小徑管超聲波探傷
1 小徑管焊接工藝控制

      由于小徑管超聲波探傷受各種主、客觀因素的影響較大，為盡量減少探傷中的誤判，使探傷工藝得到普遍使用、且增加適用性，小徑管焊接工藝管理在探傷中占有較重要的位置。探傷工需注意以下3項。

1.1 了解小徑管焊接工藝過程

    小徑管焊接目前基本采用全氬焊接或氬弧打底手工蓋面焊接方法。除可能存在焊接基本類型缺陷外，還可能存在氬弧接頭缺陷，如弧坑、接頭**等。有一些缺陷在焊接工藝評價中應給予重視，如未熔合、夾雜、氬弧接頭缺陷、外觀缺陷(焊瘤、余高過大、焊寬等)。應嚴格控制這些缺陷，盡量減少焊接缺陷類型， 為探傷提供便利條件。

1.2  焊樣的控制及挑選

      焊接前焊工焊接試樣練習是焊接與金屬監督的管理工作之一。焊工必須持證上崗，而焊樣代表著焊工當時的技術狀態及水平，一般讓焊工連續焊接3個試樣，從中抽取2個接近焊樣作為其代表試樣，從而準確反映出每個焊工的焊接水平及狀態，了解其可能在焊接過程中出現的焊接缺陷類型，為探傷工探前練習挑選試樣提供幫助，以便快捷準確地探傷。

1.3  焊接過程中的檢查

      焊接過程中的焊工自查、焊工間互查及焊接打底結束前探傷工對根部缺陷的檢查、標記收弧點等工作是至關重要的，其對探傷工控制根部缺陷，了解接頭情況，探傷中準確判定接頭缺陷有重要意義。

2  探傷工探前準備

2.1  探頭的選擇

現在市場提供的小徑管探頭規格有5 MHz 4×6、5×6、6×6、6×8 K1.5、2.0、2.5、3.0系列，4 MHz 4×6 K系列，2.5 MHz 6×8K系列探頭。據DL/T5048-95標準，探傷中需考慮管徑、壁厚、缺陷定位、缺陷類型、焊寬等來選擇頻率盡量接近5 MHz、適當的K值(β=70°為佳)、前沿短(5 mm左右)的探頭。這是因為從式(1)、(2)中可看出頻率越高，N_Ⅱ就長，而θ₀卻越小。表1列出了晶片面積為5×6，K=2.5， L₁=1時頻率f與N_Ⅱ的關系。

N_Ⅱ＝(F×f)÷(3.14×c_Ⅱ)×cosβ÷cosα-L₂    (1)

θ₀＝57×c_Ⅱ÷f÷a(或b)        (2)

式中N_Ⅱ——在介質Ⅱ中的近場區長度，mm

     F——實際波源面積，mm²

     f——探頭頻率，MHz

     c_Ⅱ——介質Ⅱ中的聲速，km/s

     α——縱波入射角

     β——橫波折射角

     L₂——入射點至假想橫波波源的距離，mm

θ₀——矩形聲源半擴散角

在實際探傷中小徑管探頭K值在直射波、一次反射波中變化較大。從日本有關研究資料了解到，β＝70°時對未焊透、裂紋、夾渣、氣孔綜合檢測效果較佳，β＝67.5°時對1 mm以下未熔合、0.2 mm以下縱向裂紋檢測效果較差，而實際探傷中直射波、一次反射波的K值變化恰為合理選擇探頭K值提供了幫助。

2.2  專用對比試塊的研制

      除備用好DL/T 5048-95規定的小徑管專用試塊及補償試塊外，考慮到缺陷可能在N～3N范圍內，還研制了以下專用對比試塊。其上孔、槽須與標準專用試塊的孔、槽做比較，做好dB相差值記錄，探傷中選擇其一攜帶備用。

2.3  儀器調試

      為便于探傷中判定缺陷，**定位，最好使用深度調節，使顯示屏能看到二次反射波，并做好距離—                                         波幅曲線。

2.4  靈敏度確定

      參照小徑管曲率、表面狀況、耦合劑選用等因素來調整做好的距離—波幅曲線，然后在符合DL/T5048-95標準掃查靈敏度的基礎上，對自制的專用對比試塊1、2(見圖1)做測試，找到實際探傷中適合的掃查靈敏度。

