封头与筒体组对B类焊接接头超声波检测

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摘要： 分析特种设备制造行业无损检测现状，存在的问题；制作典型人工焊接缺陷，包括裂纹、未熔合、未焊透及条状夹渣等缺陷。对试件进行100%射线检测，确定缺陷性质、大小和位置；用K2.0超声波探头在筒体侧进行检测；用不同K值的探头（K1.5、K2.0和K2.5）在封头侧分别进行检测。对两种缺陷评定方式的结果进行对比分析，确定超声波探伤应采取的方案。

Abstract： The status and problems of nondestructive testing of special equipment manufacturing industry are analyzed in this paper. Typical artificial welding defects including cracks， incomplete fusion， incomplete penetration and stripe slag inclusion are made. 100% radiographic testing is done to the specimen to determine the nature， size and position of the defect. The K2.0 ultrasonic probe is used to test the cylinder side； different K value probes （K1.5、K2.0 and K2.5）are used to test the head side respectively. The results of two kinds of defect assessment methods are analyzed to determine the solution that should be taken in ultrasonic flaw detection.

关键词： 裂纹；未熔合；未焊透；射线检测；超声波检测

Key words： crack；incomplete fusion；incomplete penetration；ray testing；ultrasonic testing

中图分类号：TG404 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）22-0038-03

1 目前特种设备无损检测现状和存在的问题

根据《压力容器安全技术监监察规程》第86条“压力容器壁厚小于等于38mm时，其对接接头应采用射线检测；……”的规定[1]，无损检测对A、B类焊接接头均采用X射线检测。其成本较高，效率低，现场检测条件要求严格，而且具有一定的危险性。有些危害性缺陷不易检出（如坡口边沿未熔合、未焊透等）。

根据新规程《固定式压力容器安全技术监察规程》第4.5.3.1条规定“压力容器的对接接头应当采用射线检测或者超声检测，超声检测包括衍射时差法超声检测（TOFD）、可记录的脉冲反射法超声检测和不可记录的脉冲反射法超声检测；当采用不可记录的脉冲反射法超声检测时，应当采用射线检测或者衍射时差法超声检测作为附加局部检测”[2]。如采用衍射时差法超声检测（TOFD）国内刚刚开始，设备和技术人员没有普及，许多场合不具备检测条件（比如封头与筒体组对的B类对接接头）。虽然超声波检测在国内有几十年的历史，技术比较成熟，专业无损检测技术人员较普及，但是超声波无损检测封头与筒体组对的B类对接接头，封头侧的探头移动区不满足JB/T4730.3-2005《承压设备无损检测》第5.1.4.1条大于等于“2.5KT”的规定，加上X射线检测习惯因素和监管部门没有标准可依，基本上没有采用超声波检测[3]。

在监督检验工作中，经常发现由于无损检测人员水平所限和X射线检测灵敏度的影响，有许多危害性焊接缺陷没有检出。如：自动焊纵焊缝端部裂纹（校圆所致）、气体保护焊和手工电弧焊的坡口未熔合（大部分评为表面缺陷）等。有些为错判，如：X射线探伤检测判为裂纹，其实为静电感光。

2 制作典型人工焊接缺陷

采用？准1000×10的筒体与封头进行组对。用各种不同的焊接方法进行组对焊接，制作人工典型焊接缺陷。

2.1 裂纹的制作 取300mm的焊接部位，两侧各100mm采用正常的焊条电弧双面焊。中间100 mm不焊接，开单面“V”坡口， 直边高度2mm， 坡口间隙5～6mm。采用氩弧焊打底焊接第一遍，用气焊加热、焊接后喷水冷却的方法，依靠热胀冷缩的内应力使其产生裂纹。用此方法连续进行三次，使裂纹扩展。正面进行焊条电弧焊，背面清根打磨氩弧焊封底[4]。

2.2 封头侧坡口边沿未熔合的制作 在封头坡口处开20mm长，深3mm 与坡口角度相同的槽，用18×8×3mm与封头相同材料的薄片贴于开槽处，周围采用氩弧焊封焊，然后打磨成与其它部位的坡口平齐。用钢印确定其位置（X射线很难检出）。然后进行双面焊条电弧焊。用相同的方法可以制作出筒体侧坡口边沿未熔合。

2.3 单面焊根部未熔合的制作 焊接部位组对间隙4mm，直边高度2mm，采用氩弧焊打底焊条电弧焊，对制作根部未熔合部位长20mm处，偏离中心2mm进行焊接。其它部位进行正常的焊接。偏离中心的另一侧就形成根部未熔合。

