鍋爐壓力容器T型角焊縫超聲波檢測

摘要：本文介紹了鍋爐壓力容器T型角焊縫超聲波檢測的特點(diǎn)和注意事項(xiàng)，結(jié)合不同的焊接接頭型式，論述了相應(yīng)的超聲波檢測方法。著重分析了檢測中檢測參數(shù)的設(shè)定，缺陷位置的確定，并依據(jù)出現(xiàn)的波形對缺陷性質(zhì)作出判斷的分析方法，為實(shí)際檢測提供依據(jù)，以便于在日后的工作中能更準(zhǔn)確地檢出缺陷，保證工件的質(zhì)量和安全。

關(guān)鍵詞：T型角焊縫；超聲波檢測；檢測參數(shù)選擇；波形分析

0 引言

鍋爐壓力容器T型角焊縫是一種常見的焊接結(jié)構(gòu)，一般要求這種結(jié)構(gòu)的焊縫有較大的承載能力，為確保其焊縫質(zhì)量，需要對焊縫進(jìn)行無損檢測。由于T型角焊縫結(jié)構(gòu)的特殊性，不便于射線檢測和表面檢測，因此在實(shí)際檢測中，一般采用超聲波檢測，充分利用超聲波的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合T型角焊縫中缺陷的分布規(guī)律，進(jìn)行試驗(yàn)和實(shí)際檢測，結(jié)果表明只要能夠合理地選擇檢測方法，正確的識別各種反射波，可經(jīng)濟(jì)而迅速地檢測出焊縫中存在的各種缺陷。

1T型角焊縫的接頭型式和常見缺陷的分布狀態(tài)

T型角焊縫通常由翼板和腹板焊接而成，一般鍋爐壓力容器中全焊透型的T型角焊縫有如下兩類焊接接頭型式[1]，型式Ⅰ如圖1所示，型式Ⅱ如圖2所示。

T型角焊縫中的缺陷主要有夾雜、氣孔、裂紋、未熔合和未焊透等。焊縫中的裂紋一般位于焊縫的中心線位置附近；焊趾裂紋通常位于翼板和腹板側(cè)的熔合線附近；翼板側(cè)的裂紋通常位于翼板的熔合線附近，多表現(xiàn)為層狀撕裂；翼板側(cè)未熔合缺陷通常位于翼板側(cè)的熔合線附近；腹板側(cè)未熔合缺陷位于腹板側(cè)的熔合線附近；未焊透的缺陷通常位于焊縫坡口附近和焊縫的根部；氣孔、夾雜有可能產(chǎn)生在焊縫內(nèi)部的任何部位。

2檢測面及檢測方式的選擇

2.1檢測面的選擇

T型角焊縫的超聲波檢測，檢測面的選擇是非常重要的，所選擇的檢測面要有利于檢測過程中對缺陷的定位、定量和定性。根據(jù)T型角焊縫的特點(diǎn)，對焊縫中存在的裂紋、翼板側(cè)的未熔合等缺陷，一般選擇從腹板側(cè)用斜探頭的直射波掃描，利用一 、二次反射波檢測。對未焊透，層狀撕裂等缺陷，采用直探頭在翼板的上表面檢測，聲束可垂直入射到缺陷表面進(jìn)行檢測。夾雜、氣孔由于是體積形缺陷，因此對方向不是十分敏感，只要超聲波能檢查到整個焊縫，缺陷的檢出率就可保證，所以采用斜探頭和直探頭缺陷都能夠檢測出來。

2.2檢測方式的選擇

根據(jù)具體的翼板和腹板的厚度，焊接形式等，有如下幾種檢測方式。

第一種檢測方式：用一種K值（K1或K2）的斜探頭，在如圖1、圖2所示的翼板位置1利用一次波作掃描檢測，如果發(fā)現(xiàn)缺陷就再換另一種K值的探頭作進(jìn)一步檢查確認(rèn)，從而確定缺陷的位置、方向和深度。

第二種檢測方式：在如圖1、圖2所示分翼板外側(cè)位置3，用直探頭或雙晶直探頭檢測焊縫的未焊透或未熔合、裂紋、氣孔及夾渣等缺陷。

第三種檢測方式：在如圖1、圖2所示的腹板上位置2利用斜探頭一、二次波進(jìn)行檢測，可檢測裂紋、未焊透、未熔合、氣孔及夾渣等缺陷。當(dāng)腹板厚度大于26mm時，可用根據(jù)腹板厚度選用K1和K2、K2.5探頭聯(lián)合檢測的方式。