2.5  探前練習

在模仿實際工作環境情況下，選擇合理探傷掃查、評判掃查方式(矩形移動、直射波環繞移動一次、反射波矩形移動、前移動定位定量、后移動定位定量對探傷能否快捷、定位定量是否準確都有一定影響)。針對上崗實際焊工焊樣中有代表性的缺陷試樣進行探前練習，為準確評判打下基礎。在專用試塊1、2上進行多次練習調試，做好個人比較數據記錄；磨合探頭使之曲率穩定；根據K值變化，確定掌握K平均值，練習缺陷定位計算，面對現場的大工作量，使探傷快捷、準確， 為現場小徑管超聲波探傷做好準備。

3  技術問題探討

3.1 探頭選用上存在的問題

DL/T5048-95規定小徑管超聲波探傷選用單晶橫波探頭工作頻率為5 MHz，從表1可看出，選用表1列探頭，探傷公稱壁厚為4 mm，考慮制造廠允許-0.4 mm的壁厚偏差， 實際探傷將遇到很大困難，選擇探頭余地較小。如適當放寬探頭頻率，如將5 MHz放寬到4 MHz，那么其對θ₀影響較小（θ₀變化相對較小，薄壁角度擴散也相對較小），而對N_Ⅱ影響相對較大，使探傷成為可能。

3.2  專用對比試塊的合理性

      小徑管超聲波探傷據DL/T5048-95標準主要采用直射波及一次反射波，根據表1及計算看出，缺陷在小于3N的區域內，可用試塊比較法或距離—波幅曲線法定量分析，距離—波幅曲線現場使用需經常校驗。現場攜帶對比試塊，也十分必要。采用上述試塊1、試塊2，其合理性在于試塊材料及規格取自原管件或原管件焊件對剖，表面狀況與探傷管件相同，“U”槽相當于SD-Ⅲ溝槽，見圖2示，對比相差在-1dB到2dB間，而內外管表面φ1/2T球孔可進行靈敏度校驗、缺陷半定位半定量用，且便于制造，重量輕便于攜帶。

3.3利用直射波回波波形確定管內缺陷

      在小徑管實際超聲波探傷中發現直射波回波顯示很有特點，只要K值選擇恰當，其根部缺陷和中間缺陷可同時通過波形反映出來，見圖3、圖4所示。因為小徑管壁薄，焊接層為2到3層，而缺陷接近中、下部，故可同時反映出直射波實際走勢，見圖5。這樣一來區分上、中、下部缺陷變得容易起來，為缺陷定位提供了幫助。                                       

3.4  壁厚超標,18-8鋼、18-8/12Cr1MoV焊口超聲波探傷的可行性

在實際探傷中，通常會遇到公稱壁厚為4 mm，而負偏差使管壁厚在3.7 mm左右的管材。現在中大型機組過熱器較多采用不銹鋼管材。DL/T 5048-95標準已執行近4 a，小徑管探傷技術、設備日趨成熟，焊接技術、探傷經驗也日趨豐富，小徑管焊口超聲波探傷的可行性值得探討。

從試驗來看，選用適當的頻率、較大的晶片中心點到入射點距離、小晶片尺寸的探頭、適當儀器、試塊，加上實際探傷中對波形的研究，是可以解決上、中、下缺陷定位的（因在中厚壁管探傷中定位要**到1 mm以下是不切實際的）。而在薄壁管的實際探傷中過份要求**定位也是毫無意義的。故只要解決定量問題，小徑管超聲波探傷完全可以檢測壁厚為3.0 mm的薄壁管。

漳澤電力股份有限公司鍋爐的部分小徑管采用不銹鋼材料，其中以18-8鋼為多，規格為φ42 mm×5 mm、φ36 mm×6 mm，采用全氬弧焊接，焊寬在8 mm左右，管壁表面狀態要比同規格的合金鋼管好，做成專用對比試塊對其回波幅值進行測定，利用同種鋼管材制成專用試塊2型，把異種鋼焊口磨平制成槽、孔，在焊縫中心進行比較，得到數據如表2所示。

從表2可看出18-8鋼是具備小徑管超聲波探傷條件的。對18-8鋼、 18-8/12Cr1MoV 焊口小徑管超聲波探傷進行實驗，結果令人滿意。

 結論

     通過實際測試可以肯定對3～4 mm壁厚，18-8鋼、18-8/12Cr1MoV焊口的小徑管超聲波探傷是可行的。

    DL/T5048-95標準執行后，使小徑管超聲波探傷有據可循。對保證“四管”焊口質量、縮短檢修工期、減少探傷工作量及焊口泄漏有十分重大的意義。