小徑管超聲波探傷工藝的制定

陸炯 于世堂

1小徑管超聲波探傷工藝的特點

1.1解決管壁焊接難的問題

超聲波探傷是利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進入另一截面時。在界面邊緣發生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法，當超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內部，遇到缺陷與零件底面時就分別發生反射波來，在螢光屏上形成脈沖波形，根據這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小。小徑管超聲波探傷工藝由于管壁薄，焊縫較寬，因此在超聲波探傷的過程中往往會為了避免焊縫過寬，而實施不同方向的探傷焊接，進而使焊口數量也急劇增加，探傷工作越來越繁重，超聲波探傷工藝能夠轉變傳統X光射線探傷法，由于射線探傷本身的特點，易使裂紋，來熔合等危害性缺陷漏檢，而且一些焊口本身所處位置難以焊接也難以探傷，所以使得一部分小徑管焊縫質量得不到有效保證。而超聲波探傷工藝則能夠實現對壘部工藝的合理處理，保證焊接和探傷的準確性。

1.2解決聲能損傷嚴重的問題

超聲波在介質中傳播時，在不同質界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超聲波波長時，則超聲波在缺陷上反射回來，探傷儀可將反射波顯示出來，如缺陷的尺寸甚至小于波長時，聲波將繞過射線而不能反射；波聲的方向性好，頻率越高，方向性越好，以很窄的波束向介質中輻射，易于確定缺陷的位置。小徑管超聲波探傷往往會出現過多的聲能損傷問題，對于鍋爐受熱面小口徑管道的無損探傷，都不同程度地采用了小徑管超聲波探傷工藝，鍋爐受熱面小徑管超聲波探傷比例都不低于25％。對于小口徑管道的超聲波探傷，目前國內外尚無成熟的經驗；由于小口徑管道的壁薄、曲率大，給超聲波探傷帶來了很大困難。在這種情況下。可以利用超聲探傷的優勢作用，采用壓電晶片的超聲控制作用，而對于超聲波探頭中的壓電晶片具有壓電效應，當高頻電脈沖激勵壓電晶片時，發生逆壓電效應，將電能轉換為聲能(機械能)，探頭發射超聲波。當探頭接收超聲波時，發生正壓電效應，將聲能轉換為電能，超聲波探頭在工作時實現了電能和聲能的相互轉換，因此有較好的探索效果。

2小徑管超聲波探傷工藝的制定

2.1探頭的測定工藝

(1)觀察區的確定。

對小徑管進行超聲波探傷時，必須要重視對觀察醫的確定，所謂觀察區是指缺陷信號經常出現的區域。由于小管焊縫壁厚較薄，又常用水平或者聲程定位，所以在探傷時，首先要分清一次波，二次波及三次波出現的區域，用標記點標注在儀器熒光屏上。為了減少鑒別反射信號的工作量，把熒光屏上經常出現的幾何反射信號的區域稱之為非觀察區。觀察區就是探傷工藝要重點進行探查和判斷的區域，在觀察區域內必須要重視對缺陷根部的判斷，避免對嚴重的裂縫情況出現探傷失誤情況，在管子壁厚小于8mm時，常常利用三次波來判斷根部缺陷。例如：在鍋爐壓力容器制造及壓力管道的安裝生產中，經常遇到管子對接環焊縫的無損檢測問題。小直徑薄壁管對接環焊縫的超聲波探傷就有其特殊性，在實際探傷過程中要依據所探傷管子的直徑、壁厚、焊縫的焊接方法及檢測標準正確地選擇儀器、探頭、試塊，并能在實際探傷中對缺陷作出正確地判斷。探頭方式采用一次反射，在小徑管內進行探傷查看，超聲波束應該根據管子直徑數據進行掃查范圍的控制，一般小徑管的掃查范圍在2kt+30mm，而如何管壁較厚超過了8mm。則需要在遠離探頭的一側進行結構信號反射研究。對于超長直徑、壁厚范圍的遠離探頭的一側，這類情況應該另一側進行仔細的探測處理。總之，探頭測定的過程中必須要重視對觀察區的測定避免出現嚴重的缺陷失誤性判斷。

(2)探頭固定。

探頭的固定對小徑管超聲波探傷工藝的實施有著重要的作用。能夠避免出現因為顫動而產生的探傷誤差。探頭固定的方式有很多種，較為簡單的是對于小徑薄壁鈦管材的超聲波探傷，一般采用探頭固定、管材高速旋轉前進的檢測方式，當長度較長的管材穿過尺寸不合理的導向套時，會產生較大顫動，造成探傷靈敏度波動，影響到探傷穩定性。針對這一問題，推導出導向套與管材之間最大間隙的計算公式，并采用加工導向套來限制小徑薄壁鈦管材的顫動幅度，可有效提高其超聲波探傷穩定性。而對于專業的探頭固定方式則采用新型的金屬鋁座底面中間開有用于放置超聲波探頭的凹槽，金屬鋁座對稱開有兩個螺桿孔，金屬鋁座頂面對稱開有彈簧槽，螺桿孔的端面在彈簧槽的底面內。螺桿穿過螺桿孔設置，螺桿與金屬鋁座螺紋連接，螺桿的頂部固定設置有旋轉手柄，螺桿的底部活動設置有磁鐵，彈簧套置在螺桿外，并且設置在旋轉手柄底面與彈簧槽底面之間。總之，小徑管超聲波探傷工藝實施過程中要重視探頭固定方式，保證其固定方法對焊縫根部出現的未焊透、裂紋、未熔臺等缺陷的檢驗結果與實際基本一致。實際表明，會理的探頭固定方法操作簡單、容易掌握，對小徑管對接接頭根部缺陷檢驗，并為現場施工交叉作業提供了有利的條件，提高了工作效率。

2.2接觸式探傷工藝

為了保證鍋爐受熱面小徑管子對接焊，縫的無損檢測過去一直采用射線探傷，但射線探傷存在以下幾個問題：焊縫中裂紋、未熔合等面積型缺陷檢出率低，容易漏檢、工序多、工效低、勞動量大，難以保證工程進度。且射線對人體有害，與其它工種不能交叉作業、成本大、材料消耗高。所以對小徑管采用超聲波接觸式探傷工藝能夠保證工藝更有效，而且實現了交叉作業方式，保護了材料，實現了對小徑管的保護。其裝置可以包括安裝在底座上的固定架，在所述固定架上安裝有上擺桿和下擺桿，跟隨架與上述上擺桿和下擺桿連接，組成四連桿機構，接觸式鋼軌超聲波探傷裝置，能夠使超聲波探頭始終處于相同的表面來檢測內部缺陷，消除了因探頭相對于部位的變化而引起的超聲波信號波動，提高了超聲波探傷檢測的準確度。

綜上所述，小徑管超聲波探傷工藝的制定需要注意很多問題，探頭的測定工藝要以觀察區的測定為主，并重視對探頭的固定，鼓勵接觸式探傷工藝在實際工作中的實行，保證超聲波探傷裝置的質量優勢和工藝優勢。