P91、P92高壓管道T型角焊縫的超聲波檢測

董明強

摘 要：對于火電機組高壓配管的安裝，其卡塊承受荷載極大而且焊接時P91、P92等高合金T型角焊縫極易產生裂紋等危害性缺陷。本文針對管道角焊縫的超聲波檢測提出了合適的方法。利用斜探頭及直探頭相結合，在不同位置進行檢測，提高缺陷的檢出率。

關鍵詞：角焊縫；超聲波檢測；卡塊

目前P91、P92的材料主要用于主蒸汽管道及再熱熱段管道上，這些部件的安全性要求極高。但這種材料的性能還不能完全肯定，對于這兩種材料的焊接也難以控制。對角焊縫的焊接要時刻注意。

1 缺陷類型

P91、P92材料的卡塊角焊縫較其他材料易產生裂紋、層狀撕裂及夾渣等缺陷。并且由于坡口形式及尺寸的影響，焊條難以完全放到卡塊與母材的接觸面，經常出現接觸面的材料沒有融化融合，雙面成型后在中間形成一條未融合線，即卡塊坡口鈍邊未焊透；P91、P92材料的管座易產生氣孔、夾渣、焊口裂紋及邊緣未融合等。

2 檢測方法

2.1 對于卡塊的檢測

可歸納為三結合法：即使用橫波檢測與縱波檢測相結合，使用直探頭在卡塊上表面與母管下表面相結合進行掃查，使用斜探頭在卡塊兩側及母管上下表面相結合進行掃查。

2.2 當能進入管內檢測時，就直接用直探頭從內壁進行檢測，如不可行，可在管外其他位置檢測。而熱段與主蒸汽管道的卡塊的厚度大多大于20mm高度大多小于150mm，因此可以利用頻率5MHZ直徑14mm的直探頭在卡塊上表面進行鈍邊未焊透的檢測。例如：已知P92中縱波聲速約為6010m/s，可得

半擴散角θ0=70入/Ds=70×6010×103/（5×106×14）=6.01，

近場區長度N= Ds2f/4CL=14×14×5×106/4×6010×103=40.77；

未擴散區長度b=1.64N = 1.64×40.77=66.86mm。

主聲束擴散至側壁時聲束達到的掃描深度計算公式如下： h=b+0.5t/tanθ0=66.86+94.98=161.84mm>150mm（卡塊高度）。

卡塊的高度小于此深度，而且在聲波主聲束到達根部未焊透區域時未擴散至側壁，避免了側壁反射的干擾，同時根據儀器的回波距離顯示可以排除根部端角反射的影響。

2.3 另外利用2.5P13×13K2.5單晶斜探頭在卡塊兩側及母管上表面進行掃查，在卡塊兩側的掃查可以用于檢測焊縫內部夾渣裂紋等缺陷，在卡塊兩側的檢測主要是探測是否存在角焊縫熱影響區邊緣產生的層間撕裂。

當k=2.5，卡塊厚度t=20mm，探頭前沿L=10mm時，要使探頭主聲束掃查到鈍邊未融處焊縫上下寬度應小于L1=0.5kt-L=0.5×2.5×20-10=15mm.而焊縫上下寬度一般情況不會小于15mm，所以斜探頭檢測時一般使用二次波，以保證各種缺陷的檢出率。

角焊縫檢測時，外表面的打磨平整度比較高，因此打磨時應考慮不同位置所需的檢測面寬度。

3 缺陷判定

P91、P92材料中各種缺陷的顯示特點不一，每一個缺陷的回波都各具特點，但根據其動態回波的特點可以大致總結如下。

3.1 裂紋

用超聲波進行檢測時，裂紋的回波高度是最高的，其波形高而且較窄根部較干凈。

3.2 夾渣

點狀夾渣多出現在長度方向的焊跟兩側有很多存在于焊縫近表面，波束無法達到。在內表面的夾渣波形較雜亂，多存在兩個峰頂或更多，波寬較寬。

3.3 氣孔

氣孔的靜態回波是單個尖銳并且相對較平滑的回波。轉動探頭時會忽隱忽現，根部較干凈。角焊縫中很容易形成群狀氣孔，由于聲束被分散至不同角度，缺陷波回波高度一般較低且有很多波峰。

3.4 鈍邊未焊透

由于鈍邊未焊透位于橫截面中心線上，在上表面橫波檢測時，探頭位于中心線部位時母管內表面的底波高度與未焊透的回波高度高低相差無幾，大部分情況下底波高于缺陷波。當探頭在卡塊寬度方向上進行左右移動時，缺陷波逐漸消失，底波逐漸升高。

4 檢測參數的確定

在CSK-IA或其它標準試塊上校驗儀器組合性能。距離—波幅曲線在對比試塊上做。先用探頭掃查試塊另一面的槽，用一次波找到該槽的最大反射波幅，并增益到80%記錄下來。再用探頭掃查試塊上探頭所在面的槽，用二次波找到該槽的最大反射波幅并記錄下來。將這兩點連接起來，此線為距離—波幅曲線，即基準靈敏度。

實際探傷時，探傷靈敏度為距離-波幅曲線提高6dB。

5 結語

利用直探頭在卡塊的上表面進行角焊縫的檢測，有效的彌補了由于結構和尺寸原因而不能在母管下表面用直探頭進行掃查的不足，同時也是對斜探頭進行鈍邊未焊透及焊縫中心處其它缺陷掃查的補充。

直探頭掃查的同時，斜探頭也是必不可少的，這兩種探頭的掃查結合能有效的避免缺陷的漏檢。提高探傷的效率與質量。

對P91、P92材料而言，其角焊縫的結構千差萬別，缺陷種類與出現頻率也較高，檢測時應根據實際情況找出合理有效的檢測方法與檢測位置。這樣才能起到事半功倍的效果。

參考文獻：

[1]中國機械工程學會無損檢測學會.超聲波探傷[M].機械工業出版社，1989.

[2]全國壓力容器標準技術委員會.壓力容器無損檢測JB/T4730-2005[M].機械工業出版社，2005.