厚壁小徑管超聲波檢測工藝研究

張敏

摘 要：本文對厚壁的小徑管通常采用的超聲波檢測工藝進行改進，在檢測焊縫上部區域的時候采用超聲爬波檢測法進行檢測，檢測中下部區域的時候采用橫波一次波，并在進行波形分析的時候對橫波檢測的根部未焊透進行經驗分析，最大限度地檢出了焊縫中的未焊透缺陷。

關鍵詞：厚壁;小徑管;爬波，超聲波;一次波

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.126

電站鍋爐受熱面的管子管徑通常直徑都小于100mm。隨著鍋爐的不斷發展，目前采用的小徑管外徑與壁厚的比值幾乎都不大于20。比如某個電廠所采用的高溫過熱器管規格為45mm×13mm。鍋爐的受熱面管排密集，數量多而且對接焊口的數量也大，一臺幾百瓦功率的鍋爐受熱面通常有幾萬道焊縫，而且在檢修的過程中也涉及到更換焊接的焊縫大約幾萬道。小徑管的焊縫質量直接關系著鍋爐的安全，因此對厚壁小徑管的無損檢測質量進行控制是必然的。

1 常規射線無損檢測存在的問題

在鍋爐的制造或者檢修的過程中，規范要求對外徑不大于159mm的管子對接接頭焊縫進行100%的超聲或者射線探傷，常規手段采用的都是射線探傷，但是通常對于厚壁小徑管，使用射線進行探傷透射的效果并不好，這是因為幾點原因：

（1）小徑管的壁厚，透照的厚度差較大，因此在底片上成像的黑度差也較大。射線照相的靈敏度與底片的黑度關系較大，黑度的高低都會影響靈敏度使得厚度的寬容度減小，有些工廠在生產的過程中能夠保證小徑管的焊縫不斷旋轉拍照，避免透照的厚度差大的問題出現，保證質量。但是在檢修的時候，由于焊縫只能從一個方向透照，因此厚度差的問題很難避免。（2）管徑厚度的變化較大會引起散射比的增加，從而產生邊蝕效應。（3）由于厚壁小徑管集中在受熱面，彼此之間的間距較小，因此實現多次透照的工作面有限，絕大多數檢測只能夠保證透照一次，因此有效檢測范圍很小，散射線也很雜亂，對于底片的成像質量影響較大。由于透照角度與邊蝕效應的存在，焊縫缺陷的有效檢出范圍也很低，尤其是危害性較大的面積性缺陷，檢出的概率不高，所以給鍋爐埋下了安全隱患。

2 厚壁小徑管檢測問題的解決

目前國內有很多文獻都在研究如何才能夠提高厚壁小徑管缺陷的檢出率，其中有一些都是想要改進射線的透照工藝，但是理論與實際中的運用都不是很好，缺陷的檢出率仍然沒有太大的提高，而且工藝的提高帶來了成本的提升，不經濟。

魏劍平等人對厚壁管的一次波檢測下部缺陷的情況進行了研究，但是這種方法對于30%的上部盲區無法檢測，對于焊縫的根部缺陷也沒有相應的分析。焊縫根部往往由于聲束受到內弧面的反射而衰減嚴重，導致與薄壁管的根部缺陷反射波波形當量相差很大。所以采用二次波對厚壁管的根部缺陷進行檢測，結果很難判斷，常規的方法不能滿足焊縫盲區的檢測要求。所以本次提出采用橫波結合爬波的方法進行檢測，具體方案如下。

3 厚壁小徑管超聲波檢測工藝

焊縫的上側缺陷檢測研究。采用橫波對厚壁小徑管進行掃查時，在焊縫的上部總會形成一個盲區，為了檢測焊縫盲區的質量，本工藝采用對于表面缺陷更加敏感的爬波進行檢測。因為爬波的有效檢測深度大約為9mm，所以，這個深度能夠較好地彌補橫波斜探頭的一次橫波掃查不到的焊縫盲區部分。爬波是利用超聲波傳播到兩種異質的界面處后發生了波型轉變后所產生，在介質中的產波速度與縱波接近。爬波探頭的聲束傳播到工件當中后能夠產生很多中波形，爬波的主瓣就是縱波，由于其角度在80°左右，幾乎是垂直于工件的厚度方向，所以對于工件的垂直型裂紋有著很好的檢測靈敏度，能夠將焊縫的側坡口未融合等缺陷較好地檢出。爬波最大的聲程大約為50mm，則能夠滿足焊縫檢測的穿透要求。在實際的厚壁小徑管缺陷檢測中，根據實際經驗對工藝參數進行調整，得出了最適合的工藝參數。

爬波探頭在厚壁小徑管的探傷中，為了避免產生阻塞效應產生新的盲區，因此選用微型雙晶片并聯式爬波探頭進行探傷，選用的晶片規格為5mm×8mm。為了能夠與小徑管進行更好的耦合，探頭的有機玻璃楔塊加工成圓弧形。但是注意采用雙晶片探頭時應當把發射晶片連接到探傷儀的發射端，接收晶片連接到探傷儀的接收端，否則檢測的效果較差。在檢測之前還應當確定爬波探頭的角度是否符合檢測的要求，具體的計算公式應當采用：

采用爬波進行檢測應當參照DL/T820-2002并采用DL-1試塊校準靈敏度，使用5mm以及8mm深的Φ1×15通孔做DAC曲線。將掃查的靈敏度增益6dB。

由于厚壁小徑管采用爬波不能掃查到焊縫的根部，因此焊縫層間如果產生反射波并排除表面缺陷，就能夠判定為缺陷波，在檢測中如果有單個缺陷回波波幅超過DAC-6dB，長度大于5mm的缺陷回波最高幅度超過DAC-10dB或者裂紋，未融合，密集缺陷則能夠判定為不合格。

4 厚壁小徑管超聲波檢測的應用

在實際工作中，對某電廠的規格為45mm×13mm的高溫過熱器管進行超聲波探傷，采用DL-1試塊調整曲線，一共檢測了200道焊縫，其中的12條焊縫檢出了缺陷，匯總如下：

在檢測過程中，由爬波檢測出的缺陷深度較淺，所以采用橫波不能發現，二次波的當量很小，也很容易忽略。

5 結論

在厚壁小徑管的檢測中，常規射線的方法由于工藝與條件限制，難以滿足檢測需求，而超聲波檢測由于底部的內弧面反射，使得部分缺陷容易被忽略，埋下安全隱患。本文提出了采用爬波結合橫波的超聲波檢測工藝，該方法對厚壁小徑管的檢測做出了有效的補充，其中對于根部未焊透的缺陷判斷也給出了經驗的方法，具有較強的實踐性，能夠很好地指導厚壁小徑管的檢測工作。

參考文獻：

[1]弋楠.支柱瓷絕緣子的爬波檢測方法研究[J].電子測試，2017（02）.

[2]孫志勇，崇義.厚壁小徑管的射線檢驗特殊工藝[J].山東工業技術，2013（15）.

[3]高杰宗，魏劍平.厚壁小徑管對接焊縫的超聲波探傷方法探討[J].廣東電力，2005（09）.