摘要:介紹了小徑管超聲波探傷工藝在《電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范(管道焊接接頭超聲檢驗(yàn)篇)》(DL/T 5048-95)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的制定過(guò)程及在實(shí)際探傷中遇到的一些問(wèn)題，并提出了解決方法。
小徑管超聲波探傷是近幾年我國(guó)探傷界逐漸發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新興探傷技術(shù)，隨DL/T5048-95標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，此項(xiàng)技術(shù)在電力系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用，其對(duì)“檢修焊口進(jìn)行100%無(wú)損探傷”及消除“四管”泄漏有一定意義。
1  某電力公司簡(jiǎn)況
     某電力公司現(xiàn)有6臺(tái)機(jī)組，2臺(tái)100 MW，4臺(tái)210 MW。自1986年投產(chǎn)到1995年“四管”因焊口泄漏達(dá)540次，占金屬部件泄漏總次數(shù)的45 %，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。1995年以后，隨著小徑管超聲波探傷技術(shù)的發(fā)展及某電力公司消除"四管"中焊口泄漏的需要，此項(xiàng)技術(shù)開始在過(guò)熱器、再熱器、省煤器、水冷壁的檢修更換中得以應(yīng)用，使檢修焊口檢驗(yàn)率達(dá)100 %，檢修焊口合格率達(dá)100%，檢驗(yàn)過(guò)的焊口至今未發(fā)生泄漏，為機(jī)組**運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
      某電力公司小徑管超聲波探傷的特點(diǎn)是：小徑管規(guī)格較多，有φ32mm×4 mm、φ32 mm×6 mm、φ36 mm×6 mm、φ42 mm×4 mm、φ42 mm×5 mm、φ60 mm×5 mm、φ60 mm×6 mm；異種鋼1Cr18Ni9Ti/12Gr1MoV及同種鋼1Cr18Ni9Ti焊口數(shù)量多。在探傷過(guò)程中，考慮到工期、檢驗(yàn)率與射線檢驗(yàn)方法間存在的實(shí)際矛盾， 有些焊口探傷只能參考標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5048-95進(jìn)行， 探傷難度加大。在某電力科學(xué)研究院的大力協(xié)助下，采用超聲波探傷方法使檢修焊口達(dá)到100%探傷，保證了檢修工作圓滿完成。現(xiàn)就某電力公司小徑管超聲波探傷工藝的制定和取得的一些經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行介紹。
2  小徑管超聲波探傷工藝的制定過(guò)程
2．1 小徑管焊接工藝控制
      由于小徑管超聲波探傷受各種主、客觀因素的影響較大，為盡量減少探傷中的誤判，使探傷工藝得到普遍使用、且增加適用性，小徑管焊接工藝管理在探傷中占有較重要的位置。探傷工需注意以下3項(xiàng)。
2.1.1 了解小徑管焊接工藝過(guò)程
      在電力系統(tǒng)中，小徑管焊接目前基本采用全氬焊接或氬弧打底手工蓋面焊接方法。除可能存在焊接基本類型缺陷外，還可能存在氬弧接頭缺陷，如弧坑、接頭不佳等。有一些缺陷在焊接工藝評(píng)價(jià)中應(yīng)給予重視，如未熔合、夾雜、氬弧接頭缺陷、外觀缺陷(焊瘤、余高過(guò)大、焊寬等)。應(yīng)嚴(yán)格控制這些缺陷，盡量減少焊接缺陷類型， 為探傷提供便利條件。
2.1.2 焊樣的控制及挑選
      焊接前焊工焊接試樣練習(xí)是焊接與金屬監(jiān)督的管理工作之一。焊工必須持證上崗，而焊樣代表著焊工當(dāng)時(shí)的技術(shù)狀態(tài)及水平，一般讓焊工連續(xù)焊接3個(gè)試樣，從中抽取2個(gè)接近焊樣作為其代表試樣，從而準(zhǔn)確反映出每個(gè)焊工的焊接水平及狀態(tài)，了解其可能在焊接過(guò)程中出現(xiàn)的焊接缺陷類型，為探傷工探前練習(xí)挑選試樣提供幫助，以便快捷準(zhǔn)確地探傷。
