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管道对接焊缝未焊透自身高度超声测定方法研究 摘　要　介绍了管道对接焊缝未焊透自身高度超声测定方法试验研究过程,提出了用当量法测定管道对接焊缝未焊透自身高度的检测工艺。 1　前言 随着我国国民经济的高速发展,压力管道越来越广泛地应用于石油、化工、城市燃气、电力等行业中。压力管道在制造过程中会产生各种焊接缺陷,主要类型包括未焊透、未熔合、裂纹、气孔及夹渣等。怎样解决在建、在用压力管道焊缝的无损检测问题,确保压力管道安全使用,是需迫切解决的课题。 在压力管道焊接缺陷无损检测工作中,焊接缺陷的定量分析结果至关重要,尤其是对接焊缝中的未焊透缺陷。在用压力管道焊缝抽样无损检测的统计分析结果表明,各类焊接缺陷中未焊透缺陷的出现概率最大。能否用常规无损检测技术较精确的测定未焊透缺陷的高度,直接影响管道未焊透缺陷安全评定工作的可靠性。本文主要讨论小口径薄壁(4mm≤壁厚≤8mm)压力管道焊缝根部未焊透缺陷自身高度超声波测定方法工艺,提出了应用不同深度的槽形人工反射体作当量比较,测定管道对接焊缝未焊透缺陷自身高度的方法,并对实物试验结果和误差进行分析,为测量未焊透缺陷自身高度提供一种工艺方法。 2　超声检测工艺分析 是否能用超声探伤测定小口径薄壁管的未焊透缺陷,根据理论分析及实验结果,答案是肯定的,关键在于怎样利用超声探伤技术,选择合适的探头及工艺,提高未焊透高度测定的精度。 2.1　探伤方法的选择 超声检验是常用的无损检验方法之一,可用于对材料中缺陷的定位、定量。在定量中,根据超声与缺陷间相互作用,派生出多种定量测定方法,且检测结果不尽相同。 常用方法之一是当量法,所谓当量法就是用某一形状的人工缺陷反射体作为比较对象,缺陷(未焊透)与人工缺陷反射体反射波高相等时,该人工缺陷的尺寸,即为该缺陷的当量尺寸。当使反射体有可比性,可选用人工槽模拟未焊透缺陷。 另一方法为直接测深法,用探头直接测量未焊透顶端的反射波,定出端点的位置,从而测出未焊透的高度。此法的测定精度取决于管子的壁厚、缺陷的大小、以及仪器性能和探头的类型。对于小口径薄壁管,用测深法有相当的难度。本试验主要选择了当量法。 2.2　探头对检测方法的影响 (1)探头近场和前沿的影响小口径薄壁管检测时,探头近场往往会进入工件,探头的前沿影响一次波扫查,为保证检测的有效性,可采用三次波检测。 (2)探头接触面的影响接触面为平面的探头与管道外壁不能很好耦合,导致声压透射率下降。把探头接触面加工成有一定曲率半径的圆弧后,会形成声束发散,降低灵敏度。实际探伤时,探头可稍作修磨,便于操作。 2.3　实测时灵敏度补偿 应用对比试块的人工反射体作当量比较,来测定管道焊缝未焊透缺陷时,为保证缺陷定量的准确性,必须考虑对比试块与被检管道表面状态和材质的差异,在检测时给予补偿。 反射波波幅的主要影响因素包括工件探测面的粗糙度、工件内表面的状态(包括腐蚀、积垢、表面粗糙度等)、耦合状况和材料的材质衰减等。由以上原因造成的声能损失的大小可采用串列双探头法实测,在探伤时给予补偿。当然,也可以制作实物对比试块来解决补偿问题。 以上是小口径薄壁管环缝未焊透超声检测法工艺选择时必须考虑的因素。这些因素既反映了超声波检测方法本身的特点,又考虑了被检管道的特点。 3　试验过程和结果分析 根据前面的分析讨论,进行了以下几项实验研究工作,并分析了实验结果。 3.1　平板未焊透类缺陷检测试验 利用加工有不同深度线切割槽的平板试块(见图1),制作不同探头的槽深—波幅曲线,来讨论不同深度的未焊透类缺陷的反射特性和不同探头对未焊透类缺陷的反应。表1为所选典型探头特征表,图2为典型探头的槽深与波幅(dB)关系曲线。 关系曲线分析: 当槽深较小时,探头声束能覆盖槽深,反射声波的波幅随槽深的增加而增加,反射声波反映了槽深的当量;当波束不能覆盖槽深时,相当于端角反射,波幅变化不大,不能准确反映槽深当量。用当量法检测未焊透时,如未焊透深度小于关系曲线转折点的深度则可用槽深—波幅曲线做内插估计未焊透深度;如槽深大于转折点的深度时,当量法灵敏度低。一般制造标准给出的薄壁件对接焊缝坡口的钝边值在1～2mm左右。由图2可见,深度2.5mm以下的切割槽,反射波幅存在明显的差异,可用当量法检测。 不同探头在对同一槽深缺陷检测时,所反映的dB读数大小不同。在选择探头时,应尽量选择dB数大的探头,以留有足够的灵敏度余量,保证测量的精度。 3.2　管子环向未焊透类缺陷的检测试验 利用加工有不同深度槽的管子对比试块(见图3,管子试样尺寸为á76×4),使用与平板试块相同的检测工艺,可以制作出管子试件的槽深与波幅的关系曲线,见图4。图中选择了1号、2号和3号探头。 数据及关系曲线结果分析