大电流导电铜管对接接头超声波探伤实践

　　某化工集团6万吨/年黄磷装置电炉采用DN80×16mm铜管作为电流导体。使用时铜管内通以冷却水,铜管管壁流过32000A的大电流。铜管对接焊缝采用手工钨极氩弧焊,60°V形坡口。为了防止铜管在大电流通过时被烧损、熔断,要求焊接接头无危害性缺陷和导致焊接接头有效截面积减小的缺陷。

　　1　常见焊接缺陷

　　(1)坡口未熔合

　　铜的有关物理性能如表1,铜及大多数铜合金导热系数比普通碳钢大7～11倍,焊接时大量的热从基材散失,焊接区难以达到熔化温度,故易产生坡口未熔合缺陷。

　　(2)热裂纹铜能与其中的杂质以及焊接过程中产生的氧化亚铜生成多种低熔共晶,加之铜的线膨胀系数和收缩率大,焊接应力大,使焊缝和热影响区容易产生热裂纹。

　　(3)气孔

　　由于铜焊缝结晶时,氢气的过饱和程度比钢中大好几倍,另外铜导热系数大、冷却快、气体不易逸出、上浮条件恶劣,故容易形成气孔。

　　(4)根部未焊透

　　坡口不规则以及导热系数大易使铜管焊缝形成根部未焊透。

　　2　超声波探伤

　　2.1　探头选择

　　铜材晶粒粗大,不能用一般横波斜探头进行超声波探伤,只能用折射纵波进行探伤,其有机玻璃楔块中的入射角α应小于第一临界角αI,即:

　　选择探头还应考虑以下因素:

　　2.1.1　有利于主要危险性缺陷的发现

　　(1)入射的超声波主声束与焊缝坡口的夹角越小,越有利于坡口未熔合缺陷的发现;

　　(2)端角反射率高有利于根部未焊透的发现;

　　(3)纵波折射角大,有利于裂纹的发现。

　　2.1.2　有利于纵波与横波的区分

　　(1)纵波穿透率大,横波穿透率小,有利于纵波和横波的区分;

　　(2)纵波声压往复透过率与横波声压往复透过率相差越大,越有利于纵波和横波的区分,从有关资料可知横波折射角较小时,纵波声压往复透过率与横波声压往复透过率相差较大,但横波折射角越小对应的纵波往复透过率也越小。二者兼顾考虑,选择横波折射角略大于20°较好;

　　(3)纵波声速大,在荧光屏上的位置超前于横波。设纵波传播1个跨距的时间为tL,横波传播1个跨距的时间为ts,ts/tL越大,荧光屏上纵波与横波的距离越宽,越有利于纵波与横波的区分。即在1跨距范围内(检测主要范围)纵波与横波在荧光屏水平线上的可区分性与探头K值有关。由表2纵波K值探头范围看,随着探头K值的增加,ts/tL减小,即纵波横波可区分性减小。

　　2.1.3　有利于提高信噪比,相对一定铜管焊缝的晶粒度,超声波波长增加,信噪比增大。选择纵波探伤,声速大,超声波波长长,可提高信噪比。