火力发电厂小径管焊缝超声波探伤方法

测人员的认真学习和实践积累。 4. 1 典型缺陷反射回波的分析和性质判断 4. 1. 1 根部裂纹
荧光屏上 的 深 度 读 数 在 一 次 波 处。两 侧 探
伤，焊缝水 平 定 位 交 于 一 点 或 非 常 接 近。 反 射 信 号强烈，波 形 尖 锐，陡 峭，清 晰，波 根 较 宽，波 高 较 高。探头前后移动时动态波形呈标准中Ⅲa 型或 Ⅲb 型。波形如图 1 所示。
图 2 根部未焊透
4. 1. 3 沿坡口边缘未熔合 从缺陷处 探 测 二 次 波 信 号 强，荧 光 屏 上 的 深
度读数在一次波之后，焊缝水平定位在探头本侧。 在对侧探测 时 一 次 波 信 号 强，荧 光 屏 上 的 深 度 读
数在一次波之前。焊缝水平定位在探头对侧。荧 光屏上波形 呈 锯 齿 状 或 草 丛 状，並 伴 随 着 出 现 尖 锐，陡峭，波高较高的信号。焊缝较宽、K 值较小 时一次波容易漏检。波形如图 3 所示。
L
L
T XF
T F X
H X
（a）超声波在工件中传播示意图
H
2H
（b）探头在左侧的超声波
回波示意图
H
2H
（c）探头在右侧的超声波
回波示意图
图 3 沿坡口边缘未熔合
X—缺陷距下端面的距离
4. 1. 4 焊缝内部点状缺陷 处于焊缝内部的点状缺陷，在双侧用一、二次
波基本都可发现，只是信号强弱不同，焊缝水平定 位交于一点或非常接近。典型的单个气孔波形尖 锐，陡峭，清晰，波根较窄。波形如图 4 所示。
L L
T
F
T
F
H （a）超声波在工件中传播示意图
H
2H
（b）探头在左侧的超声波 回波示意图
H
2H
（c）探头在右侧的超声波 回波示意图
图 1 根部裂纹
H—工件厚度； L—回波水平定位； T—始波； F—缺陷回波
4. 1. 2 根部未焊透 荧光屏上的深度读数在一次波之前。焊缝水
平定位在 探 头 本 侧。 两 侧 探 测 回 波 相 似，形 成 端
3 缺陷定量检测及评级
根据标准中规定对所有反射波幅位于Ⅱ区或 Ⅱ区以上的缺陷，均应对缺陷位置、最大反射波幅 和缺陷指示长度进行测定。缺陷指示长度在Ⅱ区 或Ⅱ区以上时均采用定量线的绝对灵敏度法测其 长度，当缺陷最大反射波幅位于Ⅰ区时，如认为有 必要记录，则 以 评 定 线 绝 对 灵 敏 度 法 测 其 指 示 长 度。需要注意 的 是，缺 陷 的 指 示 长 度 应 先 换 算 以 后再评级，即 缺 陷 指 示 长 度 要 小 于 探 头 左 右 移 动 距离。
在对根部缺陷评级时，标准规定了在 10 mm 焊缝范围内，同时存在条状缺陷和未焊透时，应评 Ⅲ级，考虑到 电 厂 小 径 管 都 是 高 温、高 压 下 工 作， 且目前都是 氩 弧 焊 打 底 或 者 为 全 氩 弧，应 对 根 部 缺陷从严，因 此 可 掌 握 的 原 则 为： 氩 弧 焊 打 底 焊 缝，存在根部未焊透缺陷时，评为不合格； 焊接接 头存在裂纹、坡 口 未 熔、层 间 未 熔 缺 陷 时，评 为 不 合格； 如探伤人员能判定为层间密集等危险性缺 陷时，评为不合格。标准以 Φ2 × 20 mm 的长通孔 模拟了根部的线性缺陷，存在一定误差，实际中可 以用同批管子在内壁做一些不同深度的尖角槽， 来模拟未焊 透 等 根 部 缺 陷，以 根 部 缺 陷 和 试 块 上 尖角槽的三次波进行波高对比，定量更加准确。
1 探头 K 值选择原则
小径管焊 缝 超 声 波 探 伤 一 般 采 用 小 晶 片、大 K 值、短前沿、高阻尼，频率 5 MHz，以获得较大的 一次波扫查范围，但是 K 值越大，探头杂波、表面 波就越多，一般选择探头 K 值不宜超过 3。标准中 对探头选择 进 行 了 规 定，不 同 管 壁 厚 度 选 择 不 同 的 K 值。实际中掌握原则是选用的横波探头应满 足直射波声束中心线能扫查到焊接接头的 1 /4 以 上壁厚范围。

