承压设备小径管焊接接头无损检测

郑小腾，欧阳星峰，戚道华

（绍兴市特种设备检测院，浙江 绍兴 312071）

小径管广泛应用于锅炉、压力容器、压力管道等承压类特种设备，尤其在热电锅炉和工业压力管道中占有相当比重。在使用中，承压设备小径管常用于高温、高压、腐蚀等恶劣工况，运行中极可能出现裂纹等破坏性缺陷，因此，在承压设备定期检验中，加强对小径管焊接接头无损检测尤为重要。

1 常见小径管焊接接头无损检测方法及特点

目前承压设备小径管焊接接头无损检测方法主要有磁粉检测、渗透检测、常规射线检测和常规超声检测等。磁粉检测一般用于表面或近表面检测，渗透检测只能检测表面缺陷，且两种检测方法对管子表面要求较高，常需要打磨。但因为小径管一般壁厚较薄，打磨深度不能太大，从而容易发生漏检。常规射线检测对气孔、夹渣等体积型检出率较高，但缺陷深度确定不够准确，且防护要求要，成本较大，有时受位置影响无法实施射线探伤。

常规超声检测用于小径管焊接接头，也存在诸多困难：（1）曲率影响，声波在管子内外壁会发生扩散聚焦，从而使声场发生畸变，常规横波斜探头与管材接触面小、耦合不良，波束严重扩散、灵敏度低。（2）壁厚影响，声波在传播过程中会发生波形转换，反射、折射现象复杂，各种回波难以区分。（3）操作人员影响，常规超声对操作人员要求很高，检测结果受人员水平高低影响较大。因此，常规超声检测也不适宜于小径管焊接接头无损检测。

近几年，由于计算机技术迅猛发展，数字射线检测（DR）和相控阵超声检测（PAUT）都取得了较大进步，也在特种设备检验检测领域得到了较多应用。

2 数字射线检测技术

数字射线检测是利用数字成像器件和计算机技术实现射线检测，其系统构成如图1所示。

数字射线检测透照原理与常规胶片照相检测相同，其对比度影响因素符合公式：ΔD＝0.434GμΔT/(1＋n)。

式中，ΔD为底片黑度差；G为胶片平均梯度；ΔT为工件厚度差；n为散射比；μ为材料射线衰减系数。因此，可以在保证穿透工件的基础上，通过提高G、降低管电压(与μ成反比)、减小n等提高图像对比度，从而提高缺陷检测能力。

图1 数字射线成像系统组成示意图

与常规射线相比，数字射线主要有以下优点：（1）可利用计算机控制实时成像，及时获得检测结果，提高检测效率。（2）成像所需射线剂量减少，成像时间缩短，辐射影响减小。（3）数字探测器代替胶片获得数字图像，大大提高图像的对比度、清晰度和宽容度。（4）检测结果电子化，利用保存、分析等。

3 相控阵超声检测

相控阵超声检测是利用计算机控制探头中多个独立的压电晶片，按一定延迟时间激发和接收，从而实现声束聚焦、偏转、位移等，探头声波如图2所示。

图2 相控阵超声检测探头声波示意图

相控阵超声在检测过程中，探头不用前后移动就能同时利用纵波或横波及其他波形进行缺陷检测，对具有方向性的缺陷检测非常有利。与常规超声检测相比，相控阵超声主要有以下优点：（1）通过获得合成波束，实现动态聚焦，检测灵敏度、信噪比和分辨率大大提高。（2）检测结果信息量大，可以确定缺陷在焊缝的空间位置，还可以通过模拟焊缝的实际结构尺寸的方式，测量其埋藏深度和自身高度。（3）扫查范围大、角度可变，有利于检测复杂构件及难以接近的部位。

4 结语

近年，数字射线检测和相控阵超声检测都在特种设备行业取得了较快发展，目前，数字射线检测标准已纳入NB/T47013标准，相控阵检测（NB/T47013.15）已处于征求意见阶段。从目前应用看，两种新技术对承压设备小径管焊接接头质量控制具有十分重要意义，在特种设备检验检测中应用前景广阔。