超声波检测小径管对接焊缝的相关讨论

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【摘要】本文针对小径管对接焊缝的超声检测中探头的K值、合适的试块、合理的补偿量以及缺陷判定等几个方面来分析，讨论小径管超声波检测现场会出现的相关问题及解决方法。

【关键词】超声波 小径管 缺陷

在石油化工行业中，会存在管径小于89mm，壁厚小于12mm的小径管，在对此类管的对接焊缝进行检测时可以采用射线和超声波两种方法。超声波检测对未融合及裂纹等面积性缺陷较为敏感，小径管由于其自身管壁、曲率特点，在探测时会出现声束扩散，反射率较低，降低了检出率。且受焊缝余高和宽度的影响较大，需要大K值探头，同时就出现了声场的畸变以及各种特异现象，造成缺陷定位的困难，本文主要就以下几个方面进行分析讨论。

1 K值的相关分析

在超声波检测中，受小径管管径、曲率、管壁以及焊缝余高等特征影响，探头成为了一次波和二次波探伤的关键因素。在横波探伤中，探头角度的选择与声程范围、检验厚度以及所用波次相关。在工件内外表面的粗糙度、曲率等影响下，以一次波和二次波探伤可以有效减少声能损失，选用大角度探头能减少焊缝余高对其移动范围的影响，保证检测能覆盖整个焊缝断面。折射定律的表达为：

SinαL/C 1L = SinβS /C2S

对于小径管的焊缝探伤，需要设计专用试块来满足探头和仪器性能的测试要求。同时还需要设计对比试块来确定二次波探伤曲率对声能的损耗量和确定根部缺陷的当量。国内机构采用的小径管焊缝探伤试块的形状、人工缺陷大小和分布如下图1：

在实际操作中，可采用2*15mm横通孔，距表面深度的为4mm，5mm，7mm，10mm，分布按10mm间距时刻实现方便测绘距离-波幅曲线，提高工作效率。

3 补偿量确定的分析

试块的粗糙度与被探管子的探测面存在区别，需要进行表面粗糙度的补偿，检测中使用2个5MHz K3探头一收一发，利用60mm*5mm的焊样，对外表面打磨到与试块粗糙度相当、外表面打磨到与探伤情况相当、内表面不打磨以及内表面光滑四中状况进行实测。而在探伤中，管子内外表面一般为不光滑状态，在工件表面的粗糙度补偿量方面，一次波探伤以2dB为宜，二次波以4dB为宜。

在探头置于试块的A面时，探测T3孔最强反射波，调到满幅的60%时记录下衰减器的读数，在相同条件时，探头置于试块B面，对T3孔的最强反射波进行测试，调到满幅的60%，记录下衰减器读数，得到的两者之间的相差dB值就是内弧曲率折、散射补偿。

4 缺陷判定的分析

在缺陷的判断上，其埋藏深度可以直接在仪器上读出，其水平位置为深度乘以实测的K值。缺陷大小的确定包括条状缺陷和点状缺陷，条状缺陷指示长度的测量时，对于缺陷的长度大于等于声束直径，缺陷指示长度的测量可以采用半波高变法，以管子表面实测值计，不作深度修正。对连续多个缺陷回波的总长测量时，起点为开始的最大波幅，终点为最后一个最大波幅，测量获得的结果为该缺陷的总长。点状缺陷当量的大小评定依据是以反射波幅度和试块上2mm瞳孔的反射波幅度差值。在一次波探伤定量时还需要将表面粗糙度补偿量考虑进去，在二次波探伤时，在考虑表面粗糙度补偿外还要考虑弧折、散射补偿量。

缺陷波形的分析主要分为以下几个方面

4.1 焊缝内部缺陷

对于一次波探伤，其反射波会出现在一次波标记点前，二次波探伤的反射波会出现在一次波标记与二次波标记点之间。需注意区分变形表面波、根部变形波和扩散声束引起的余高反射波。验证可以是用沾油的手指拍打焊缝和水平定位是否在焊缝上。

4.2 焊缝根部缺陷

这种反射波会出现在一次波最大标记点上，水平定位在焊缝中心或探头侧。在此类检测时要区分好错边和焊瘤，仔细分析可疑信号来避免误判和漏检。根部缺陷的深度可疑通过沟槽试块对比来确定。

4.3 干扰波

在进行探伤时，荧光屏上显示中除了真正缺陷的反射波外还存在一些假信号，这类信号对缺陷的判定产生干扰，需要经过详细分析来区分。

在焊缝根部成形的影响中，根部成形较好时的反射波较弱或者没有，而存在熔透度较大以及成形不规则等成形不良时，在焊缝两侧探伤均会有根部成形反射信号。该信号的波形特点与一些根部缺陷相似，强度与根部成形所构成的反射条件相关，很容易形成缺陷误判。

本文针对探头的K值、合适的试块、合理的补偿量以及缺陷判定等几个方面来分析讨论小径管超声波检测现场会出现的相关问题，总结经验，为其他同类检测对缺陷的判定提供一定的参考。

参考文献

[1] 赵仁顺，梁志农.超声波检测钢管管体分层缺陷方法的研究与应用[J].钢管，2012.6

[2] 王军，冯菁菁.基于超声波检测的小径弯管缺陷识别[J].科技信息，2012.34