不良，会在日 后 的 高 温 高 压、长 时 间 运 行、起 停 炉 等复杂工况中发展导致焊缝失效。因此综合考虑 各种检测手段的优缺点可保证得到最好的检测效 果。
参考文献：
［1］JB / T 4730-2005，承压设备无损检测［S］． ［编辑： 魏 方］
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4. 2 几种伪缺陷信号的识别 4. 2. 1 根部焊瘤
根部焊瘤 对 声 束 起 会 聚 作 用，有 一 定 长 度 的 焊瘤在双侧都能探到，波形陡峭，尖锐，清晰，信号 较强。动态波形与未焊透、裂纹、内凹差不多。焊
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《冶金自动化》2010 年 S2
L L
H X
（a）超声波在工件中传播示意图
TF X
T
F
X
H 2H （b）探头在左侧的超声波
回波示意图
H 2H （c）探头在右侧的超声波
回波示意图
图 4 焊缝内部点状缺陷
缝上水平定位在探头对侧并互相交叉。荧光屏上 的深度读数在一次波之后。波形如图 5 所示。
L
L
T
T
H
（a）超声波在工件中传播示意图
H 2H
（b）探头在左侧的超声波 回波示意图
H 2H
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较好的缺陷 回 波，就 会 出 现 同 一 缺 陷 射 线 检 测 不 超标的缺陷 而 超 声 检 测 时 超 标，超 声 检 测 不 超 标 的缺陷而射线检测超标。对于较小的线性缺陷， 如根部打底 因 焊 工 手 法 导 致 焊 接 接 头 不 良，在 射 线底片投影 时 呈 现 很 小 的 影 像，而 超 声 波 检 测 时 却能收到很 强 的 回 波，这 样 就 呈 现 超 声 检 测 好 像 偏严，其实不然，如果多层焊都在一个位置接头很 易形成贯穿性缺陷导致焊缝失效； 如果根部接头
4 缺陷波的性质判断
小径管探伤中由于管壁较薄，干扰信号较多， 正确识别缺 陷 信 号 和 非 缺 陷 信 号，必 须 靠 无 损 检
收稿日期： 2010-05-04 作者简介： 王 强（ 1982 － ） ，男，河北石家庄人，助理工程师，主要从事电站锅炉压力容器的检验工作。
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《冶金自动化》2010 年 S2
总之，对小径管焊缝缺陷定性，单凭缺陷的某 一种特征来判断其性质是困难的，片面的，由于实
际情况的复 杂 性 和 多 样 性，必 须 对 各 种 特 征 以 及 焊缝的焊接 情 况 进 行 综 合 考 虑，才 能 做 出 较 正 确 的结论。
5 关于射线和超声在小径管探伤中的比较
由于小径 管 较 薄，超 声 波 对 上 层 间 的 气 孔 检 出率较低。一次波检测时，缺陷尺寸越大，位置越 靠上表面，越容易漏检，即缺陷直径大于波长的 3 倍，缺陷对声 波 镜 面 反 射，当 声 束 倾 斜 入 射 时，大 部分声压镜 面 反 射 探 头 接 收 不 到，导 致 回 波 声 压 较低，波幅较低； 且由于小径管内弧对超声波的散 射影响，导致 一 次 波 终 点 与 二 次 波 终 点 声 能 相 差 较大，二次波 检 验 波 高 也 较 低，可 能 会 漏 判，而 当 缺陷直径较小时，缺陷波能量成球形分布，垂直入 射和倾斜入 射 都 有 大 致 相 同 的 能 量，反 而 能 得 到
角反射，回 波 信 号 强 烈，波 形 尖 锐，陡 峭，清 晰，波 根较宽，波 高 较 高。 探 头 前 后 移 动 时 动 态 波 形 呈 标准中Ⅱ型。波形如图 2 所示。
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（a）超声波在工件中传播示意图
