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1.摘要
在鍋爐壓力容器制造及壓力管道的安裝生產(chǎn)中,，經(jīng)常碰到管子對(duì)接焊縫的無(wú)損檢測(cè)問(wèn)題,。一般情況下這些焊縫多采用射線檢測(cè)方法，但在一些特殊情況下,，射線檢測(cè)難以進(jìn)行,，就需要用超聲波來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于大直徑厚壁管對(duì)接焊縫,，其超聲波檢測(cè)方法與平板對(duì)接焊縫無(wú)多大區(qū)別,，而小直徑薄壁對(duì)接焊縫的超聲波檢測(cè)就有其特殊性。在實(shí)際探傷實(shí)踐中要依據(jù)所探管子的直徑,、壁厚,、焊縫的焊接方法和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，正確地選擇儀器,、探頭,、試塊，并能在實(shí)際探傷探傷中對(duì)缺陷作出正確地判斷,。
關(guān)鍵詞：小徑薄壁管 幾何散射 幾何反射波 缺陷
2.小直徑薄壁管對(duì)接焊縫超聲波探傷的影響因素
2．1幾何散射的影響
幾何散射的影響主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面：
2．1,、1接觸面的幾何散射：由于小直徑管其曲率較大而探頭楔塊多為平面，這樣其與管子的接觸面就變小,，在探頭與管子不能很好吻合的部位,，晶片發(fā)出的超聲波在管子外表面就會(huì)產(chǎn)生散射。*,，超聲傾斜入射到異質(zhì)界面時(shí),，會(huì)產(chǎn)生折射、反射和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象,，折射方向遵循折射定律：
C1/C2=sinα/sinβ
C1—*介質(zhì)中的聲速
C2—第二介質(zhì)中的聲速
α—*介質(zhì)中的超聲波入射角
β—第二介質(zhì)中的超聲波折射角
在探頭有機(jī)玻璃楔塊與鋼管不能*吻合時(shí),，超聲波探頭所發(fā)射的聲波就不能*折射到到管子里，在管子外表面產(chǎn)生反射,。這樣超聲波的強(qiáng)度就大大降低,，影響了探傷靈敏度。

