安放式角接接頭焊縫超聲波檢測用試塊的選擇

趙曉華

(哈電集團(秦皇島)重型裝備有限公司，秦皇島 066206)

安放式角接接頭焊縫超聲波檢測用試塊的選擇

趙曉華

(哈電集團(秦皇島)重型裝備有限公司，秦皇島 066206)

針對安放式角接接頭焊縫的超聲波檢測要求，制作了兩種不同形式的參考試塊(不帶焊縫的校準試塊和帶焊縫的模擬試塊)，利用幾種探頭對其進行了靈敏度對比試驗，比較了這兩種試塊的靈敏度差異，為該類焊縫超聲波試塊的選擇及檢測工藝的制定提供參考。

安放式角接接頭；校準試塊；模擬試塊；靈敏度對比

壓力容器中接管與筒體(或封頭)的角接接頭，主要是以插入式和安放式結構為主。

筆者以某電站壓力容器項目的安放式角接接頭為試驗對象，研究此類焊縫超聲波檢測用試塊的選擇與應用方法。

圖1 某設備中接管焊縫示意(不同規格尺寸)

圖1為某設備中的接管焊縫示意。該設備的文件及圖紙要求，對內徑大于50 mm的管嘴與筒體或封頭全焊透焊縫進行超聲波檢測。由于該設備中的小管嘴焊縫數量多、規格多，因此，對于此類焊縫超聲波檢測用試塊的選擇與應用是無損檢測技術領域的重點和難點[1]。筆者制作了兩種不同形式的參考試塊(不帶焊縫的校準試塊和帶焊縫的模擬試塊)，利用幾種探頭對其進行了靈敏度對比試驗，比較了這兩種試塊的靈敏度差異，為該類焊縫超聲波試塊的選擇及檢測工藝的制定提供參考。

1 試塊的制作

對同一設備的接管焊縫進行超聲波檢測時，不同檢測單位可能采用不同形式的試塊進行檢測。而由于采用的試塊不同，常常會使檢測結果產生差異。

筆者通過制作不同類型的超聲波檢測用試塊，進行了靈敏度對比試驗。通過對比試驗，了解了不同形式的超聲試塊引起靈敏度的差異。

按照標準NB/T 47013.3-2015《承壓設備無損檢測 第3部分 超聲檢測》的要求，安放式角接接頭的斜探頭檢測以接管內外壁為主，直探頭檢測從筒體或封頭內壁進行掃查。

在此基礎上，筆者制作了兩種不同形式的對比試塊，進行筒體內壁直探頭和接管內外壁斜探頭的距離波幅(DAC)曲線靈敏度對比試驗。

(1) 校準試塊：斜探頭校準試塊采用與接管材料相同、曲率接近(曲率半徑的0.9～1.5倍)的鍛管制作而成(見圖2)；直探頭校準試塊采用與筒體或封頭材料相同的鍛件制作而成(見圖3)；

圖2 斜探頭校準試塊外觀(UT-1鍛管)

圖3 直探頭校準試塊外觀(UT-2鍛板)

(2) 模擬試塊：試塊采用與某一接管與筒體(或封頭)焊縫同材料、同曲率、同焊接工藝及熱處理的、帶焊縫的試塊(見圖4)。

圖4 直、斜探頭模擬試塊外觀(UT-3模擬試塊)

兩類(校準、模擬)試塊均設計有φ3 mm橫孔，且橫孔深度和長度相同或接近。

2 靈敏度對比試驗

2.1 直探頭靈敏度對比試驗

2.1.1 試驗用儀器、探頭、試塊

儀器：Olympus EPOCH1000;探頭：直探頭(N2.5P20L/BKB016、2.5Pφ20/141538、2.5Pφ14/141504);試塊：直探頭校準試塊UT-2與模擬試塊UT-3參數見表1。

2.1.2 試驗內容

采用三個不同編號的直探頭，在UT-2試塊上用深度90,110,150,210 mm橫孔調節靈敏度；并分別制作三條DAC曲線，記錄不同探頭對應的基準靈敏度。然后在UT-3試塊上分別測試深100,155,215 mm的橫孔，記錄基準靈敏度下模擬試塊上三個橫孔與DAC曲線的dB差。三個直探頭的測試結果見表2。

表1 直探頭校準試塊與模擬試塊參數

表2 直探頭測試結果

三個直探頭檢測UT-3試塊155 mm深孔的波幅顯示見圖5。圖5(a)～(c)分別為表2中探頭1～3的檢測結果。

2.2 斜探頭靈敏度對比試驗

2.2.1 試驗用儀器、探頭、試塊

儀器：Olympus EPOCH1000。探頭：① 2.25 MHz，13 mm×13 mm，45°，軸向掃查凹面曲率φ280 mm;② 2.25 MHz， 13 mm×13 mm，60°，軸向掃查凹面曲率φ280 mm;③ 2.25 MHz，13 mm×13 mm，45°，軸向掃查凸面曲率φ160 mm;④ 2.25 MHz，13 mm×13 mm，60°，軸向掃查凸面曲率φ160 mm。試塊：斜射波校準試塊UT-1與模擬試塊UT-3參數見表3。

圖5 三個直探頭檢測UT-3試塊155 mm深孔波幅顯示

試塊編號狀態材料外內徑尺寸/mm反射體/mm熱處理狀態反射體深度/mmUT-1鍛管SA-508-3-1339/187橫孔?3×38調質熱處理19/38/57UT-3焊接件(SMAW)SA-508-3-1280/160橫孔?3×60消應力熱處理15/30/45/60

2.2.2 斜探頭對比試驗的可行性論證

(1) 校準試塊UT-1的內、外徑分別為187,339 mm；模擬試塊UT-3的內、外徑分別為160,280 mm。均滿足標準NB/T47013.3-2015，試塊曲率可用于工件曲率范圍為基準試塊直徑0.9～1.5倍的檢驗要求。

