控制及挑选
焊接前焊工焊接试样练习是焊接与金属监督的管理工作之一。焊工必须持证上岗，而焊样代表着焊工当时的技术状态及水平，一般让焊工连续焊接3个试样，从中抽取2个接近焊样作为其代表试样，从而准确反映出每个焊工的焊接水平及状态，了解其可能在焊接过程中出现的焊接缺陷类型，为探伤工探前练习挑选试样提供帮助，以便快捷准确地探伤。
1.1.3焊接过程中的检查
焊接过程中的焊工自查、焊工间互查及焊接打底结束前探伤工对根部缺陷的检查、标记收弧点等工作是至关重要的，其对探伤工控制根部缺陷，了解接头情况，探伤中准确判定接头缺陷有重要意义。
1.2技术问题探讨
1.2.1探头选用上存在的问题
DL/T820-2002规定小径管超声波探伤选用单晶横波探头工作频率为5MHz，从表1可看出，选用表1列探头，探伤公称壁厚为4mm，考虑制造厂允许-0.4mm的壁厚偏差，实际探伤将遇到很大困难，选择探头余地较小。如适当放宽探头频率，如将5MHz放宽到4MHz，那么其对θ0影响较小（θ0变化相对较小，薄壁角度扩散也相对较小），而对NⅡ影响相对较大，使探伤成为可能。
1.2.2专用对比试块的合理性
小径管超声波探伤据DL/T820-2002标准主要采用直射波及一次反射波，根据表1及计算看出，缺陷在小于3N的区域内，可用试块比较法或距离—波幅曲线法定量分析，距离—波幅曲线现场使用需经常校验。现场携带对比试块，也十分必要。采用上述试块1、试块2，其合理性在于试块材料及规格取自原管件或原管件焊件对剖，表面状况与探伤管件相同，“U”槽相当于SD-Ⅲ沟槽，，对比相差在-1dB到2dB间，而内外管表面φ1/2T球孔可进行灵敏度校验、缺陷半定位半定量用，且便于制造，重量轻便于携带。
1.2.3利用直射波回波波形确定管内缺陷
在小径管实际超声波探伤中发现直射波回波显示很有特点，只要K值选择恰当，其根部缺陷和中间缺陷可同时通过波形反映出来。因为小径管壁薄，焊接层为2到3层，而缺陷接近中、下部，故可同时反映出直射波实际走势，。这样一来区分上、中、下部缺陷变得容易起来，为缺陷定位提供了帮助。
1.4DL/T820-2002标准执行后，使小径管超声波探伤有据可循，并且JB3730-2005也修订完成，也新增加了壁厚大于或等于4mm,外径为32mm~159mm或壁厚为4mm~6mm,外径大于或等于159mm的钢制承压设备管子、压力管道环向对接接头超声波检测内容，对焊缝质量能够及时控制，对保证受热面焊口质量起到十分重大的意义。
2、小径管射线探伤
小径管射线探伤传统采用x射线进行检验，随着探伤技术的不断发展，也增添了新的γ射线源Se75、Tm170,使射线检验的操作性更灵活了，使无损检验人员的工作减轻了。但是射线检测成本高，速度慢，工作人员劳动量大这都是不可避免的，并且射线检测对于厚壁小径管的缺陷检出率较低这都制约着射线对小径管检验的发展，因管壁较厚，使用x射线检验时，易产生边蚀效应，即使采用了铅屏蔽，效果也不理想，且效率极低。而超声波检测虽然工作前准备工作比较多，但是，在实际检验中能够快速的反馈结果保证焊缝质量的控制。综上所述，在超超临界火力发电机组受热面焊口检验中超声波检验优于射线检验。■