A级不锈钢管圆周对接焊缝超声检测主要参数的选择

《锅炉安全技术监察规程》要求对A级锅炉不锈钢管环焊缝进行一定程度的射线或超声波探伤。使用超声检查时，参数的选择对检查结果的影响较大。本文作者通过大量使用理论分析和实验论证方法的工作实践得出结论，A类锅炉II型焊缝超声检测应采用“大K值和短边界”和可调化学成分。已达到。作为粘合剂，糊状物具有最高的缺陷回波信号幅度。

外径159mm以下不锈钢管环向对接焊缝，P9.8MPa，100%辐射或100%超声波检测（安装现场，接头数量的50%）； P9.8 MPa，50%辐射或50%超声波检查（安装现场，接头数量的25%）。这意味着对于这些焊接接头，必须在出厂前采用辐射或超声波无损检测方法通过检验。对不锈钢管周向焊缝进行射线探伤可以得到更好的检测结果，射线膜可以作为检验的永久证据。因此，射线照相检查最广泛地用于这种类型的焊接接头。但是，对于一些复杂的结构，在辐射检测中很难实施，而对于经过现场检测的焊接接头，超声波检测将是最好的选择。

对于不锈钢管环焊缝的超声波探伤，锅炉范围内的管道和连接管普遍具有曲率半径小、管壁薄的特点，这给常规超声波探伤带来了困难。近年来的研究表明，相控阵技术作为一种超声检测方法，按照TSG G0001—2012 《锅炉安全技术监察规程》的要求，在检测管道圆周焊缝对焊缝进行无损检测方面取得了一定进展。锅炉中的接头，NB/T 47013-2015 《锅炉安全技术监察规程》标准的实施与标准中尚未包含分段排列检测技术，因此在实际实施过程中对这些焊接接头进行检测或按照NB/T 47013.3的相关要求进行检测-2015 用于使用传统超声检测方法的超声检测。因此，为了提高缺陷检出率，需要对探头K值、探头前沿、键合类型等超声检测关键参数进行优化。

1 管道环焊缝超声检测技术难点

在与A级锅炉有关的管周向焊接接头中，不锈钢管的曲率半径较大，连接管的曲率半径较小。这给超声波检测带来的困难在于，由于曲率半径小，正常探头与传感面的接触面也小，携带缺陷信息的反射波信号不易被探头接收到。缺少耦合损耗故障检测。另外，由于超声波是指向管道内表面的凸面，反射波发散很大，检测灵敏度大大降低。大多数不锈钢管壁薄且杂乱，因此很难确定这种缺陷。考虑到这一点，在处理超声测试时，应优化一些参数以达到最佳检测灵敏度。

2 选择主要参数

2.1 超声波探头选择

探针频率和芯片尺寸是对缺陷检测率影响较大的关键因素。对于探测频率，频率幅度与检测到的最小缺陷的大小直接相关。超声波的声速、频率和波长的关系如下：

c= f (1)

对于给定的测试材料，内部超声波的声速是给定的，频率f越高，波长越小，超声波检测所能检测到的最小缺陷约为/2[2]，因此可以发现最小的缺陷。从一个角度来看，应选择尽可能高的超声频率。

探针芯片尺寸的选择，根据NB/T 47013.3—2015 《承压设备无损检测》 4.2.2.2的要求，圆形芯片直径40mm，方形芯片四边长度40mm。并且芯片的尺寸应不超过40mm。超声检查的效果主要体现在半扩散角和近场区的长度上。芯片尺寸越大，它的一半就越小。 -扩散角近区的长度和芯片尺寸的关系如下。

N=Fs (2)

从近区越小，晶片尺寸越小，近区长度越小，有利于检测的观点来看。在NB/T 47013.3—2015 《承压设备无损检测》中，压力管道焊接接头分为I类焊接接头和II类焊接接头，其中工件厚度为5~150mm，外径大于159mm。 I型焊接接头。其他特点II 型焊接接头。

