淺談小徑管對接焊縫超聲波探傷

任朋飛

摘要：小徑管對接焊縫超聲波探傷由于管徑小、曲率大，壁厚薄等特點，用常規超聲波探傷儀和探頭時，對儀器及探頭要有一定的要求，在探傷方法上針對小徑管的特殊性進行不同于平板或大口徑管的調整。同時，還一直存在缺陷難以定位、定量的問題，且其壁厚在公差范圍內正負變化較大， 對缺陷的判定較困難。

關鍵詞 小徑管；對接焊縫；超聲波；探傷

前 言

隨著電力系統的裝機容量的增大，小徑管焊接接頭的數量也越來越多，合金鋼的應用也更加廣泛，裂紋等焊接缺隱出現的可能性也大大增加，對質量的要求也越來越嚴格，小徑管焊接接頭的檢驗比增加到100 % ，前幾年發展起來的超聲波小徑管探傷技術應用也越來越多與射線探傷比較，超聲波小徑管探傷具有不可比擬的優越性。首先，超專用波檢驗對裂紋，未熔合等面積性缺陷比射線檢驗靈敏高度； 其次 ， 超聲波檢驗對裂紋、未熔合等面積性缺陷比射線檢驗靈敏度高； 其次，超聲波檢驗不需要進行環境及自身防護，檢驗時對環境要求不高；第三 ， 超聲波檢驗費用低，勞動生產率高。所以，在電力建設生產中，小徑管超聲波探傷技術得到了空前的應用，取得了很好的效果，為保證安裝、檢修質量及工期起到了不可估量的作用。由于小徑管焊接接頭具有管壁膠薄、曲率半徑大、規格多等特點 ， 超聲波檢驗時存在諸多困難及需要注意的問題。

一、小徑管對接焊縫超聲波探傷的特點

1.小徑管焊縫寬 ，當壁厚較薄時 ，焊縫寬度往往大于管壁厚度。用1、2次波探傷時要選擇大的探頭入射角 ，而用2、3次波探傷時要選擇小的探頭入射角，且掃描比例擴大，超聲波形拉寬 ，這樣易學近區場干擾 ，給缺陷定性、定量帶來了相當大的困難 。

2.管壁曲率大，聲能傳輸損失大，探頭通過曲率大的圓弧面接觸。由于曲率大接觸不良對定量有影響 ，且聲波入射到管壁外表面為凸面，使聲束發散。在2、3次波探傷中，聲束傳輸路徑更復雜，經過多次發散、聚集，聲壓反射異于常規，聲壓計算也相當困難 ，降低了探傷靈敏度 。因此 ，小徑管超聲波探傷應提高探傷靈敏度進行，以補償曲率大、聲能發散及藕合不良的影響。

3.焊縫焊波高度、焊瘤尺寸與管壁厚度為同一數量級 ，在較高靈敏度探傷時雜波多 ，這樣給缺陷波的識別增加難度 ，需要操作人員熟練掌握焊縫 中各種缺陷反射波的靜 、動態波形 ，準確測量焊縫處管壁厚度 ，以準確區分缺陷波與雜波的特點 ，以免發生誤判 。

二、缺陷的識別與判定

1.一次波探傷缺陷波的識別

當采用一次波探傷時主要觀察儀器熒屏上一次波標記點前面出現 的反射波 ，因為聲波束掃過焊縫下半部 ，如果有反射則一般為缺陷反射，除盲區雜波外 。其次是位于一次波最大深度標記點上焊縫根部的反射波，當焊縫不存在錯 口時，要確定反射波對應的反射點的位置，如果反射點 位于焊縫中心點或探頭側，則判為缺陷。小徑管對接焊縫中大多數危害性缺陷如裂紋、未熔合和未焊透等都產生在焊縫根部，根部缺陷的判定與識別非常重要但根部缺陷的識別、判定比較困難，主要是小徑管壁厚變化很大，有些管子壁厚與公稱尺寸相差達0.5mm左右 ，使根部及靠近根部的缺陷反射波與錯邊 、焊瘤等產生的干擾波（雜波不易區分）。

