厚壁小径管超声波检测工艺研究

张敏

摘 要：本文对厚壁的小径管通常采用的超声波检测工艺进行改进，在检测焊缝上部区域的时候采用超声爬波检测法进行检测，检测中下部区域的时候采用横波一次波，并在进行波形分析的时候对横波检测的根部未焊透进行经验分析，最大限度地检出了焊缝中的未焊透缺陷。

关键词：厚壁;小径管;爬波，超声波;一次波

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

电站锅炉受热面的管子管径通常直径都小于100mm。随着锅炉的不断发展，目前采用的小径管外径与壁厚的比值几乎都不大于20。比如某个电厂所采用的高温过热器管规格为45mm×13mm。锅炉的受热面管排密集，数量多而且对接焊口的数量也大，一台几百瓦功率的锅炉受热面通常有几万道焊缝，而且在检修的过程中也涉及到更换焊接的焊缝大约几万道。小径管的焊缝质量直接关系着锅炉的安全，因此对厚壁小径管的无损检测质量进行控制是必然的。

1 常规射线无损检测存在的问题

在锅炉的制造或者检修的过程中，规范要求对外径不大于159mm的管子对接接头焊缝进行100%的超声或者射线探伤，常规手段采用的都是射线探伤，但是通常对于厚壁小径管，使用射线进行探伤透射的效果并不好，这是因为几点原因：

（1）小径管的壁厚，透照的厚度差较大，因此在底片上成像的黑度差也较大。射线照相的灵敏度与底片的黑度关系较大，黑度的高低都会影响灵敏度使得厚度的宽容度减小，有些工厂在生产的过程中能够保证小径管的焊缝不断旋转拍照，避免透照的厚度差大的问题出现，保证质量。但是在检修的时候，由于焊缝只能从一个方向透照，因此厚度差的问题很难避免。（2）管径厚度的变化较大会引起散射比的增加，从而产生边蚀效应。（3）由于厚壁小径管集中在受热面，彼此之间的间距较小，因此实现多次透照的工作面有限，绝大多数检测只能够保证透照一次，因此有效检测范围很小，散射线也很杂乱，对于底片的成像质量影响较大。由于透照角度与边蚀效应的存在，焊缝缺陷的有效检出范围也很低，尤其是危害性较大的面积性缺陷，检出的概率不高，所以给锅炉埋下了安全隐患。

2 厚壁小径管检测问题的解决

目前国内有很多文献都在研究如何才能够提高厚壁小径管缺陷的检出率，其中有一些都是想要改进射线的透照工艺，但是理论与实际中的运用都不是很好，缺陷的检出率仍然没有太大的提高，而且工艺的提高带来了成本的提升，不经济。

魏剑平等人对厚壁管的一次波检测下部缺陷的情况进行了研究，但是这种方法对于30%的上部盲区无法检测，对于焊缝的根部缺陷也没有相应的分析。焊缝根部往往由于声束受到内弧面的反射而衰减严重，导致与薄壁管的根部缺陷反射波波形当量相差很大。所以采用二次波对厚壁管的根部缺陷进行检测，结果很难判断，常规的方法不能满足焊缝盲区的检测要求。所以本次提出采用横波结合爬波的方法进行检测，具体方案如下。

3 厚壁小径管超声波检测工艺

焊缝的上侧缺陷检测研究。采用横波对厚壁小径管进行扫查时，在焊缝的上部总会形成一个盲区，为了检测焊缝盲区的质量，本工艺采用对于表面缺陷更加敏感的爬波进行检测。因为爬波的有效检测深度大约为9mm，所以，这个深度能够较好地弥补横波斜探头的一次横波扫查不到的焊缝盲区部分。爬波是利用超声波传播到两种异质的界面处后发生了波型转变后所产生，在介质中的产波速度与纵波接近。爬波探头的声束传播到工件当中后能够产生很多中波形，爬波的主瓣就是纵波，由于其角度在80°左右，几乎是垂直于工件的厚度方向，所以对于工件的垂直型裂纹有着很好的检测灵敏度，能够将焊缝的侧坡口未融合等缺陷较好地检出。爬波最大的声程大约为50mm，则能够满足焊缝检测的穿透要求。在实际的厚壁小径管缺陷检测中，根据实际经验对工艺参数进行调整，得出了最适合的工艺参数。

爬波探头在厚壁小径管的探伤中，为了避免产生阻塞效应产生新的盲区，因此选用微型双晶片并联式爬波探头进行探伤，选用的晶片规格为5mm×8mm。为了能够与小径管进行更好的耦合，探头的有機玻璃楔块加工成圆弧形。但是注意采用双晶片探头时应当把发射晶片连接到探伤仪的发射端，接收晶片连接到探伤仪的接收端，否则检测的效果较差。在检测之前还应当确定爬波探头的角度是否符合检测的要求，具体的计算公式应当采用：

采用爬波进行检测应当参照DL/T820-2002并采用DL-1试块校准灵敏度，使用5mm以及8mm深的Φ1×15通孔做DAC曲线。将扫查的灵敏度增益6dB。

由于厚壁小径管采用爬波不能扫查到焊缝的根部，因此焊缝层间如果产生反射波并排除表面缺陷，就能够判定为缺陷波，在检测中如果有单个缺陷回波波幅超过DAC-6dB，长度大于5mm的缺陷回波最高幅度超过DAC-10dB或者裂纹，未融合，密集缺陷则能够判定为不合格。

4 厚壁小径管超声波检测的应用

在实际工作中，对某电厂的规格为45mm×13mm的高温过热器管进行超声波探伤，采用DL-1试块调整曲线，一共检测了200道焊缝，其中的12条焊缝检出了缺陷，汇总如下：

在检测过程中，由爬波检测出的缺陷深度较浅，所以采用横波不能发现，二次波的当量很小，也很容易忽略。

5 结论

在厚壁小径管的检测中，常规射线的方法由于工艺与条件限制，难以满足检测需求，而超声波检测由于底部的内弧面反射，使得部分缺陷容易被忽略，埋下安全隐患。本文提出了采用爬波结合横波的超声波检测工艺，该方法对厚壁小径管的检测做出了有效的补充，其中对于根部未焊透的缺陷判断也给出了经验的方法，具有较强的实践性，能够很好地指导厚壁小径管的检测工作。

参考文献：

[1]弋楠.支柱瓷绝缘子的爬波检测方法研究[J].电子测试，2017（02）.

[2]孙志勇，崇义.厚壁小径管的射线检验特殊工艺[J].山东工业技术，2013（15）.

[3]高杰宗，魏剑平.厚壁小径管对接焊缝的超声波探伤方法探讨[J].广东电力，2005（09）.