2.1.3 焊接過(guò)程中的檢查
      焊接過(guò)程中的焊工自查、焊工間互查及焊接打底結(jié)束前探傷工對(duì)根部缺陷的檢查、標(biāo)記收弧點(diǎn)等工作是至關(guān)重要的，其對(duì)探傷工控制根部缺陷，了解接頭情況，探傷中準(zhǔn)確判定接頭缺陷有重要意義。
2.2  探傷工探前準(zhǔn)備
2.2.1 探頭的選擇
現(xiàn)在市場(chǎng)提供的小徑管探頭規(guī)格有5 MHz 4×6、5×6、6×6、6×8 K1.5、2.0、2.5、3.0系列，4 MHz 4×6 K系列，2.5 MHz 6×8 K系列探頭。據(jù)DL/T5048-95標(biāo)準(zhǔn)，探傷中需考慮管徑、壁厚、缺陷定位、缺陷類型、焊寬等來(lái)選擇頻率盡量接近5 MHz、適當(dāng)?shù)腒值(β=70°為佳)、前沿短(5 mm左右)的探頭。這是因?yàn)閺氖?1)、(2)中可看出頻率越高，NⅡ就長(zhǎng)，而θ0卻越小。表1列出了晶片面積為5×6，K=2.5， L1=1時(shí)頻率f與NⅡ的關(guān)系。
NⅡ＝(F×f)÷(3.14×cⅡ)×cosβ÷cosα-L2    (1)
θ0＝57×cⅡ÷f÷a(或b)        (2)
式中NⅡ——在介質(zhì)Ⅱ中的近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度，mm
      F——實(shí)際波源面積，mm2
      f——探頭頻率，MHz
      cⅡ——介質(zhì)Ⅱ中的聲速，km/s
      α——縱波入射角
      β——橫波折射角
      L2——入射點(diǎn)至假想橫波波源的距離，mm
θ0——矩形聲源半擴(kuò)散角
在實(shí)際探傷中小徑管探頭K值在直射波、一次反射波中變化較大。從日本有關(guān)研究資料了解到，β＝70°時(shí)對(duì)未焊透、裂紋、夾渣、氣孔綜合檢測(cè)效果較佳，β＝67.5°時(shí)對(duì)1 mm以下未熔合、0.2 mm以下縱向裂紋檢測(cè)效果較差，而實(shí)際探傷中直射波、一次反射波的K值變化恰為合理選擇探頭K值提供了幫助。
2.2.2 專用對(duì)比試塊的研制
      除備用好DL/T 5048-95規(guī)定的小徑管專用試塊及補(bǔ)償試塊外，考慮到缺陷可能在N～3N范圍內(nèi)，還研制了以下專用對(duì)比試塊。其上孔、槽須與標(biāo)準(zhǔn)專用試塊的孔、槽做比較，做好dB相差值記錄，探傷中選擇其一攜帶備用。
2.2.3 儀器調(diào)試
      為便于探傷中判定缺陷，**定位，*好使用深度調(diào)節(jié)，使顯示屏能看到二次反射波，并做好距離—波幅曲線。
2.2.4 靈敏度確定
      參照小徑管曲率、表面狀況、耦合劑選用等因素來(lái)調(diào)整做好的距離—波幅曲線，然后在符合DL/T5048-95標(biāo)準(zhǔn)掃查靈敏度的基礎(chǔ)上，對(duì)自制的專用對(duì)比試塊1、2(見(jiàn)圖1)做測(cè)試，找到實(shí)際探傷中適合的掃查靈敏度。
2.2.5 探前練習(xí)
在模仿實(shí)際工作環(huán)境情況下，選擇合理探傷掃查、評(píng)判掃查方式(矩形移動(dòng)、直射波環(huán)繞移動(dòng)一次、反射波矩形移動(dòng)、前移動(dòng)定位定量、后移動(dòng)定位定量對(duì)探傷能否快捷、定位定量是否準(zhǔn)確都有一定影響)。針對(duì)上崗實(shí)際焊工焊樣中有代表性的缺陷試樣進(jìn)行探前練習(xí)，為準(zhǔn)確評(píng)判打下基礎(chǔ)。在專用試塊1、2上進(jìn)行多次練習(xí)調(diào)試，做好個(gè)人比較數(shù)據(jù)記錄；磨合探頭使之曲率穩(wěn)定；根據(jù)K值變化，確定掌握K平均值，練習(xí)缺陷定位計(jì)算，面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的大工作量，使探傷快捷、準(zhǔn)確， 為現(xiàn)場(chǎng)小徑管超聲波探傷做好準(zhǔn)備。
2.3  技術(shù)問(wèn)題探討
