小径管对接环焊缝的超声波探伤

发布时间:2014/7/22 11:01:00

1.摘要  
在锅炉压力容器制造及压力管道的安装生产中,经常碰到管子对接焊缝的无损检测问题。一般情况下这


些焊缝多采用射线检测方法,但在一些特殊情况下,射线检测难以进行,就需要用超声波来进行检测。


对于大直径厚壁管对接焊缝,其超声波检测方法与平板对接焊缝无多大区别,而小直径薄壁对接焊缝的


超声波检测就有其特殊性。在实际探伤实践中要依据所探管子的直径、壁厚、焊缝的焊接方法和检测标


准,正确地选择仪器、探头、试块,并能在实际探伤探伤中对缺陷作出正确地判断。  关键词:小径薄


壁管 几何散射 几何反射波 缺陷  
2.小直径薄壁管对接焊缝超声波探伤的影响因素  
2.1几何散射的影响  几何散射的影响主要来自两个方面:  
2.1、1接触面的几何散射:由于小直径管其曲率较大而探头楔块多为平面,这样其与管子的接触面就变


小,在探头与管子不能很好吻合的部位,晶片发出的超声波在管子外表面就会产生散射。众所周知,超


声倾斜入射到异质界面时,会产生折射、反射和波型转换现象,折射方向遵循折射定律:  C1/C2=sinα


/sinβ  C1—介质中的声速  C2—第二介质中的声速  α—介质中的超声波入射角  β—第二


介质中的超声波折射角  在探头有机玻璃楔块与钢管不能完全吻合时,超声波探头所发射的声波就不能


完全折射到到管子里,在管子外表面产生反射。这样超声波的强度就大大降低,影响了探伤灵敏度。
 2.1.2探头边缘声束的散射  如果将有机玻璃楔块磨成圆弧,与管子外壁较好吻合,但晶片的边缘声


束在折射到管子时,也会产生强烈的散射现象。晶片越大,散射就严重。晶片1<晶片
2,折射到管子里的声波β1<β2   亦即晶片2的散射较晶片1大。经过实践证明,对于小直径薄壁管超


声波探伤时,为了减小几何散射的影响,先将探头楔块磨成园弧状,晶片尺寸选择在6-10㎜之内,这样


散射现象不十分严重,且探伤灵敏度也能满足要求。  
2.2几何反射波的影响  由半扩散角公式θ=arcsin(k?λ/D)可知,晶片尺寸变小时,θ角将增大,指


向性变差。频率增大时,λ变小,θ值变小,指向性较好。采用方形晶片时,K=1。圆形晶片时,K=1.22


。为了克服由于晶片小,指向性差,工件壁厚薄焊缝根部及焊缝表面几何反射波杂乱的现象,就需要提


高晶片的频率和适当增大晶片尺寸。所以选用晶片边长D不太小,频率为5MHZ的晶片,可使几何反射波大


大减小。  
2.
3缺陷定位的影响  由于几何反射信号的存在,在探伤中定位方法的选取就很重要。为了定位的准确,必


须在调整仪器时利用远场区进行定位。由横波声场第二介质中的近场长度公式N=(FS/πλ2)?


(cosβ/cosα)-(L1tgα/tgβ)可知,在探头晶片频率一定时,要使N变小,就必须减小FS。 通过计


算表明,当方形晶片D≤8㎜ 时,即可满足要求。比如,选用D=8㎜,频率为5MHZ,K=2.5, 斜探头入射点至


晶片距离L=12㎜, 探伤壁厚为6㎜的管子对接焊缝,其在第二介质中的近场长度 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探头一的声程S=6/cos68.3=16.2㎜,管


子中声程已大于探头的近场长度,可以满足远场定位的要求。  
3.1探伤操作:  3.1试块、仪器、探头的基本要求  
3.1.1目前无论是电力系统,还是石油系统,都在标准中规定了试块的型号,不同的直径有不同的试。 


3.1.2仪器  仪器选用数字式超声波探伤仪,其工作频率应该是1-10MHZ范围,分辨力要求在声程差2


㎜时,不低于26dB,仪器与探头的组合灵敏度在探测20㎜深的Φ1横通孔波高二格高时,仪器灵敏度至少


有20 dB以上的余量,仪器的始波宽度5MHZ时,不超过2.5㎜(相当于钢中深度)。  
3.1.3探头  晶片尺寸选用8×8㎜ 或者6×6㎜ , K值选用2.5~3.0,探头的楔块依照不同管径磨成不同园


弧,以使其与管子吻合好。探头前沿长度在5~8㎜范围,要求波必须能扫查到焊缝根部。JB4730-


2005标准推荐用双晶斜探头或线聚焦探头。 频率5MHZ。  
3.2仪器的调整  
3.2.1扫描比例调整:在小管探伤试块上,选择15㎜和5㎜深的两个孔,按水平1:1定位法调节扫描基线


,并用10㎜深的孔进行校准。(也可采用声程定位法进行调节)  
3.2.2探伤灵敏度的调节  探伤灵敏度的确定,不同标准有不同的要求。如电力行业DL/T820-2002标准中


对中小径管焊接接头管子壁厚小于6㎜时,DAC曲线的绘制方法是将h=5㎜的Φ1横通孔回波调节到垂直刻


度的80%高,画一条直线,用于波检验,然后降低 4dB 再画一条线用于二次波检验。检测灵敏度是


DAC-10dB。石油天然气行业的 SY4065-93标准DAC曲线的绘制方法和JB4730-94标准中规定的方法基本相


同,只是其判废灵敏度为DAC-2dB,定量灵敏度DAC-8dB ,评定灵敏度DAC-14dB。  对未焊透的评定,标


准要求用未焊透对比试块来进行评定,DL/T820-2002标准中规定用半月状刻槽试块,而SY4065-93标准用


宽度为1㎜,深度为管子壁厚10%的对比试块,只要波高超过人工刻槽的未焊透就是不允许存在的缺陷。  


3.3实际检测  
3.3.1观察区的确定  由于小管焊缝壁厚较薄,又常用水平或者声程定位,所以在探伤时,首先要分清一


次波,二次波及三次波出现的区域,用标记点标注在仪器荧光屏上。为了减少鉴别反射信号的工作量,把


荧光屏上经常出现的几何反射信号的区域称之为非观察区,而把缺陷信号经常出现的区域称之为观察区


。如根部未焊透经常出现在波前附近区域,沿坡口未熔合经常出现在一、二次波之间的区域。在管


子壁厚小于8㎜时,常常利用三次波来判断根部缺陷。  对于不开坡口或钝边不大于2㎜的V型坡口焊缝,


现大多采用氢弧焊,这类焊缝由于根部较少产生未熔合缺陷,用波或三次波就能较好地发现根部缺


陷。  
3.3.2耦合剂:选用甘油、浆糊、机油等。  
3.3.2.3探头扫查方式:多采用锯齿扫查,探头前后移动距离要保证三次波能扫查到焊缝根部,对根部缺


陷用定位法扫查。  
4.波形分析  
4.1几何反射波