2.4 气孔和条状夹渣的制作 在合格的焊接接头表面，用角向砂轮机打磨出50×6×4mm的沟槽，在沟槽中加入小件铸铁（铸铁件的大小与根据要制作的条状夹渣尺寸相同）。用氩弧焊熔化小铸铁件，然后进行正常的焊条电弧焊。利用铸铁含碳量高、杂质多和熔化过程中易产生飞溅的特性，在熔化中形成气孔和夹渣。

2.5 未焊透的制作 增加坡口直边高度，坡口组对间隙为“0”，并减小焊接电流，可制造各种未焊透。用钢印确定其位置（X射线检出角过大时很难发现）。

3 X射线检测

对带有人工典型焊接缺陷的B类焊接接头进行100%射线检测，按JB/T4730.2-2005《承压设备无损检测》进行评定。把发现的焊接缺陷性质、大小和位置用钢印标记在试件上。以便在超声波检测中对比各类典型焊接缺陷的反射波形。带有典型焊接缺陷的的试件可按缺陷的类型分别制作成小件。在实际的超声波检测中，可作为对比试块，用来辅助判断缺陷性质。

4 对带有人工典型焊接缺陷环缝进行100%超声波检测

4.1 超声波检测设备和检测工艺 采用HS600C型数字超声波探伤仪机，按K1.5、K2和K2.5探头分别制作“距离—波幅曲线”。对整条焊接接头进行超声波检测。按JB/T4730.3-2005《承压设备无损检测》的规定进行缺陷评定。检测方法：用K2的探头对环缝筒体侧进行检测；用K1.5、K2和K2.5三种探头对环缝封头侧分别检测。记录起始波、缺陷最高波位置、伪缺陷波等波形，并测量反射波测量长度。

4.2 底片评定缺陷和超声波评定缺陷进行对比分析

通过上述射线检测和超声波检测，典型焊接缺陷位置基本相同，两种检测方法对人工典型缺陷筒体侧坡口边沿未熔合、封头侧坡口边沿未熔合、筒体侧根部未熔合、封头侧根部未熔合、根部裂纹、封头侧夹渣、气孔、较长裂纹及未焊透缺陷的检测结果对比见表1～表9（以纵缝为基准向右测量确定缺陷最高波位置）。

5 结论

用K1.5探头封头侧检出的缺陷最大波幅和缺陷指示长度，均低于K2探头筒体侧检出的缺陷最大波幅和缺陷指示长度；用K2.0探头封头侧检出的缺陷最大波幅和缺陷指示长度，多数情况下略低于K2探头筒体侧检出的缺陷最大波幅和缺陷指示长度，缺陷最高波幅波所在区与筒体侧检出的缺陷最高波幅所在区相同；用K2.5探头封头侧检测结果与筒体侧检测结果相近。所以用K2探头筒体侧检测该B类焊接接头，用K2.5探头封头侧检测该B类焊接接头完全符合要求。

通过用不同K值的探头进行检测可以看出筒体侧超声波检测结果和X射线检测结果相近，也符合JB/T4730.3-2005《承压设备无损检测》（第3部分：超声检测）的要求，封头侧的探头移动区不满足JB/T4730.3-2005第5.1.4.1条“探头移动区大于等于2.5KT”的规定，但从检测结果来看，射线能检出的缺陷，超声波也能检出，而且射线不能检出的危害性缺陷（如：坡口边沿未熔合、和射线成一定角度的小裂纹和未焊透），超声波也能检出。多年来超声波检测没有广泛使用，关键是工作见证。数字探伤机的广泛使用，加上数字影像技术的普及，能留下工作见证。

用数字探伤机，采用K2的探头进行筒体侧检测，K2.5的探头进行封头侧检测，并对A、B类焊缝交叉部位、超声波检测发现超标部位和超声波有怀疑的部位进行X射线复验。两种检测方法按各自标准进行评定，均合格时，才能认为该焊缝合格。采用这种检测工艺，能满足缺陷的检出，也符合规程的要求。

参考文献：

[1]压力容器安全技术监监察规程[S].北京：中国劳动社会保障出版社，1999.

[2]TSG R0004—2009，固定式压力容器安全技术监察规程[S].北京：新华社出版社，2009.

[3]JB/T 4730.2—2005，承压设备无损检测[S].北京：新华社出版社，2005.

[4]张文铖.金属熔焊原理及工艺[M].北京：机械工业出版社，2003：204-217.