压力管道超声检测技术的应用探讨

【摘要】通过分析影响脉冲反射法的相关因素，选用合适的仪器、探头、试块及耦合剂，运用脉冲反射法对压力管道环向对接焊缝进行试验。测量结果表明：直射波法或一次反射波法能够对缺陷的回波幅度和指示长度进行定位、定量。根据超声检测技术的原理，在对回波进行判断时，需要注意并仔细分析在实际检测过程中产生回波的原因，避免造成误判。

【关键词】压力管道；超声检测；技术应用

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.052

Discussion on Application of Ultrasonic Testing Technology for Pressure Pipeline

XUE Xiaopeng

（China Nuclear Power Station Operation Service Technology Co.， Ltd.， Shanghai 200233， China）

Abstract： By analyzing the main factors affecting the pulse reflection method， the appropriate instrument， probe， test block and coupling agent are selected， and the pulse reflection is used to test the annular butt weld of the pressure pipe. The measurement results show that the direct radiation wave method or the primary reflection wave method can locate and quantify the echo amplitude and the indicated length of the defects. According to the principle of ultrasonic detection technology， when judging the echo， it is necessary to pay attention to and carefully analyze the cause of the echo in the actual detection process to avoid misjudgment.

Key words： pressure pipeline； ultrasonic detection； technology application

压力管道被广泛运用至化工、船舶、火电厂、核电站等生产领域，由于大部分必须在高温高压甚至是处于辐照等极端环境下运转，因此对于压力管道的原材料加工、焊接工艺、安装过程、役前及在役检查等各环节均有极为苛刻的要求。无损检测技术是确保生产安全运转与产品质量达标的科学方式之一。因此在压力管道各个成型环节中，通过无损检验中渗透、磁粉、超声、射线、泄漏等检验方法利用材料的物理性质因缺陷而发生变化的现象进行单独检验互相验证确保产品符合质量要求，基于此，本文就超声检测技术在压力管道的应用进行探讨，以便为检测工作的开展带来一些参考与借鉴。

1.1原理

超声检测技术基于超声波在材质中的传播特性，及超声波与材质缺陷的相互作用机制来开展检测。理论上，超声波在无限大均匀介质中是以直线传播的，实际上，任何介质必然会有边界，当超声波在非均匀介质中传递，或者从一类介质传播到另一类介质时，因为介质的声阻抗出现了改变，超声波会在声阻抗转变的分界面上形成反射、折射以及透射现象，进而来辨别被检测物质是否存在缺陷[1]。通常用来发现缺陷及对其进行评估的常用信息为：①反射波的幅度；②反射波距离始波的位置。因此需要依靠长时间的超声检测实践与对材质、加工工艺深入认知，依靠对检测中察觉的缺陷开展解剖、探析、印证，来丰富工作经验，可以从显示屏中体现的缺陷回波的静态与动态波形，起波速率，回波前沿的陡峭水平以及回波后沿的降低斜度，波峰形状，回波占宽，移动探头过程中缺陷回波的起伏、位置、数量与包络形状，多次反射底波的次数与起伏的降低规律，底波高度的损失状况等等，再参考缺陷在被检查工件中的位置、划分状况、缺陷的当量规格、拓展状况，基于实际的材质特性、记忆与超声波的基础理论知识进行科学辨别，达到较为精准定位、定量[2]。

1.2影响因素

重要场合的压力管道一般会在预制、安装及在役阶段便会对其进行定期检验，焊接接头会使压力管道存在应力集中与应力腐蚀的问题。因此利用超声波检验技术确保焊接接头质量的同时，要充分了解影响检验结果的主要影响因素，包括：

1）仪器的分辨力、信噪比、脉冲发射与接收系统、水平线性及垂直线性的校准等均会对缺陷的回波幅度和检出能力产生较大的影响。

2）探头性能不佳存在两个声束或者声束轴线与探头几何中心偏差较大导致缺陷定位能力下降，楔块的磨损同样会导致K值减小，从而影响缺陷的定位，同时探头的频率及K值对检验结果也极为重要。

3）压力管道的温度对声速的影响、表面粗糙度对耦合的影响、压力管道内部存在的应力对声波的传播速度和方向的影响。

4）压力管道的材质、厚度、焊接结构，会形成不同的结构波、杂波、变形波从而影响对缺陷波的判别。

5）缺陷的性质和分布状态及方向[3]。

2.1试验的儀器、试块、探头及耦合剂

仪器采用OLYMPUS-EPOCH 650超声探伤仪。校准试块采用CSK-IA试块（如图1），GS-3试块（如图2）；探头1个，探头型号为5Z×6×2.5；标准试管（Φ89×6）1根。