2．1．2探頭邊緣聲束的散射
如果將有機(jī)玻璃楔塊磨成圓弧，與管子外壁較好吻合,，但晶片的邊緣聲束在折射到管子時(shí),，也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射現(xiàn)象。晶片越大,，散射就嚴(yán)重,。晶片1<晶片2，折射到管子里的聲波β1＜β2
 亦即晶片2的散射較晶片1大,。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明,，對(duì)于小直徑薄壁管超聲波探傷時(shí)，為了減小幾何散射的影響,，先將探頭楔塊磨成園弧狀,，晶片尺寸選擇在6-10㎜之內(nèi)，這樣散射現(xiàn)象不十分嚴(yán)重,，且探傷靈敏度也能滿(mǎn)足要求,。
2．2幾何反射波的影響
由半擴(kuò)散角公式θ＝arcsin（k?λ/D）可知，晶片尺寸變小時(shí),θ角將增大,，指向性變差,。頻率增大時(shí)，λ變小,，θ值變小,，指向性較好,。采用方形晶片時(shí),，K=1。圓形晶片時(shí),，K=1.22,。為了克服由于晶片小，指向性差,，工件壁厚薄焊縫根部及焊縫表面幾何反射波雜亂的現(xiàn)象,，就需要提高晶片的頻率和適當(dāng)增大晶片尺寸。所以選用晶片邊長(zhǎng)D不太小,，頻率為5MHZ的晶片,，可使幾何反射波大大減小。
2．3缺陷定位的影響
由于幾何反射信號(hào)的存在,，在探傷中定位方法的選取就很重要,。為了定位的準(zhǔn)確，必須在調(diào)整儀器時(shí)利用遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)進(jìn)行定位,。由橫波聲場(chǎng)第二介質(zhì)中的近場(chǎng)長(zhǎng)度公式N=（FS/πλ2）?（cosβ/cosα）-（L1tgα/tgβ）可知,，在探頭晶片頻率一定時(shí)，要使N變小，就必須減小FS,。 通過(guò)計(jì)算表明,，當(dāng)方形晶片D≤8㎜ 時(shí)，即可滿(mǎn)足要求,。比如,，選用D=8㎜,頻率為5MHZ,K=2.5, 斜探頭入射點(diǎn)至晶片距離L=12㎜, 探傷壁厚為6㎜的管子對(duì)接焊縫，其在第二介質(zhì)中的近場(chǎng)長(zhǎng)度 N=（8×8/3.14×0.646）×0.6-（12×0.5）=12.93㎜,在6㎜壁厚的管子中,，K=2.5探頭一的一次聲程S=6/cos68.3=16.2㎜,，管子中一次聲程已大于探頭的近場(chǎng)長(zhǎng)度，可以滿(mǎn)足遠(yuǎn)場(chǎng)定位的要求,。
3.1探傷操作：
3.1試塊,、儀器、探頭的基本要求
3．1．1目前無(wú)論是電力系統(tǒng),，還是石油系統(tǒng),，都在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了試塊的型號(hào)，不同的直徑有不同的試塊,。
3.1.2儀器
儀器選用數(shù)字式超聲波探傷儀,，其工作頻率應(yīng)該是1-10MHZ范圍,，分辨力要求在聲程差2㎜時(shí),，不低于26dB，儀器與探頭的組合靈敏度在探測(cè)20㎜深的Φ1橫通孔波高二格高時(shí),，儀器靈敏度至少有20 dB以上的余量,，儀器的始波寬度5MHZ時(shí),，不超過(guò)2.5㎜（相當(dāng)于鋼中深度）。
3.1.3探頭
晶片尺寸選用8×8㎜ 或者6×6㎜ , K值選用2.5~3.0,，探頭的楔塊依照不同管徑磨成不同園弧,，以使其與管子吻合好。探頭前沿長(zhǎng)度在5～8㎜范圍,，要求一次波必須能掃查到焊縫根部,。JB4730-2005標(biāo)準(zhǔn)推薦用雙晶斜探頭或線聚焦探頭。 頻率5MHZ,。
3.2儀器的調(diào)整
3.2.1掃描比例調(diào)整：在小管探傷試塊上,，選擇15㎜和5㎜深的兩個(gè)孔，按水平1：1定位法調(diào)節(jié)掃描基線,，并用10㎜深的孔進(jìn)行校準(zhǔn),。（也可采用聲程定位法進(jìn)行調(diào)節(jié)）
3.2.2探傷靈敏度的調(diào)節(jié)
探傷靈敏度的確定，不同標(biāo)準(zhǔn)有不同的要求,。如電力行業(yè)DL/T820-2002標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)中小徑管焊接接頭管子壁厚小于6㎜時(shí),，DAC曲線的繪制方法是將h=5㎜的Φ1橫通孔回波調(diào)節(jié)到垂直刻度的80%高,，畫(huà)一條直線，用于一次波檢驗(yàn),，然后降低 4dB 再畫(huà)一條線用于二次波檢驗(yàn),。檢測(cè)靈敏度是DAC-10dB。石油天然氣行業(yè)的 SY4065-93標(biāo)準(zhǔn)DAC曲線的繪制方法和JB4730-94標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法基本相同,只是其判廢靈敏度為DAC-2dB,，定量靈敏度DAC-8dB ,，評(píng)定靈敏度DAC-14dB。
對(duì)未焊透的評(píng)定,，標(biāo)準(zhǔn)要求用未焊透對(duì)比試塊來(lái)進(jìn)行評(píng)定,，DL/T820-2002標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定用半月?tīng)羁滩墼噳K,而SY4065-93標(biāo)準(zhǔn)用寬度為1㎜,深度為管子壁厚10%的對(duì)比試塊，只要波高超過(guò)人工刻槽的未焊透就是不允許存在的缺陷,。
3.3實(shí)際檢測(cè)
3.3.1觀察區(qū)的確定
由于小管焊縫壁厚較薄,，又常用水平或者聲程定位，所以在探傷時(shí),，首先要分清一次波,，二次波及三次波出現(xiàn)的區(qū)域，用標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)注在儀器熒光屏上,。為了減少鑒別反射信號(hào)的工作量,把熒光屏上經(jīng)常出現(xiàn)的幾何反射信號(hào)的區(qū)域稱(chēng)之為非觀察區(qū),，而把缺陷信號(hào)經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域稱(chēng)之為觀察區(qū)。如根部未焊透經(jīng)常出現(xiàn)在一次波前附近區(qū)域,，沿坡口未熔合經(jīng)常出現(xiàn)在一,、二次波之間的區(qū)域。在管子壁厚小于8㎜時(shí),，常常利用三次波來(lái)判斷根部缺陷,。
對(duì)于不開(kāi)坡口或鈍邊不大于2㎜的V型坡口焊縫，現(xiàn)大多采用氫弧焊,，這類(lèi)焊縫由于根部較少產(chǎn)生未熔合缺陷,，用一次波或三次波就能較好地發(fā)現(xiàn)根部缺陷。
3.3.2耦合劑：選用甘油,、漿糊、機(jī)油等,。
3.3.2.3探頭掃查方式：多采用鋸齒掃查,，探頭前后移動(dòng)距離要保證三次波能掃查到焊縫根部，對(duì)根部缺陷用定位法掃查,。
4.波形分析
4.1幾何反射波
4.1.1“底波”信號(hào)：如果焊縫根部表面比較平滑,，不具備反射條件時(shí)，不出現(xiàn)“底波”信號(hào),。一般情部下,，焊縫根部大多具備反射條件,，因此會(huì)出現(xiàn)“底波”（一次波）。
4.1.2焊縫余高反射信號(hào)：當(dāng)探頭稍往后移動(dòng),，二次波會(huì)掃查到余高與母材的過(guò)度區(qū),，會(huì)出現(xiàn)反射波。

