小径管对接焊缝超声波检验技术

公司现在制造的烟气深度冷却器中大量使用小径管，在小径管上面焊接翅片制作的换热元件在产品中已经大量使用，使用氩弧焊将翅片管与弯头逐根焊接起来。这就在产品中存在大量的对接焊缝，如果在设备的运行中焊缝中存在不允许的焊接缺陷将会严重影响设备的安全。所以，对对接焊缝的无损检测显得尤为重要。以往根据标准和经验我们对小径管的对接焊缝使用射线检验，并维持检测比例在5%至10%（《热水锅炉安全技术检查规程》和新版《锅炉安全技术检查规程》中未要求无损检测）。射线检验存在以下几点局限性：对裂纹、未融合等特定方向性的面积型缺陷检出率很低，或者不能检出，在检测大厚度比试件时采用高电压短时间虽然底片灵敏度满足标准要求但也会造成漏检；检验时的周期长、成本高；无法满足100%的全部检验。而超声波检验恰好对面积型缺陷敏感，对裂纹等面积型缺陷有很好的检出率；检测速度快周期短，成本低；可以实现100%的检验最大程度保证焊缝质量。但是小径管超声波检验对人员素质和设备要求高，为保证检验过程的规范化、标准化，综合了其他行业的标准制定了本规程。

小径管超声波检验和一般的超声检验相比存在以下几个难点，要逐一解决才能顺利的实施超声波检验。

1、探头接触面与管材的表面接触为线接触，声波无法完全进入管材内部，造成超声声场强度极度减弱。如果将探头接触面磨成圆弧，与管子外壁较好吻合，但晶片的边缘声束在折射到管子时，也会产生强烈的散射现象。晶片越大，散射就越严重。JB∕T4730-2005标准中未对晶片尺寸规定大小，若晶片尺寸减小是可以减轻声束边缘的折射现象，但是由半扩散角公式：θ0=arcsinλs2∕2a，可知当晶片尺寸减小，半扩散角增大声波的指向性变差，为未保证声波的指向性可提高探头频率来补偿晶片尺寸减小引起的扩散角增大的问题。

2、超声近场区定位、定量的问题。小径管的壁厚较薄，我厂使用的小径管壁厚已经达到标准的最下限。这样薄的壁厚会给缺陷的定位和定量带来困难，必须满足一次波可以扫查到焊缝的根部。现在市场上提供的小径管探头规格有5 MHz 5×5、5×6、6×6、6×8 K2.5、3.0系列探头。依据JB∕T4730-2005标准，探伤中需考虑管径、壁厚、缺陷定位、缺陷类型、焊宽等来选择探头，依据公式K≥4 (A+L)/3T式中：A-焊缝宽度的1/2，L-探头的前沿距离，T-试件的厚度，经过计算我们选择K3、频率5 MHz、晶片尺寸5×6mm,前沿5 mm的探头。当采用K3的横波探头时（K=tgβs）横波在第二介质的入射角为71.5°，由公式sinαL/CL1=sinβS/CS2可以计算出在探头有机玻璃中的纵波入射角度为53.3°，近场区长度N=FsCosβ/3.1415λS2Cosα计算得N=8mm , K=3.0探头的一次声程 S=4/cos71.5°=12.6 ㎜。超声波的一次声程远大于近场区长度。所以合理的选择K值可以在远场区扫查焊缝的根部。

3、由于管壁较薄声波在管壁内发生多次的反射、折射以及变形波，这样会在示波屏上观察到林状回波，回波幅度较高会给判伤带来很大困难，国内有研究表明：在使用抑制10%至15%时可以将大部分的杂波抑制掉，低于10%的抑制比不会达到抑制杂波的作用，超过15%的抑制比会降低仪器的动态范围，造成检测灵敏度下降。会有漏检、错判发生。

4、超声波的一次波在管子内壁反射时会有发散现象，反射后的二次波在扫查到一些气孔、夹渣等缺陷时由于缺陷表面发射率低，发射后的缺陷波在管子内壁发生二次发散，探头接受不到足够的反射信号，仪器无法分辨出缺陷信号。这样在二次波内发现的气孔、夹渣等缺陷漏检。

 

 

小径管超声检验工艺规程

1、范围

本工艺适用于材质为碳钢、低合金钢外径38mm ,壁厚为4mm 或者5mm 的管子、管道的对接焊缝A型脉冲反射式超声检验方法和质量分级，焊接方法仅适用于单面焊双面成型的全氩弧焊接头，不适用其他规格、焊接形式和材质的管子、管道的对接缝A型脉冲反射式超声检验检验方法和质量分级。