實(shí)際探傷中，根據(jù)翼板和腹板的厚度以及焊接結(jié)構(gòu)形式，可以采用第一種檢測方式為主，以第二種檢測方法為輔的聯(lián)合檢測。也可選用第三種檢測方式為主，并輔以第二種檢測方式的聯(lián)合檢測[2]。

3探頭的選擇

3.1直探頭

根據(jù)耦合條件和翼板厚度選擇探頭頻率，使近場區(qū)長度小于翼板厚度，一般探頭頻率選擇2.5MHz，探頭的晶片尺寸不宜過大，根據(jù) 計(jì)算得出。

3.2斜探頭

為了有效地檢出焊縫中的缺陷，根據(jù)試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)，利用斜探頭檢測時，斜探頭的頻率推薦為2.5～5.0MHz，探頭前沿為8～12mm左右。用斜探頭在翼板上表面進(jìn)行檢測時，推薦使用K1的探頭，用斜探頭在腹板一側(cè)進(jìn)行探側(cè)時，探頭的K值根據(jù)腹板厚度，按表一進(jìn)行選擇，只要符合檢測要求即可。

4掃描速度的調(diào)節(jié)及檢測靈敏度的確定

4.1掃描速度的調(diào)節(jié)

當(dāng)板厚小于或等于26mm且大于或等于6mm時，掃描速度用CSK—IA和CSK—ⅢA標(biāo)準(zhǔn)試塊，推薦按深度2：1、水平2：1或水平1：1調(diào)節(jié)。當(dāng)板厚大于26mm時，推薦掃描速度用CSK—ⅢA標(biāo)準(zhǔn)試塊按深度1：1調(diào)節(jié)。

4.2檢測靈敏度的確定

對于T型角焊縫超聲波檢測時，檢測靈敏度應(yīng)的確定嚴(yán)格根據(jù)所檢測的產(chǎn)品所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般采用國家能源局的NB＼T47013-2015和美國的ASME標(biāo)準(zhǔn)。掃查靈敏度應(yīng)該高于最大聲程處的評定線靈敏度，平行和斜平行方式掃查橫向缺陷時，靈敏度在評定靈敏度的基礎(chǔ)上應(yīng)再提高6dB，對工件材質(zhì)、表面狀況、工件曲率和焊接形式等綜合考慮補(bǔ)償[3]。

5實(shí)際檢測

5.1檢測觀察區(qū)域的確定

直探頭掃查時，檢測觀察區(qū)為焊縫及熱影響區(qū)。斜探頭檢測時，檢測觀察區(qū)相應(yīng)的有一次波、二次波和三次波觀察檢測區(qū)域。檢測到焊縫的具體部位，要根據(jù)具體的情況具體分析。例如一次波掃查時，反射信號出現(xiàn)在1～2次波之內(nèi)，即一次波觀察區(qū)域，對反射體位置定位，如果水平定位在焊縫或熱影響區(qū)中，為缺陷反射信號，反射信號出現(xiàn)在1.5～2次波之間，也在一次波觀察區(qū)，且對反射體定位，其水平位置進(jìn)人翼板，則為翼板內(nèi)的未熔合、焊趾裂紋或熱影響區(qū)的裂紋。二次波掃查時，反射波出現(xiàn)在2～3次波之內(nèi)，即二次波觀察區(qū)域，對反射體定位，其水平定位在焊縫或熱影響區(qū)中，多為缺陷反射信號。反射信號出現(xiàn)在2.5～3次波之間，也在二次波的觀察區(qū)。

5.2缺陷位置的確定

由于現(xiàn)在使用的是數(shù)字超聲檢測儀，缺陷的具體位置如深度和水平距離可從顯示屏直接讀出。缺陷的指示長度根據(jù)探頭的移動距離來測定。

5.3缺陷的定量

點(diǎn)狀缺陷：用其反射波與校核試塊上面的橫通孔的反射波波幅的差作為依據(jù)來評定；條狀缺陷：缺陷的指示長度小于10mm時按5mm計(jì)，相鄰兩缺陷在一直線上，其間距小于其中較小的缺陷長度時，應(yīng)作為一條缺陷處理，以兩缺陷長度之和作為其指示長度（不考慮間距）。當(dāng)缺陷的長度大于或等于聲束截面，缺陷的指示長度可采用半波高度法或端點(diǎn)6dB法來測量。