H 2H
（b）探头在左侧的超声波 回波示意图
H 2H
（c）探头在右侧的超声波 回波示意图
本文所指小径管为外径 D = 32 ～ 89 mm、壁厚 t = 4 ～ 14 mm 的锅炉受热面管，其环向对接焊缝检 测可以执行 JB / T 4730-2005《承压设备无损检测》 标准（ 以下简称标准） 中“钢制承压设备管子和压 力管道环向对接接头超声检测和质量分级”部分。 火力发电厂大部分受热面管如省煤器、过热器、再 热器、水冷壁都是小径管，其焊口数量非常多，600 MW 机组小径管厂家制作焊口约 35 000 个，安装 焊口约 18 000 个。小径管对接焊缝一般采用手工 电弧焊、钨极 氩 弧 焊 打 底 手 工 焊 填 充 或 全 氩 弧 等 方法进行焊 接，焊 缝 中 常 见 缺 陷 有 气 孔、夹 渣、未 焊透、未熔合和裂纹等。因对危害性缺陷如裂纹、 未熔合等检 出 率 高，近 年 来 采 用 超 声 波 探 伤 方 法 检验小径管对接焊缝已经广泛应用于大型锅炉的 安装和检修 检 验 中，以 下 介 绍 超 声 波 在 小 径 管 焊 缝探伤中应注意的问题。
其他容易干扰的如变形波 、油膜波等。变形
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（a）超声波在工件中传播示意图
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（b）探头在左侧的超声波 回波示意图
H 2H （c）探头在右侧的超声波
回波示意图
图 6 错口
波是由于横波在工件一侧倾斜入射发生波型转换 而产生的反射纵波和反射横波。这些变形波都出 现在二次 范 围 内，易 误 判 为 缺 陷 波。 可 用 手 指 沾 油拍打焊缝 上 变 形 纵 波 的 反 射 点，观 察 荧 光 屏 上 波形的相应跳动来区分； 若探头进油或刷油过多 则易产生油 膜 波，通 常 起 伏 不 定，重 复 性 不 好，可 以用油刷刷在探头前，油膜波立刻消失； 如果检测 面有凸起或凹坑，也会形成杂波，可将检测面处理 平后消除； 另外若焊缝较平滑，余高较小，探头容 易骑到焊缝而产生一些回波； K 值过大时存在严 重的表面回 波，这 些 都 可 能 影 响 正 常 波 形 进 而 引 起误判。
2 灵敏度的确定
标准中提供了 GS-1 ～ 4 系列对比试块，涵盖 了小径管曲率半 径 范 围，人 工 反 射 体 为 Φ2 × 20 mm 的长通孔，代表小径管中较常出现的线性缺 陷，如： 未焊透、未熔合等。可以看出当壁厚不大
于 8 mm 时，标准所用的评定线与定量线灵敏度都 是以 Φ2 × 20 mm 人工反射体的波幅增益 16 dB 为 准，这样主 要 是 考 虑 了 薄 壁 管 灵 敏 度 太 高，杂 波 多，影响缺陷识别，提高了实际探伤使用价值。
（c）探头在右侧的超声波 回波示意图
图 5 根部焊瘤
4. 2. 2 错口 错口从一 侧 探 测 时 信 号 较 强，荧 光 屏 上 的 深
度读数在一次波之处。焊缝上水平定位在探头对 侧。而从另一侧探测时没有信号。要注意与单侧
未焊透的 区 别。 错 口 是 一 种 伪 缺 陷，但 是 如 果 从 外部测量错口量超过壁厚的 10% ，则不符合探伤 要求。波形如图 6 所示。
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火力发电厂小径管焊缝超声波探伤方法
王 强，敬尚前，张广兴
（ 河北省电力研究院 锅检中心，河北 石家庄 050021） 摘要： 通过实践讨论了利用国家《承压设备无损检测》标准对火力发电厂小径管超声波探伤中确定探头 K 值选 择、波形判断、灵敏度等的要点，阐述了对小径管超声波探伤的波形判断和缺陷识别方法。 关键词： 小径管； 焊缝； 超声波探伤