小径管弯管段超声波检测内壁裂缝方法探讨

小径管弯管段超声波检测内壁裂缝方法探讨

董亮

（武汉锅炉股份有限公司质量检查处 武汉 430000）

摘 要 小径管原材料检测一般采用涡流和超声波在线检测。已加工成型的弯管，针对弯管段内壁的裂缝，采用直接接触法手工超声波探伤方法，能快速检测缺陷，达到检测目的。

关键词 小口径管；探头；曲面探伤。

1 前 言

电站锅炉在运行过程中由于小径管爆管造成的停炉占有很大的比例，而爆管的原因主要有2种：第一，在制造钢管的过程中产生的缺陷——原材料存在缺陷；第二，钢管在加工过程中（焊接、弯管过程）产生的缺陷。对第一种情况，小口径管原材料进厂后，采用涡流和超声波在线自动检测，能有效地保证原材料的质量。针对第二种情况，小口径管对接焊接接头一般采用射线检测来保证焊接质量；如果小径管在弯管过程中弯头部位产生了缺陷，由于对弯头部位采用射线检测方法不易操作，也达不到检测缺陷的目的，因此采用超声波检测方法。

小径管原材料在线检测合格后进入弯管工序。在弯管时发现有弯裂断开情况，取样后发现在钢管内壁弯头的外圆弧有环向裂缝产生。针对这种缺陷，射线检测方法已不能操作，而常规的超声波检测也不能准确地发现缺陷，此时采用小晶片、专一K 值（管壁厚度不同其K 值也不一样），带弧面的探头进行超声波检测，能达到检测缺陷，保证弯头质量的目的。

2 实 例

下面以Φ51×8.5mm 小径管为例来说明

2.1探头的频率，晶片尺寸 小径管直径为51mm ，壁厚为8.5mm ，弯管处半径为53mm （见图一），探头在直径51mm 的弧面上对曲率半径为53mm 的弯管段进行探伤，为保证探头与钢管表面接触良好，可选用频率为5MHz ，晶片尺寸为6mm×6mm 的横波斜探头。检测范围为弯管段加上两端各200mm 直管段的外圆弧侧钢管如见图一所示。

图1

2.2探头的K 值

探头在弯管段探伤，为使超声波主声速轴线扫查到钢管内壁，K 值应满足（见图二） ︒=-=-1.57)535

.853(sin 1β

55.11.57≤≤tg K

图2

钢管弯成90°后，其弯管段的钢管被压扁了（管壁减薄，K 值可以增长），钢管的半径变成27mm 左右。探头从直管段朝弯管段进行探伤时，钢管弧面从25.5mm 逐渐过渡到27mm 左右，而且在这一过程中还存在一个曲面探伤的情况，因此探头表面做成半径为28mm 的弧面，K 值为2.0，这样做是为修磨探头留下余量。

用数字仪（汕头CTS-9002）与探头配合，在Φ1×15mm 的曲面试块上按深度5：1调节时基线。取一个已剖开的小口径管，其内壁有一个宽3mm 的裂缝，用超声波扫查，找到裂缝的最高波，仪器显示其深度为4.5mm 反射波幅度为Φ1-25dB 。裂缝反射波很低，说明探头K 值不当，主声束轴线没有垂直入射到裂缝。下面通过计算，来找一个理想的K 值，使超声波主声束垂直入射到裂缝。

图3

裂缝高BF=4mm 宽CD=3mm

由图三知

裂缝高8.5mm-4.5mm=4mm ，宽3mm ，

︒

==∠-6.20)42

/3(1tg DBO 当K=1.6时，β=58° 弯管曲面半径r=106/2=53mm

22)

()(d r kd BO -+= =2

2)5.453()5.46.1(-+⨯

=49mm

ABO ∆中，53sin 49

58sin θ=︒

令ABO ∠=θ ︒=︒

⨯=-5.66)4958sin 53(sin 1θ

∵θ最小为90°

∴︒=︒-︒=5.1135.66180θ

︒=︒-︒=∠325890ABE

DBO ABE ABO EBD ∠-∠-∠=∠ =113.5°-32°-20.6°=60.9°

EBD ABE ABD ∠+∠=∠

=32°+60.9°=92.9°

同样可以得到

K=1.7时， ︒=∠91ABD

K=1.75时， ︒=∠5.89ABD

以上计算说明K=1.7时或K=1.75时，超声波主声束轴线基本上与裂缝垂直，裂缝反射率最大。如果取K=1.7， β=tg-11.7=59.5°

在半径为53mm 的曲面上探伤，其最大壁厚T 由53535.59sin T

-=︒

得T=7.3mm

与8.5mm 相差1.2mm

如果考虑弯管段的钢管壁厚减薄量，那么用K=1.7的探头，超声波主声束也能扫到钢管内壁。 用Φ51×8.5mm 的钢管做一个对比试块，在试块内壁环向刻一个深0.5mm 的60°V 形槽（人工缺陷），用K1.6和K1.7探头分别探测V 形槽和Φ1×15mm 曲面试块上深8mm 的横孔，使反射波高均为示波屏满刻度的80%。探测结果如下：

表一

由表一可知，

⒈ 1.7探头比K1.6探头的灵敏度要高，特别是对V 形槽探测时。

⒉ K=1.7时，V 形槽反射波比Φ1横孔的反射波高8dB 。

综上所述，探头选用5MHz ，晶片尺寸6mm×6mm ，K=1.70，弧面半径为28mm 。将探头放在钢管上，修磨探头前部使K 值达到1.7。修磨时要在弯管附近修磨，使探头前部尽量与弯管曲面吻合。 2.3检测 用修磨好的探头在Φ1×15的曲面试块上按深度5：1调节时基线。按深度调节的好处是，能根据数字仪上显示的反射波深度，马上判断出它是钢管内表面的反射波还是钢管内部的缺陷反射波。钢管内表面的反射波在仪器上显示的深度一般均大于或等于钢管壁厚。

为了使探头能与钢管的直管段和弯管段都接触良好，探伤时要用手指轻压探头前部。探伤时，探头平行于钢管轴线，从正、反两个方向进行扫查，扫查速度不能快，以Φ1-18dB作为扫查灵敏度。

对有裂缝的钢管探伤，目视可见的三处小裂缝其反射波高达到Φ1-10dB（相当于V形槽-2dB）。根据反射波的深度位置和波幅高度来判别缺陷，深度小于8.5mm，且波幅大于Φ1-12dB者，可判定为裂缝缺陷。

3 结论

对小口径管弯头部位的环向裂缝，采用小晶片、专一K值，带弧面的探头进行超声波检测，可以在最短的时间内检出裂缝缺陷，达到检测目的，确保弯头质量。

参考文献

超声波探伤，中国锅炉压力容器安全杂志社