6波形分析

6.1氣孔和夾渣

氣孔和夾渣雖然性質(zhì)不同，但都是體積形缺陷，因此有很多相似的波形特征。單氣孔和夾渣反射波高度不高，波形比較穩(wěn)定。密集氣孔為隨氣孔的大小不同的而形成的一堆反射波，波幅高度有限。密集夾渣與密集氣孔類似。條狀夾渣反射波多表現(xiàn)鋸齒形，波幅不高。

6.2裂紋

一般來說裂紋的反射波較高且窄，有時會出現(xiàn)多個波峰，探頭平行移動，連續(xù)出現(xiàn)反射波，且波峰一直變化。探頭固定轉(zhuǎn)動時，反射波峰出現(xiàn)上下錯動現(xiàn)象。要能夠準(zhǔn)確區(qū)別焊趾裂紋、層狀撕裂和橫向裂紋等。注意翼板側(cè)焊趾裂紋一次波檢測容易漏檢，用二次波檢測較好。

6.3未熔合

一般有翼板側(cè)或腹板側(cè)的未熔合，焊縫中未熔合的反射波有一定的像裂紋波形，較高且陡直，但波幅一般比裂紋低，比未焊透高，反射波的前后沿雜波較少，主峰呈單峰波形，探頭固定轉(zhuǎn)動時，反射波峰比較穩(wěn)定。注意翼板側(cè)未熔合一次波容易漏檢，用反射波檢測較容易檢出。

6.4未焊透

未焊透反射波高，有一定的長度，一般位于焊縫的中心線，探頭平行移動時，其波形比較穩(wěn)定，反射波波幅寬，反射波前后沿出現(xiàn)雜波，主波峰多為雙波峰，這是由根部和肩臺的波形反射形成的。

6.5偽缺陷

偽缺陷波是因工件的結(jié)構(gòu)，特殊的表面狀況和焊縫成形等而引起的。例如，根部偽缺陷的辨別，當(dāng)焊縫根部成形比較好，反射波較低或無反射波；當(dāng)焊縫根部不規(guī)則或有咬邊等，一般產(chǎn)生相應(yīng)的反射波。耦合劑形成的反射波，由于特殊原因一部分能量形成表面波，這種表面波與探頭前部耦合劑堆積造成反射波。碰到這種反射波，只要探頭不動，耦合劑慢慢流失，波幅隨著降低，很不穩(wěn)定，或擦掉探頭前部的偶合劑反射波就隨之消失。還有如焊縫形狀引起的遲到反射信號等偽缺陷，通過仔細(xì)觀察工件的表面、焊縫結(jié)構(gòu)等反射條件，是能夠準(zhǔn)確辨認(rèn)這些偽缺陷波的[4]。

7結(jié)論

現(xiàn)場和試驗(yàn)檢測均表明，檢測T型角焊縫超聲波檢測法是一種行之有效的手段。對鍋爐壓力容器T型角焊縫進(jìn)行超聲波檢測，一般以斜探頭檢測為主，直探頭檢測為輔，采用直探頭與斜探頭聯(lián)合檢測，可做到T型角焊縫的全截面檢查，同時用不同K值的斜探頭檢測可避開焊縫表面的雜波干擾，使波形清晰易識別。翼板內(nèi)側(cè)的未熔合、熱影響區(qū)裂紋及焊趾裂紋等缺陷都可以通過利用幾何反射波能明顯地檢測出，實(shí)踐表明，超聲檢測結(jié)果是令人滿意的。

參考文獻(xiàn)：

[1]NB＼T47013-2015承壓設(shè)備無損檢測[S].北京：新華出版社， 2015.

[2]姚志忠.鍋爐壓力容器T型接頭與管座角接頭焊縫超聲波探傷技術(shù)探討[C].遼寧：無損探傷，2004.

[3]鄭暉，林樹青.超聲檢測（第二版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2008.

[4]潘虎，吳天茂.全焊透T型接頭焊縫超聲波檢測[C].四川：東方電機(jī)，2009.

作者簡介：雒煥勝（1983—），男，本科，工程師，主要研究方向?yàn)榛痣姀S金屬監(jiān)督和無損檢測。