小径管超声波探伤

小径管超声波探伤
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3项。

1.1 了解小径管焊接工艺过程

    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**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。

1.2  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。

1.3  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。

2  探伤工探前准备

2.1  探头的选择

现在市场提供的小径管探头规格有5 MHz 4×6、5×6、6×6、6×8 K1.5、2.0、2.5、3.0系列，4 MHz 4×6 K系列，2.5 MHz 6×8K系列探头。据DL/T5048-95标准，探伤中需考虑管径、壁厚、缺陷定位、缺陷类型、焊宽等来选择频率尽量接近5 MHz、适当的K值(β=70°为佳)、前沿短(5 mm左右)的探头。这是因为从式(1)、(2)中可看出频率越高，N_Ⅱ就长，而θ₀却越小。表1列出了晶片面积为5×6，K=2.5， L₁=1时频率f与N_Ⅱ的关系。

N_Ⅱ＝(F×f)÷(3.14×c_Ⅱ)×cosβ÷cosα-L₂    (1)

θ₀＝57×c_Ⅱ÷f÷a(或b)        (2)

式中N_Ⅱ——在介质Ⅱ中的近场区长度，mm

     F——实际波源面积，mm²

     f——探头频率，MHz

     c_Ⅱ——介质Ⅱ中的声速，km/s

     α——纵波入射角

     β——横波折射角

     L₂——入射点至假想横波波源的距离，mm

θ₀——矩形声源半扩散角

在实际探伤中小径管探头K值在直射波、一次反射波中变化较大。从日本有关研究资料了解到，β＝70°时对未焊透、裂纹、夹渣、气孔综合检测效果较佳，β＝67.5°时对1 mm以下未熔合、0.2 mm以下纵向裂纹检测效果较差，而实际探伤中直射波、一次反射波的K值变化恰为合理选择探头K值提供了帮助。

2.2  专用对比试块的研制

      除备用好DL/T 5048-95规定的小径管专用试块及补偿试块外，考虑到缺陷可能在N～3N范围内，还研制了以下专用对比试块。其上孔、槽须与标准专用试块的孔、槽做比较，做好dB相差值记录，探伤中选择其一携带备用。

2.3  仪器调试

      为便于探伤中判定缺陷，**定位，最好使用深度调节，使显示屏能看到二次反射波，并做好距离—                                         波幅曲线。

2.4  灵敏度确定

      参照小径管曲率、表面状况、耦合剂选用等因素来调整做好的距离—波幅曲线，然后在符合DL/T5048-95标准扫查灵敏度的基础上，对自制的专用对比试块1、2(见图1)做测试，找到实际探伤中适合的扫查灵敏度。

2.5  探前练习

在模仿实际工作环境情况下，选择合理探伤扫查、评判扫查方式(矩形移动、直射波环绕移动一次、反射波矩形移动、前移动定位定量、后移动定位定量对探伤能否快捷、定位定量是否准确都有一定影响)。针对上岗实际焊工焊样中有代表性的缺陷试样进行探前练习，为准确评判打下基础。在专用试块1、2上进行多次练习调试，做好个人比较数据记录；磨合探头使之曲率稳定；根据K值变化，确定掌握K平均值，练习缺陷定位计算，面对现场的大工作量，使探伤快捷、准确， 为现场小径管超声波探伤做好准备。

3  技术问题探讨

3.1 探头选用上存在的问题

DL/T5048-95规定小径管超声波探伤选用单晶横波探头工作频率为5 MHz，从表1可看出，选用表1列探头，探伤公称壁厚为4 mm，考虑制造厂允许-0.4 mm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5 MHz放宽到4 MHz，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N_Ⅱ影响相对较大，使探伤成为可能。

3.2  专用对比试块的合理性

      小径管超声波探伤据DL/T5048-95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，见图2示，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。

3.3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，见图3、图4所示。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，见图5。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。                                       

3.4  壁厚超标,18-8钢、18-8/12Cr1MoV焊口超声波探伤的可行性

在实际探伤中，通常会遇到公称壁厚为4 mm，而负偏差使管壁厚在3.7 mm左右的管材。现在中大型机组过热器较多采用不锈钢管材。DL/T 5048-95标准已执行近4 a，小径管探伤技术、设备日趋成熟，焊接技术、探伤经验也日趋丰富，小径管焊口超声波探伤的可行性值得探讨。

从试验来看，选用适当的频率、较大的晶片中心点到入射点距离、小晶片尺寸的探头、适当仪器、试块，加上实际探伤中对波形的研究，是可以解决上、中、下缺陷定位的（因在中厚壁管探伤中定位要**到1 mm以下是不切实际的）。而在薄壁管的实际探伤中过份要求**定位也是毫无意义的。故只要解决定量问题，小径管超声波探伤完全可以检测壁厚为3.0 mm的薄壁管。

漳泽电力股份有限公司锅炉的部分小径管采用不锈钢材料，其中以18-8钢为多，规格为φ42 mm×5 mm、φ36 mm×6 mm，采用全氩弧焊接，焊宽在8 mm左右，管壁表面状态要比同规格的合金钢管好，做成专用对比试块对其回波幅值进行测定，利用同种钢管材制成专用试块2型，把异种钢焊口磨平制成槽、孔，在焊缝中心进行比较，得到数据如表2所示。

从表2可看出18-8钢是具备小径管超声波探伤条件的。对18-8钢、 18-8/12Cr1MoV 焊口小径管超声波探伤进行实验，结果令人满意。

 结论

     通过实际测试可以肯定对3～4 mm壁厚，18-8钢、18-8/12Cr1MoV焊口的小径管超声波探伤是可行的。

    DL/T5048-95标准执行后，使小径管超声波探伤有据可循。对保证“四管”焊口质量、缩短检修工期、减少探伤工作量及焊口泄漏有十分重大的意义。