堆焊层超声波检测--

钴基合金 堆焊用低合金钢 钴基或镍基合金 高合金铸铁 碳化物 钴基合金 高合金锰钢 钴基合金 钴基合金 奥氏体锰钢 钴基合金、碳化物型镍基合金
二、堆层的种类和作用
在压力容器中，常用的堆焊材料为奥氏体不锈钢和镍基合金，主 要作用是增加工件的强度和抗腐蚀性能。
例如炼油工业中的加氢裂化反应器是在高温高压临氢条件下使重 油裂化反应，生成轻质油品，提高轻质油品收率，生产高质量石 油产品的关键设备。这类反应器，为了能耐高温高压下的腐蚀， 一般采用2 1/4Cr-1Mo钢制造壳体及受压件。同时，由于介质中 还含有硫化氢，而Cr-Mo钢一般不耐硫化氢的腐蚀，所以在反应 器内壁堆焊耐硫化氢腐蚀的奥氏体不锈钢。目前，世界上大部分 加氢裂化反应器的内壁是采用309L+347L不锈钢带极堆焊作为内 壁的复盖层。其中，309L堆焊层是为了在2 1/4Cr-1Mo钢与347L 堆焊层之间获得具有较高韧性的过渡层，以阻止表面裂纹向母材 扩展；而347L堆焊层则是为了既能有效地防止硫化氢的腐蚀，同 时又有防止在反应器停车时，可能生成的腐蚀产物——连多硫酸 （H2SxO6）的应力腐蚀，因为347L是一种抗腐蚀性能较强的含 铌不锈钢材料。
T-434.4 堆焊校验试块 T-434.4.1 技术一的校验试块
校验试块外形和反射体应如图T-434.4.1所 示。应使用横孔或平底孔。堆焊厚度至少应厚 于要检验的厚度。母材厚度至少应为堆焊厚度 的两倍。
图T-434.4.1 技术一 校验试块
T-434.4.2 技术一的另一种校验试块 另外可以使用图T-434.4.2.1或T-434.4.2.2 所示的校验试块。堆焊厚度至少应厚于 要检验的厚度。母材厚度至少应为堆焊 厚度的两倍。
五、堆焊层的超声检测
c.母材与堆焊层结合面反射信号会影响探 测，这是因为母材与堆焊层的声阻抗不 同，在它们的界面上会有反射信号，一 般来说，它是比较小的，但当母材厚度 增加时，声束扩散的影响也增加，导致 界面反射信号的增大。560吨加氢反应器 筒体壁厚为210mm，个别筒体界面信号 已达Φ4左右。如果检测灵敏度过高，使 得界面信号超出示波屏，则会对界面缺 陷信号的判别带来很大的困难。
五、堆焊层的超声检测
• b. 底波法 直探头还可以使用底波法来校验。与试块法相同，
首先把T这段声程移出示波屏，然后利用母材与堆焊层 的结合面和底面的反射波校正时基线，用底面（大平 底）来校正探测灵敏度。
实践表明，用试块法和底波法校验的灵敏度相差 不是很大的，约在2dB左右，当然这不仅与堆焊层表面 的平整度以及探测面状态有关，还与所选的校正区域 有关。
五、堆焊层的超声检测
③耦合剂 • 可以使用化学浆糊、甘油、机油等，但要控制
杂质含量。 ④校验： • a. 双晶直探头灵敏度校验：将探头放在试块
的堆焊层表面上，移动探头使其从Ф3.2平底孔 获得最大反射波幅，调节衰减器使回波幅度为 满刻度的80%，以此作为基准灵敏度。 • b. 纵波双晶斜探头灵敏度的校准：将探头放 在试块的堆焊层表面上，移动探头使其从 φ1.6mm长横孔获得最大波幅，调节衰减器使 回波幅度为满刻度的80%，以此作为基准灵敏 度。
直探头的频率为2.5MHz，晶片尺寸 一般为φ20mm；纵波斜探头的频率 2.5MHz，晶片尺寸一般为20×22mm， 折射角β=45°。
五、堆焊层的超声检测
②校验方法
采用试块法或底波法。
• a.试块法 试块的形状和尺寸如下所示，试块的材料、堆焊工
艺、母材厚度T及堆焊层厚度δ均应与工件相同。
校验时，先使用深度范围旋钮 和水平旋钮把母材厚度T这段 声程移出示波屏。直探头检测 时，利用Φ3.2平底孔和底面回 波来校正时基线，用平底孔校 正探测灵敏度。斜探头检测时， 则利用交界面处的横孔和最接 近堆焊层表面的横孔来校正时 基线，用交界面处的横孔校正 探测灵敏度。
五、堆焊层的超声检测
五、堆焊层的超声检测
五、堆焊层的超声检测
可见，母材侧探出的缺陷当量一般要大于堆焊