2.2采集过程及结果

2.2.1仪器校准

在采用超声波一次反射波法对焊缝进行检验时，仪器的垂直线性、水平线性对检验结果影响很大，故依据JB/T 10061—1999《A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件》内相关标准对其进行校验，校验结果如表1、表2。

2.2.2仪器参数、探头参数校准与测量

仪器单位设置为mm，频率5 MHZ，选择适当的能量与阻尼，利用CSK-IA试块对探头前沿进行测量：探头前沿为L=6 mm，K=2.51（68.3°）。声速3283 m/s，并绘制距离-波幅曲线（DAC曲线），如图3所示。基准灵敏度66.4 dB。

2.2.3检验实施

基础灵敏度提高6 dB作为扫查灵敏度，将探头放置在试管扫查面上，在焊缝两端2 KT范围内进行扫查，在保持探头与焊缝中心线垂直的同时做大致10°至15°的摆动；扫查速度不大于150 mm/s，探头每次移动需要保证至少有15%探头宽度的重叠，避免扫查速度过快导致缺陷的漏检与误检[4]。对于发现的缺陷采用6 dB法对其缺陷的指示长度进行测量。当发现缺陷波时，在找到最大波幅时，记录此时的深度H、满屏80%的最大增益值及此刻探头中心的位置，分别向前向后缓慢移动探头，使缺陷波最高波幅降至原来一半时，此时探头中心线的距离为缺陷的指示长度L，并记录其数值[5]。在测量的过程中，还需要结合回波的实际参数，对其进行分析，避免进行误判。对焊缝两端的试验结果记录其最大值（见表3）。

通过本次试验表明：

1）由于管径较小，常规横波斜探头与试管表面接触面积较小，耦合效果不良，为保证良好的耦合，通常需要选用小探头或者将有机玻璃斜楔加工成与管材相吻合的曲面，以改善其耦合性能，提高检测灵敏度[6]。对于管径较小的压力管，通常由于壁厚较小，杂波、结构波较多，尤其是不锈钢材质更甚，会严重影响对缺陷波的判断。

2）对于同一位置的缺陷，需要在焊缝两侧以相同方式进行扫查，由于缺陷的性质及方向的特殊性，在一侧进行扫查时，得到的反射波信号与另一侧存在较大的差别，在本试验及实际检验过程中，通常选取反射波信号最大的一侧进行记录。

3）在对缺陷进行定位、定量时，最大幅值达到9.5 dB，深度误差达到18.6%，长度误差达到10%。理论和实际表明，在已知人工缺陷的情況下，仍会存在结果误差，那么在对在役期间的压力管道进行超声波检测的过程中，现场的工况是否会

对超声波信号造成影响、位置是否满足检验范围及焊缝表面状态是否会产生结构信号或者杂波信号等限制条件下，单凭显示的波形对缺陷进行定性通常比较困难，误判的概率也比较高，还需对显示的各类特征、焊接工艺、运行工况等加以分析，结合实际工作经验、尺寸量取、结构分析及互相验证等一系列辅助手法进行确定。

4）实际检测过程中，运用超声波技术对压力管道进行检测时，对于各类型缺陷的显示，通常需要结合尺寸，以区分假信号和变形波。选择合适的超声检测系统，良好的分辨力、信噪比、探头频率、晶片尺寸及合适的探头声场，运用底波法或者一次反射波法，合理正确地使用校准试块，可以准确地发现一定尺寸的缺陷。

依据上述，超声波检测技术对压力管道的运用试验，其在检测中的优点也较为显著，而随着我国经济水平的不断进步，超声波检测技术也愈发成熟、创新，同时超声波检测技术也有诸多不同的种类，所以应当融合实际的检测物体或者是检测构架，科学挑选合理的超声波检测技术开展检测，进而提高检测成果的精确性，从而充分提高我国的科技水准，促进我国科技的迅速、高效进步。

【参考文献】

[1]杨鹏.超声导波检测技术在压力管道检测中的应用[J].化工管理，2021（30）：67-68.

[2]许波，张子健，柴军辉，等.超声导波B扫成像技术在压力管道腐蚀检测中的应用[J].化工机械，2022，49（1）：156-159.

[3]邢谭芳，李越，邵玉龙.无损检测技术在压力容器和压力管道中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2023，43（14）：59-61.

[4]侯文峰.无损检测技术在压力管道检验中的综合应用研究[J].现代工业经济和信息化，2021，11（6）：142-144.

[5]利观宝.低频磁致伸缩超声导波及漏磁检测组合新技术在压力管道检验中的应用[J].特种设备安全技术，2022（5）：55-57.

【作者简介】

薛晓鹏，男，1994年出生，学士，研究方向为无损检测。

（编辑：李钰双）