4.1.3焊縫內(nèi)表面引起的反射信號(hào)
對(duì)薄壁管對(duì)接焊縫探傷一定要分清幾何反射波的位置,，特別是在二次波觀察區(qū)這些幾何反射波出現(xiàn)較多,。
4.2缺陷反射信號(hào)的識(shí)別
4.2.1未焊透：未焊透是具有良好的反射面，多垂直于管子表面,。一般從焊縫兩側(cè)探均有反射信號(hào),。其位置出現(xiàn)在一次底波之前。有時(shí)未焊透信號(hào)和底波同時(shí)呈現(xiàn),，有時(shí)僅有缺
陷反射信號(hào),，水平定位時(shí)多在焊縫中心。
對(duì)一些在役管道進(jìn)行檢查時(shí),，還會(huì)碰到帶墊圈的管道對(duì)接焊縫,。這些焊縫標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是不允許有未焊透缺陷存在的，但由于過(guò)去的焊接水平和設(shè)備的原因,，未焊透的情況經(jīng)常存在,，在運(yùn)行中這些未焊透缺陷將是產(chǎn)生裂紋的源頭。對(duì)這類(lèi)焊縫探傷要注意墊圈波的位置,，未焊透出現(xiàn)在墊圈波之前,。

在這種焊縫探傷時(shí)，還會(huì)遇到由于墊圈與管子內(nèi)壁貼合不緊而產(chǎn)生的墊圈間隙波,，這個(gè)波也在墊圈波之前,，就要注意與未焊透缺陷進(jìn)行區(qū)分。墊圈間隙波的位置在未焊透波之后,，在墊圈波之前,，其在儀器上顯示的深度值大于或等于管道壁厚，而未焊透缺陷波所顯示的深度值小于管道壁厚,。就是墊圈間隙波和未焊透缺陷波的比較,。

f是未焊透波,J是墊圈間隙波,B是墊圈波

4.2.2裂紋：裂紋常出現(xiàn)在根部，有時(shí)也出現(xiàn)在熱影響區(qū),，根部裂紋的特點(diǎn)與未焊透相同,，裂紋深度較大時(shí)，二次波,，三次波均可發(fā)現(xiàn),。水平定位時(shí)，隨裂紋的深度情況,，有時(shí)在焊縫中心,，有時(shí)偏離焊縫中心,，但不會(huì)太遠(yuǎn)。
4.2.3邊緣未熔合：未熔合多出現(xiàn)在坡口附近,，因此二次波的反射條件良好,，且波幅較高。這類(lèi)缺陷波出現(xiàn)在二次波觀察區(qū),，水平定位時(shí)多在偏離焊縫中心的探頭側(cè),。
在前邊已經(jīng)敘邊了幾何反射波的特點(diǎn)和位置，所以在正確區(qū)分坡口未熔合與幾何反射波及變型波就要依水平定位的準(zhǔn)確程度,。坡口未熔合水平定位多在靠近探頭側(cè),，幾何反射波水平定位多在遠(yuǎn)離探頭側(cè)。
4.2.4夾渣：夾渣經(jīng)常出現(xiàn)在焊縫邊緣,，沒(méi)有一定方向性,。二次波和三次波都有可能發(fā)現(xiàn)。其反射波較坡口邊緣未熔合的波幅低,。