层侧探出的当量，如果仅从超声波探伤技术来 分析，主要原因是这两种方法采用了不同形式 的探头。堆焊层侧探伤属于近表面探伤，采用 的是双晶直探头，它有聚焦作用，而母材侧探 伤使用的是单晶直探头，由于声场分布的面积 是不相同的，双晶直探头要比单晶直探头小， 因而它们从缺陷（或人工反射体）上接收到的 回波强度也不一样。表6是在堆焊层试块（厚 度为8mm）上对不同孔径平底孔回波进行比较 的结果，所用双晶探头频率为2.5MHz，芯片尺 寸为φ14mm，焦点深度为10mm。
五、堆焊层的超声检测
a.材侧探伤只适用于筒体、封头等形状较 为简单的工件，接管、凸台等的堆焊层 则不适用
b.母材侧适宜于用直探头对堆焊层进行检 测，而纵波斜探头的使用则应慎重，一 是纵波斜探头检测堆焊层下的再热裂纹 是否有效未经实际工件和缺陷的证实。 二是从试块上的试验来看，随着工件厚 度的增加，线性的展开和缺陷信号的分 辨均会更加困难。
图T-434.4.3 技术二 另一种校验试块
六、堆焊层超声波检测标准介绍
T-465 堆焊的校验
T-465.1 方法一的校验
应使用图T-434.4.1所示的校验试块进行校验。将探 头放到校验反射体回波最大的地方。调整增益使该 信号至满屏80%±5%，应以此作用为基准灵敏度。
T-465.2 方法二的校验
注：○优，△较优。
ห้องสมุดไป่ตู้
带极埋弧堆焊
电流1200A 电压28V 焊速12m/h △ △或○ ○ ○
带极电渣堆焊
1200A 25V
8.5m/h ○ ○ △
△或○
四、堆焊层的缺陷
堆焊层的缺陷按出 现的部位可分为4种：
1、表面缺陷，主要 有裂纹、气孔等。
2、堆焊层内的缺陷， 一般为夹渣和未熔合。
四、堆焊层的缺陷
堆焊层超声波检测
一、什么是堆焊层？
为了增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得 具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接，叫堆 焊，熔敷金属层叫做堆焊层。
堆焊的特点在于它不是把两个分离的部件连接 在一起，而仅仅是在焊件表面施焊一层熔敷金 属。
堆焊的工艺要求： （1）防止堆焊层的裂纹及剥离。 （2）防止堆焊层的硬度不符合要求。 （3）防止堆焊层零件变形。
图T-434.4.2.1 技术一 另一种校验试块
图T-434.4.2.2 技术一 另一种校验试块
六、堆焊层超声波检测标准介绍
T-434.4.3 技术二的校验试块 基准试块外形和反射体应如图T-434.4.3 所示。应使用钻至堆焊金属界面上的平 底孔。这些孔可从母材侧或堆焊侧钻。 堆焊厚度至少要厚于要检验的厚度。当 从母材面检验时，母材厚度与校验试块 厚度相差应在1in.(25mm)内。当从堆焊面 检验时，校验试块的母材厚度至少为堆 焊厚度的两倍。
三、常用的堆焊方法
表2 堆焊方法的应用
堆焊位置
堆焊方法 带极埋弧堆焊 带极电渣堆焊 钨极氩弧堆焊
筒体、封头等大
面积内表面
○
○
接管内表面 ○
手工电弧堆焊 药芯焊丝堆焊 ○
法兰面
○
○
局部表面
○
○
○
注：○适用
三、常用的堆焊方法
表3 带极埋弧与带极电渣堆焊比较
项目
焊接参数（0.4×75）
稀释率 表面成形 抗氢剥离，粗晶控制， 焊接过程稳定性，操作条件
五、堆焊层的超声检测
3、堆焊层侧探伤与母材侧探伤的对比 ① 对比试验 目的：
1)、母材侧探伤与堆焊层侧探伤的一致性，即堆焊层侧探测到的缺陷 母材侧是否能探出 2)、对这两种方法探测到的缺陷当量进行比较。
a. 直探头探测
校验采用试块法，探测灵敏度Φ4mm-6dB。结果表明：从母材侧探 测和从堆焊层侧探测的结果基本相符，从当量上来看，母材侧探出 的缺陷当量一般要大于堆焊层侧探出的当量。表4是F9筒体的探测结 果，表5是F6筒体的探测结果。
3、堆焊层与母材的未结合。
4、堆焊层下的再热裂纹。
特点：① 成群出现，垂 直于焊带方向，位于焊带之间凹
槽区域。 ② 长度≤10mm。 ③ 深度~2.5mm。
五、堆焊层的超声检测
堆焊层晶体结构特点： ① 晶粒粗大。 ② 晶粒具有方向。 超声检测可从堆焊层侧进行，也可从母材侧进行，主要
使用纵波探头。 1、堆焊层侧探伤方法简介 ① 探头 • 双晶直探头：频率f=2.5MHz，φ14~φ20mm。用于探测
五、堆焊层的超声检测