型焊接接头超声波检测技术条件与平焊接头相同，此处不作讨论。对于II类焊接接头，NB/T 47013.3-2015第6.4.3.1条：推荐使用线聚焦探头和双晶斜探头。探头频率通常为4 到5 MHz。管壁厚超过15mm，使用2.5~5MHz；探头块必须加工成与管道外径相匹配的形状。根据NB/T 47013.3—2015 《承压设备无损检测》的要求选择探头的K值，可按表31[2]的要求进行选择。选择型焊缝超声检测探头的K值，一般选择K值较大的探头，探头前缘比较短。这意味着对于管道环向焊缝，缺陷更容易出现在焊缝根部，用较大的K值和较短的前缘探头，至少扫描一次焊缝根部，用波浪能。

2.2 耦合剂的选择

在探头和工件之间使用耦合可以确保在异质界面处有足够的声音传输。当探头和传感表面之间有一层薄薄的空气时，超声波在传输过程中位于空气界面上方。它被反射回探头块，无法接收被检测工件内部的超声波返回信息。具有良好结合性能的材料可以很好地填充探头与传感面之间的间隙，从而可以将超声波传输到工件上，如果工件内部有反射信号，则探头可以接收到信号。启用超声波检测缺陷。除了为信号传输提供稳定的通路外，耦合剂的另一个功能是润滑。联轴器可减少探头与工件的摩擦，防止工件表面磨损探头，探头移动更方便。其功能可以概括为三点： (1)为探头块与工件之间的超声波信号传输提供了稳定的传输路径。 (2)通过耦合的声阻抗性能降低界面声能；损失，因此更多的声能到达工件进行测试。 (3)减少润滑、摩擦阻力和探头磨损。

在A级锅炉管道环焊缝超声波检测中，耦合剂的要求比一般设备的要求更为严格。这是因为A 级锅炉受压力和火焰的综合影响。耦合剂长期使用对人体无毒无害，不会腐蚀工件，测试完成后可轻松快速去除工程实践中常用的偶联剂有变压器油、甘油、水、机油、化学膏等。化学膏19甘油12.5负压往复透过率机油11.

在A型锅炉II型焊接接头的超声波检测中，由于检测面是弯曲的，曲率半径小，通常加工成与检测面相匹配的形状，但仍难以连接探头块。为了避免气隙的存在，选择合适的耦合剂来填充传感表面和探头之间的间隙对于提高检测质量非常重要。在A级锅炉类焊接接头超声检测中，对上述常用偶联剂甘油、机油和化学膏进行以下适用性分析。 (1)由于声阻抗特性，甘油可以达到最好的结合效果，但使用时需要用水稀释腐蚀工件，使用时检查时必须清洗，价格为高的。 (2)油取材较方便，对工件表面有良好的润湿作用，有一定的粘度，价格低廉，是目前使用最多的偶联剂。 (3)化学膏适应性强，浓度可调，可用于各种凹凸不平的表面，价格低廉，越来越广泛地用于超声波检测。

3 试块生产对比

用于A级锅炉环焊缝的对比试块，其化学成分必须与被测工件相似，其外形尺寸（主要是曲率）必须与被测管道尺寸相当。用于A级锅炉环缝焊缝检测的试块为GS系列，其形状和尺寸必须符合NB/T 47013.3—2015 《承压设备无损检测》图23和表30的要求。在生产过程中，需要根据待检测管道的外径制作相应的试块，然后用试块完成DAC曲线的创建。

4 测试演示

根据以上分析，甲级锅炉环焊缝超声检测的主要参数包括探头选择和耦合装置选择。本文通过制作模拟缺陷试样来验证不同耦合剂和不同K值探针对相同缺陷的检测灵敏度。试件尺寸为1085管道对焊接头，模拟管道定期检查缺陷为未焊透，采用以下组合检测缺陷。

(1) 5P66K2.5探头前缘为4和6，甘油，机油和化学膏。

(2) 5P66K3.0探针的前缘分别为甘油、机油和化学膏4和6。

(3) 5P66K2.5探头前沿4，5P66K3.0探头前沿4，甘油，机油和化学膏。

从上图可以得出以下结论：小芯片探头可检测1085管对焊接头的未焊透缺陷。具有不同探头前沿值的探头会影响检测幅度。信号，“短”前沿探头总能获得比“长”前沿探头更高的信号幅度。比较三种键时，使用可调化学膏获得的信号幅度始终相同。如果使用具有相同前沿的不同K 值探头来检测相同的缺陷，则较大的K 值探头可以获得更高的信号幅度。