2.二次波探傷缺陷波的識別

當采用二次波探傷時，在一次波標記點和二次波標記點之間出現的反射波 ，可能為缺陷波，也可能為雜波 ，在這個區域之前或之后出現的反射波則為非缺陷波 。缺陷波可用下述方法來判斷。

如果二次波聲束在內壁上的轉折點位于焊縫區外，反射點位于焊縫中，則該反射波判為缺陷波；如果二次波聲束在內壁上的轉折點在焊縫區內，則該反射波不能作為判傷的依據 ，應結合位置，波形等其它情況綜合判斷。

三、小徑管對接焊縫超聲波探傷應注意的問題

1.探頭的選用

小徑管對接焊縫探傷時，應盡可能選擇較大角度的探頭，使聲束能掃查到整個焊縫斷面，但當探頭角度較大時，聲束易擴散，易產生變形波， 干擾對缺陷的正確判定。另外， 要求一次波的主聲束至少應掃查到焊縫下部占壁厚1/ 4 的范圍，因此要求探頭有一定的移動區域。為滿足這一要求，除增大聲束入射角外， 還應縮短探頭聲束入射點至探頭前沿的距離。因此，如何選用探頭是進行準確探傷的前提條件。

2.探傷靈敏度的調整及掃描速度調整

由于小徑管對接焊縫是利用一次波和二次波進行探傷，因此一次波和二次波探傷靈敏度的調整很重要。根據DL/ T5048- 95 中的小徑管焊接接頭探傷距離-波幅曲線進行檢測時，由于反射雜波較多， 3 條線的判傷無法進行， 因此需對探傷靈敏度重新進行調整。

在超聲波探傷中 ， 掃描速度調整的準確性 ， 直接影響到對缺陷的定位準確以及對缺陷的判斷。對于壁厚較大的焊縫 ， 掃描速度調整有少許誤差可能影響還不是很明顯，但對于小徑管來說，由于其壁厚較薄 ， 影響就相當對來說要大得多。

3.聲能損失問題

在超聲波檢驗中 ， 若不對聲能損失進行補償 ，那么缺陷的回波高度必然要小于實際的回波高度 ，容易在檢驗中引起漏檢或誤判。小徑管焊接接頭超聲波探傷時，不僅要考慮聲波的耦合損失，還要考慮到由于小徑管的特點而引起界面擴散損失。由超聲波的傳播特點知道，當超聲波入射到凸界面時，聲束擴散；而在凹界面反射時，聲束也是擴散的，擴散程度隨界面的率半徑增加而增加。在小徑管焊接接頭超聲波探傷時 ， 聲波要經過入射到凸界面而進入工件，當使用一、二次反射波探傷時聲波又要在凹界面進行反射，加上小徑管的曲率半徑都較大，所以聲能的擴散損失較大，引起回波大幅降低。所以在實際工作中 ， 應充分考慮到這一點，必要時應采用DL5048 - 95 附錄H的方法進行小徑管內、外壁聲能損失測量，再在實際探傷時加以補償。

4.焊縫根部的檢測

小徑管對接焊縫中，如裂紋、未熔合、未焊透等危害性缺陷大都容易產生在根部， 因此根部缺陷的檢測很重要。但根部缺陷的判定有一定的難度， 主要由于壁厚變化較大， 管子實際壁厚與公稱壁厚有一定差距，所以根部的缺陷及近根部的缺陷回波與錯口、焊瘤等干擾波區分困難，因此對根部的反射波一定要認真分析，準確判定，防止誤判和漏判。

四、結束語

實踐證明 ，小徑管焊接接頭的超聲波探傷檢是代替射線檢驗的最佳方法 ， 它具有檢驗周期短、成本低、勞動生產率高等優點。只要在實際探傷工作中注意小徑管焊接接頭超聲波探傷的特有問題 ，根據工件實際情況選好探頭，正確調節整掃描速度，是完全能夠準確快捷地檢驗小徑管焊接接頭的焊接質量，保證電力生產的安全。另外，從現檢驗儀器的發展來看，若有小徑管探傷時使數字式超聲波探傷儀器，由于數字式探傷儀具有定位準確等特點，能使檢驗結果更加準確可靠。

參考文獻：

[1]李克明.超聲波探傷[J]北京： 水利電力出版社 ， 2005

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[3]華北電力技術[J].