(2) 校準試塊UT-1橫孔φ3 mm，孔長38 mm；模擬試塊UT-3橫孔φ3 mm，孔長60 mm，反射體的長度存在差別。但對于晶片尺寸(長×寬)為13 mm×13 mm的探頭來說，試塊UT-1和試塊UT-3的橫孔長度均大于探頭波束截面尺寸，因此該反射體長度對于測試用探頭來講是長橫孔，超聲波垂直入射是全反射，因此反射體長度的差異對檢測靈敏度幾乎沒有影響。

(3) 檢測探頭采用同焊接件曲率一致的探頭，其耦合效果比在校準試塊上耦合效果要好，在焊接件上的耦合情況更能代表實際焊縫的耦合情況。

基于以上分析，認為此對比試驗是可行的。

2.2.3 試驗內容

斜探頭在UT-1試塊上利用深度19,38,57 mm橫孔繪制DAC曲線；然后在UT-3試塊上檢測各深度的橫孔；最后得出各探頭測得的各孔反射波幅與各DAC曲線的dB差。

具體操作為：用表4中探頭13970和探頭13949在UT-1試塊外表面檢測并分別繪制DAC曲線，并從試塊UT-3外壁測得各孔與DAC曲線的dB差；用表4中探頭13969和探頭13946在UT-1試塊內表面檢測并分別繪制DAC曲線，從試塊UT-3內壁測得各孔與DAC曲線的dB差。接管內、外壁檢測結果如表4所示。

表4 接管內、外壁檢測結果

表4中橫孔深度均以內壁為基準測得深度。當從接管外壁檢測時，實際顯示的深度應為接管壁厚減去表中數值，且當從外壁調節孔深45，60 mm對應的孔時，探頭放置在焊縫R角處，因檢測面的曲率變化導致聲程等的變化，所以顯示值與理論值不一致。

3 結論

(1) 直探頭對比情況

晶片尺寸φ20 mm的一個探頭測得的模擬試塊UT-3中的φ3 mm橫孔波幅，比試塊UT-2基準波幅高0.8～0.9 dB；另一個晶片尺寸φ20 mm的探頭測得的波幅幾乎與基準波幅一致。晶片尺寸φ14 mm的探頭測得的其中一個橫孔的波幅比基準波幅低2.1 dB。

從試驗可以看出，在此檢測聲程范圍內，小晶片探頭比大晶片探頭在模擬試塊中受介質衰減的影響略大；大晶片探頭在鍛板試塊中的介質衰減反而比在模擬試塊中的衰減大。

因此，在筒體或封頭側進行直探頭檢測時，盡量選擇晶片較大的探頭，試塊選擇鍛板或模擬試塊均可；從經濟角度來看，選擇調質熱處理后的鍛板制作即可。

試驗數據論證了ASME 2015版第V卷《無損檢測》非強制性附錄R，該附錄提及關于受限焊縫區域直探頭校準試塊(除了有特殊規定外)可不需要焊接的要求。直射波試塊反射體設置也可參考附錄R的相關要求。

(2) 斜探頭對比情況

從單個測試數據來看，模擬試塊反射體波幅高度比鍛管試塊基準DAC曲線低2 dB；但也有的反射體波幅比鍛管試塊基準DAC曲線高1 dB。

首先，從接管外壁的檢測情況來看，受焊接影響，模擬試塊的不平度小于鍛管試塊，從而影響了探頭與工件耦合；而且，從接管外壁掃查深45，60 mm的孔時，探頭需放置在焊縫及R角處，探頭與工件的耦合影響較大。但探頭與模擬試塊的耦合情況更能代表探頭與實際待檢產品的耦合情況。從表4的數據來講，在模擬試塊上調節靈敏度應比鍛管試塊靈敏度要高;其次，從接管內壁的測試情況來看，模擬件的接管內壁表面狀態接近鍛管內壁的狀態。所以，從接管內壁的檢測總體數據來看，鍛管試塊校準靈敏度接近模擬件試塊靈敏度。

(3) 無論接管內壁還是接管外壁，從檢測結果來看靈敏度差在2 dB范圍內。因此，在檢測該類安放式角接焊縫時，若選用鍛管試塊，則校驗靈敏度必須增加適當的表面耦合補償；若選用模擬試塊，且模擬試塊與被檢件材料相同或相當、外形尺寸接近一致、焊接方法相同、熱處理狀態一致、焊縫表面圓滑過渡的條件下，校驗時可不增加靈敏度補償。

[1] 徐金才.國內外超聲檢測標準關于對比試塊聲學性能規定的比較[J].無損檢測，2014，36(8)：71-74.

The Choice of the Reference Block of the Ultrasonic Examination of the Setting on Branch Connections

ZHAO Xiao-hua

(Harbin Electric Corporation (QHD) Heavy Equipment Co., Ltd., Qinhuangdao 066206, China)

According to Ultrasonic examination of the setting on branch connections, we made two kinds of reference blocks (one is calibration block without welding, the other one is a nozzle simulated block with welding) were made. Compared to the calibration sensitivity on the two kinds of the blocks by different probes, this test offers some reference for the choice of the calibration blocks and making the examination procedure for the ultrasonic test of this kind of welding.

The setting on branch connection; Calibration block; Simulated block; Sensitivity comparing

2016-05-10

趙曉華(1982-)，女，本科，助理工程師，主要從事核島主設備的超聲波檢驗、射線檢驗、磁粉檢驗和滲透檢驗工作。

趙曉華, E-mail: zhxh2808@126.com。

10.11973/wsjc201703011

TG115.28

A

1000-6656(2017)03-0044-03