鎳基合金管道對接焊縫超聲檢測技術的應用

唐華

摘 要：由于鎳基合金焊縫晶間組織是以奧氏體形態存在，聲學特征與奧氏體不銹鋼類似，從而導致超聲檢測在缺陷定量、定位、定性方面存在一定難度。文章主要介紹我所在中石化高含硫井站UNS N08825鎳基合金管道（管徑DN100-DN150，厚度8.5-15mm）對接焊縫檢測中使用的超聲檢測的具體方法，以供參考。

關鍵詞：鎳基合金；超聲檢測；焊縫

中圖分類號：TG406 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）09-0161-02

Abstract： Because the intergranular microstructure of nickel-based alloy weld exists in Austenite morphology and its acoustic characteristics are similar to those of austenitic stainless steel， it is difficult to detect defects quantitatively， locatively and qualitatively. This paper mainly introduces the UNS N08825 nickel-based alloy pipeline of the high sulfur well station of Sinopec Group （diameter is DN100-DN150 and the thickness 8.5-15mm） and the specific method of ultrasonic detection used in welded seam inspection.

Keywords： nickel-based alloy； ultrasonic testing； welded seam

N08825鎳基合金由于其高溫抗斷裂韌性好、抗高溫氧化性、耐腐蝕性強等優良性能，在高含硫的天然氣井口的酸氣管線中大量應用。但由于其具有奧氏體不銹鋼類似的聲學特征，焊縫超聲檢測存在以下難度：（1）超聲波在粗晶組織中衰減很大，缺陷的信噪比因為林狀回波等因素大大降低。（2）粗大晶間組織和奧氏體各向異性易的特征，使得超聲的傳播路徑極易發生畸變。以上兩點因素導致焊縫中缺陷的探測、判別及定位存在大量困難。由于高含硫井站需佩戴空呼不便長時間使用X射線進行檢測，我所針對實際檢測情況及現有條件，選擇高阻尼窄脈沖縱波單斜探頭，加工了鎳基合金對比試塊，制定了N08825合金管道焊縫超聲波檢驗規程，并在實際應用中取得了良好的效果。

1 超聲探頭的選擇

超聲波在奧氏體組織中的衰減是鎳基合金超聲檢測的主要難點。這種衰減主要是由于晶粒組織的散射引起的。它既與被檢材料本身的特性有關，也與超聲波波型、波長及脈沖寬度等因素有關。鎳基合金焊縫的奧氏體組織，晶粒粗大，已不利于檢測，因此探頭的選擇至關重要。

（1）探頭頻率的選擇：超聲波波長越大，則越不容易產生散射，衰減越小；波長越小，在粗大晶粒影響下，則越容易產生散射，衰減越大。因此我們可以在保證分辨力的前提下盡量選擇低頻率的探頭。

（2）探頭波形的選擇：縱波波長約是橫波波長的兩倍，同上原因，選擇波長較大的縱波探頭。

（3）探頭晶片的選擇：超聲波波束越窄，則晶粒散射面積越小。波束寬度與探頭晶片尺寸有關，晶片越大，則波束指向性越好，波束寬度越小。但由于管道管壁較薄，導致探頭前沿需盡量小，從而限制了晶片的尺寸。因此我們在保證小探頭前沿的前提下盡量采用大尺寸晶片。

（4）探頭K值的選擇：一般來說，當所探管子壁厚較小時，盡量選用較大的K值，以避免近場區的影響。針對筆者單位所需檢測的鎳基合金管焊縫，為了使一次波波束能夠檢測到焊縫根部，同時避開近場區的影響以及有較大的水平距離以避免焊縫余高的影響，K值一般選K2～K2.5。

綜合以上因素，結合所需檢測的管道焊縫，我們依據NB/T47013.3及附錄I的規定選擇了2.5MHz K2 6*6的高阻尼窄脈沖單晶片縱波斜探頭。

2 對比試塊的制作

為了滿足檢測的需要，根據NB/T47013.3及附錄I的相關規定，我單位外委制作了檢測需要的1-5號對比試塊。對比試塊材質為N08825鎳基合金板。

1號對比試塊結構尺寸如圖1所示，頂部R1圓弧曲率半徑為60mm，底部R2圓弧曲率半徑為72mm，分別適用管子外徑范圍為110-132mm，132-159mm。

2號、3號對比試塊結構尺寸分別如圖2所示，頂部圓弧曲率半徑分別為60mm和72mm。

4號、5號對比試塊結構尺寸分別如圖3所示，頂部圓弧曲率半徑分別為60mm和72mm。

3 檢測的準備、儀器的調校及檢測方式

（1）檢測面表面狀況和耦合劑的要求：超聲檢測時，焊縫附近檢測面的鐵銹、防腐涂層和飛濺、焊縫成型的形狀差異等因素都對超聲波探傷的靈敏度有嚴重影響。超聲波的檢測面應先打磨光滑，再進行探傷。檢測面表面越平整越光滑，超聲波的檢測結果才越精確。為了有良好的耦合性和較大的信噪比，鎳基合金管道焊縫的超聲波檢測，耦合劑一般使用機油，且機油的含硫量不應大于250mg/L。

（2）探頭的修磨：因檢測管道的直徑較小，為了保證探頭與焊縫兩邊被檢工件必須貼合緊密，必須對探頭進行修磨。注意修磨后探頭K值、前沿會發生變化。

（3）儀器的調校：我單位采用的是友聯PXUT-390，首先利用1號試塊測定修磨后的探頭的零點，確定實際的探頭前沿及K值。其次利用2-5號試塊根據所檢管道尺寸分別制作距離-波幅曲線。距離-波幅曲線由選定的探頭、儀器組合在對比試塊上根據不同深度長橫孔的反射波幅實測數據繪制。在焊縫兩側進行檢測時，用2、3號試塊焊縫中心的橫孔制作距離-波幅曲線確定靈敏度和評定。只在焊縫單側檢測時，應使聲束通過焊縫金屬利用4、5號試塊熔合區橫孔制作曲線確定靈敏度和評定。同時利用熔合區人工缺陷和焊縫中心人工缺陷分別測繪的兩條曲線間距一般不得超過10dB。工件厚度8-15mm范圍時，判廢線、定量線、評定線分別設置為ф2*40+3dB、ф2*40-2dB、ф2*40-8dB。

（4）檢測方式：在用管道定期檢驗中，只要現場條件允許，超聲波檢測應在焊縫兩側進行掃查。在掃查過程中，探頭方向朝著焊縫，以相同大小的力壓住探頭，在保證有良好耦合的條件下，保持探頭均勻移動，在焊縫兩側做鋸齒形掃查。先提高4-6db粗探一遍，發現缺陷后在焊縫的對應位置上做好標記，然后在對應位置上探頭前后、左右小幅度移動、旋轉，找到缺陷最大回波對缺陷進行定位、定量。同時注意觀察回波的動態波形，依據NB/T47013.3附錄Q的方法，對缺陷進行定性。

4 檢測結果的判別及評定

在檢測鎳基合金管道對接焊縫時，容易產生表面波，把手指緊貼探頭前部放置，可以阻礙表面的傳播，從而避免表面波對探傷的影響。同時在探傷時，要注意偽缺陷波的判別。鎳基合金管道偽缺陷波主要有：（1）焊縫根部成型造成的；（2）錯口（或焊瘤）缺陷引起的變型波；（3）粗大奧氏體晶粒引起的噪聲波等。

鎳基合金管道焊縫超聲檢測的缺陷可參考NB/T47013.3附錄I來進行評定，壓力管道安全狀況等級可以參照《工業管道定期檢驗規程》來評定。

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