⑤扫查： • a. 扫查灵敏度在基准灵敏度上提高6dB。 • b. 双晶直探头扫查时应将探头分隔面平
行于堆焊方向，垂直于堆焊方向进行扫 查。
五、堆焊层的超声检测
2、母材侧探伤方法简解 用直探头探测堆焊层内的缺陷以及
堆焊层与母材的未结合，用纵波斜探头 探测堆焊层下的再热裂纹。
①探头
当然，缺陷当量的大小还与其它因素有关， 特别是缺陷的性质及其表面形状等，这就是 个别缺陷从堆焊层侧探出当量要大于母材侧 探出当量的原因。
五、堆焊层的超声检测
b. 斜探头的探测 斜探头的探测灵敏度采用φ1.6mm横孔。探
测结果是这两种方法均没有发现缺陷。
五、堆焊层的超声检测
② 比较结果
母材侧探伤有它的优点，一个优点是 耦合较好，不像打磨表面耦合不稳定， 干扰信号多。另一个优点是它特别适用 于在役检查。但母材侧探伤也有许多局 限性，它不能完全替代堆焊层侧探伤， 具体表现在以下几个方面：
五、堆焊层的超声检测
d.母材侧探伤检测出的缺陷，如果要返修 的话，一般还是要用堆焊层侧探伤方法 进行定位。
所以，制造过程中的探伤应以堆焊层 侧为主。在堆焊层侧探伤有困难或在 役检查时，母材侧探伤可以作为一种 替代的方法。
六、堆焊层超声波检测标准介绍
1、ASME锅炉及压力容器规范（2004版）
第V卷 无损检测 第4章 焊缝超声波检验方法
堆焊层内的缺陷以及堆焊层与母材的未结合。 • 纵波双晶斜探头：频率f=2~2.5MHz，晶片尺寸（5×10）
×2mm，折射角β=70°焦点深度位于结合面处，用于 探测堆焊层下的再热裂纹。
五、堆焊层的超声检测
② 试块：试块采用与工件相同材料、相同焊接工 艺制成，试块的堆焊层表面应能代表工件堆焊 层表面，试块的母材厚度至少应为堆焊层厚度 的两倍。
二、堆焊层的种类和作用
依据不同的要求选择堆焊层的种类，常 用的堆焊金属有铁基、镍基、钴基、铜 基以及碳化钨等几种类型。堆焊合金的 选择原则见表1。
二、堆层的种类和作用
表1 堆焊合金的选择原则
工作条件
堆焊用合金
高应力金属间磨损 低应力金属间磨损 金属间磨损+腐蚀或氧化 低应力磨料磨损、冲击浸蚀 低应力磨料磨损、切割刃 气蚀浸蚀 严重冲击 严重冲击+腐蚀+氧化 高温下金属间磨损 凿削式磨料磨损 热稳定性、高温蠕变强度（540°）
应使用图T-434.4.3所示的校验试块进行校验。将探 头放到能分辨第一个平底孔反射体回汉卡最高的地 方。调整增益使该信号至满屏80%±5%，应以此作 用为基准灵敏度。
六、堆焊层超声波检测标准介绍
T-465.3 方法一另一种校验
应使用T-434.4.2.1和T-434.4.2.2所示的校验试 块进行校验。应作如下校验： (a)探头应放在能得到最高回波的反射体的最大信号 处。 (b)调整增益使该号至满屏80%±5%，应以此作为基 准灵敏度。在屏上标出该信号的波峰。 (c)不改变仪器增益，将探头放在另一个反射体最大 回波的位置，在屏上标出该信号的波峰。 (d)将每个反射体在屏上的标记连起来就得到DAC曲 线。
五、堆焊层的超声检测
表6 不同孔径平底孔回波的分贝差值
由此可见，缺陷较小时，双晶探头比较接近 单直探头平底孔的反射规律；缺陷较大时， 反射回波差明显要比单直探头小。实际上， 这在界面回波上也得到充分验证，采用相同 探测灵敏度时，用单晶直探头在母材侧探伤， 很容易看到界面回波，而用双晶直探头在堆 焊层侧探伤时，界面回波很小，有时甚至几 乎看不到。
③ 波型显示 根据堆焊层的厚度和堆焊方法的不同，可以有不
同的波型显示。下面是两个比较典型的直探头探伤例 子。
五、堆焊层的超声检测
一是560吨加氢反应器筒身堆焊层探伤时的 波型，母材厚度210mm，材料2.25Cr1Mo，堆焊 层厚度8mm，材料为过渡层308L，堆焊层309L， 共分三次堆焊。
五、堆焊层的超声检测
二是某厂加氢反应器堆焊层探伤时的波型， 母材厚度202mm，材料12CrMo910，堆焊层厚 度3mm，材料1.4551，堆焊一层。
从图可见，堆焊层厚度较大 时，结合面的反射波和底波 可以分开，而堆焊层厚度较 小时则不能分开。两个波之 间的范围为评定区。 探伤时，应以底波作为参考 波，密切注意它的游动和变 化。另外，还应注意界面波 的变化，因为它的突然变大， 预示着结合面存在缺陷。