2、引用标准

热水锅炉安全技术监察规程

JB/T4730.3-2005承压设备无损检测

DL/T820-2002管道焊接接头超声波检验技术规程

GB/T12604.1  无损检测术语  超声检测

3、一般要求

3.1无损检测人员

从事无损检测的人员应按照《特种设备无损检测人员考核与监督管理规则》的要求取的相应的等级证书，并按照相应的等级从事相应的技术工作。

3.2仪器

我厂使用的超声波探伤仪为汉威620数字式探伤仪，其工作频率是 1-10MHZ 范围，分辨力要求在声程差 2 ㎜时，不低于 26dB ，仪器与探头的组合灵敏度在探测 20 ㎜深的 Φ1 横通孔波高二格高时，仪器灵敏度至少有 20 dB 以上的余量，仪器的始波宽度 5MHZ 时，不超过 2.5 ㎜。

3.3试块

3.3.1探头K值、前沿距离等用DL-1试块测定

3.3.2距离波幅曲线采用JB∕T4730-2005中规定的GS系列试块，试块的曲率半径与被检工件的曲率相同或相近，曲率半径之差不大于被检工件曲率半径的10%。

3.4探头

3.4.1探头主声束在垂直方向上不应有明显的双峰或多峰。

3.4.2探头使用单晶横波探头，K=3，频率5MHz,晶片尺寸5×6mm ,前沿长度5mm。探头斜锲应加工成与管壁完全吻合，加工好的探头应测定K值和前沿长度。并要求一次波能扫查到焊缝的根部（现在市场已有对应小径管管子规格专用探头）。

4、检测准备

4.1检测面

4.1.1探头移动区应清楚焊接飞溅、油污、铁肖等杂质。表面粗糙度应小于6.3μ。

4.1.2对于结构突变或者焊接时的不错口应尽量修磨平整，大于8mm的焊缝宽度如经确认已经影响到检测的实施要求将焊缝磨平。

4．2耦合剂

耦合剂一般根据实际情况选用透声性能好的工业浆糊或者水玻璃。

4.3扫查范围和扫查方式

探头移动范围2KT+30mm ,扫查时一般应单面双测，确因结构等原因无法实施双测时应使用两种K值的探头从一面检测，探头的扫查方式是锯齿、前后、左右，采用多种扫查方式相结合可以帮助缺陷定性。

4.4距离波幅曲线的绘制

时基线一般采用水平1:1调节，在与管子外径相对应的试块上通过实测绘制距离波幅曲线，距离波幅曲线由评定线、定量线、判废线组成。

 

 

 

 

 

 

距离波幅曲线应符合下表：

检测时依照JB/T4730.3附录F，按照实测结果对检测灵敏度进行补偿，并记入距离波幅曲线。

5、缺陷波的观察

小径管的对接焊缝一般须开V型破口，采用全氩弧焊或者氩弧焊打底手工焊盖面的焊接方法，焊接时会在焊接接头中形成焊接缺陷，这些缺陷可分为以下几种：根部裂纹、根部未融合、未焊透、坡口未融合，气孔、夹渣、焊瘤等缺陷。我们在屏幕的水平轴上对应位置标记一次波的反射点，以便观察和判定缺陷性质。

根部裂纹：一般缺陷波出现在焊缝的中心会和标记点重合或者偏离标记点但是不会太远，反射波幅较高峰顶有小锯齿波，缺陷自身高较高。根部裂纹是非常危险的缺陷严重危害设备的安全运行。

 

 

 

根部未融合：缺陷波一般出现在标记点之前或者和标记点重合，从焊缝的另一侧检查，缺陷波出现在标记点之后或者和标记点重合。由于反射面是焊接时的机加工面，所以反射良好波幅较高。类似于端角反射。

 

 

 

 

未焊透：缺陷波一般出现在标记点之前，且发射面平整，回波较高，从另一侧检测缺陷波还是出现在标记点之前，这是因为焊接时机加工的钝边未被熔化造成的，未焊透是一种危险的焊接缺陷会成为裂纹源。

 

 

 

 

 

坡口未融合：探伤时一次波很难发现，当探头向后拉会在二次波中扫查到，缺陷波出现在二次波的标记点和一次波标记点中间，由于反射面光滑回波一般较高。从另一侧检测时一般不能发现缺陷。

 

 

 

 

 

气孔、夹渣：由于一次波很难扫查到焊缝的上部，所以上层的气孔和夹渣很难被发现，探头后移使用二次波可以扫查到焊缝的上部，气孔的回波较夹渣尖锐，夹渣的回波上多峰。

对于以上缺陷可以采用标记点来确定缺陷的位置和深度加上综合分析来判定缺陷性质，对实际探伤是很有益处的。

6、缺陷的评定

对于气孔和夹渣可利用标准中质量分级中的有关规定进行。

 

对于不能确定的缺陷可以采用射线检测复核的方法，即可以防止误判，也可以提高检验人员的专业水平。

参考文献：略

 

 

                        探伤室 宋慧远

                                    2012年8月15日