2.3.1 探頭選用上存在的問(wèn)題
DL/T5048-95規(guī)定小徑管超聲波探傷選用單晶橫波探頭工作頻率為5 MHz，從表1可看出，選用表1列探頭，探傷公稱壁厚為4 mm，考慮制造廠允許-0.4 mm的壁厚偏差， 實(shí)際探傷將遇到很大困難，選擇探頭余地較小。如適當(dāng)放寬探頭頻率，如將5 MHz放寬到4 MHz，那么其對(duì)θ0影響較?。é?變化相對(duì)較小，薄壁角度擴(kuò)散也相對(duì)較?。?，而對(duì)NⅡ影響相對(duì)較大，使探傷成為可能。
2.3.2 專用對(duì)比試塊的合理性
      小徑管超聲波探傷據(jù)DL/T5048-95標(biāo)準(zhǔn)主要采用直射波及一次反射波，根據(jù)表1及計(jì)算看出，缺陷在小于3N的區(qū)域內(nèi)，可用試塊比較法或距離—波幅曲線法定量分析，距離—波幅曲線現(xiàn)場(chǎng)使用需經(jīng)常校驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)攜帶對(duì)比試塊，也十分必要。采用上述試塊1、試塊2，其合理性在于試塊材料及規(guī)格取自原管件或原管件焊件對(duì)剖，表面狀況與探傷管件相同，“U”槽相當(dāng)于SD-Ⅲ溝槽，見(jiàn)圖2示，對(duì)比相差在-1dB到2dB間，而內(nèi)外管表面φ1/2T球孔可進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)、缺陷半定位半定量用，且便于制造，重量輕便于攜帶。
2.3.3利用直射波回波波形確定管內(nèi)缺陷
      在小徑管實(shí)際超聲波探傷中發(fā)現(xiàn)直射波回波顯示很有特點(diǎn)，只要K值選擇恰當(dāng)，其根部缺陷和中間缺陷可同時(shí)通過(guò)波形反映出來(lái)，見(jiàn)圖3、圖4所示。因?yàn)樾焦鼙诒?，焊接層?到3層，而缺陷接近中、下部，故可同時(shí)反映出直射波實(shí)際走勢(shì)，見(jiàn)圖5。這樣一來(lái)區(qū)分上、中、下部缺陷變得容易起來(lái)，為缺陷定位提供了幫助。                                       
2.3.4 壁厚超標(biāo),18-8鋼、18-8/12Cr1MoV焊口超聲波探傷的可行性
在實(shí)際探傷中，通常會(huì)遇到公稱壁厚為4 mm，而負(fù)偏差使管壁厚在3.7 mm左右的管材?，F(xiàn)在中大型機(jī)組過(guò)熱器較多采用不銹鋼管材。DL/T 5048-95標(biāo)準(zhǔn)已執(zhí)行近4 a，小徑管探傷技術(shù)、設(shè)備日趨成熟，焊接技術(shù)、探傷經(jīng)驗(yàn)也日趨豐富，小徑管焊口超聲波探傷的可行性值得探討。
從試驗(yàn)來(lái)看，選用適當(dāng)?shù)念l率、較大的晶片中心點(diǎn)到入射點(diǎn)距離、小晶片尺寸的探頭、適當(dāng)儀器、試塊，加上實(shí)際探傷中對(duì)波形的研究，是可以解決上、中、下缺陷定位的（因在中厚壁管探傷中定位要**到1 mm以下是不切實(shí)際的）。而在薄壁管的實(shí)際探傷中過(guò)份要求**定位也是毫無(wú)意義的。故只要解決定量問(wèn)題，小徑管超聲波探傷完全可以檢測(cè)壁厚為3.0 mm的薄壁管。
某電力公司鍋爐的部分小徑管采用不銹鋼材料，其中以18-8鋼為多，規(guī)格為φ42 mm×5 mm、φ36 mm×6 mm，采用全氬弧焊接，焊寬在8 mm左右，管壁表面狀態(tài)要比同規(guī)格的合金鋼管好，做成專用對(duì)比試塊對(duì)其回波幅值進(jìn)行測(cè)定，利用同種鋼管材制成專用試塊2型，把異種鋼焊口磨平制成槽、孔，在焊縫中心進(jìn)行比較，得到數(shù)據(jù)如表2所示。
從表2可看出18-8鋼是具備小徑管超聲波探傷條件的。對(duì)18-8鋼、 18-8/12Cr1MoV 焊口小徑管超聲波探傷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果令人滿意。
3  結(jié)論
     通過(guò)實(shí)際測(cè)試可以肯定對(duì)3～4 mm壁厚，18-8鋼、18-8/12Cr1MoV焊口的小徑管超聲波探傷是可行的。
    DL/T 5048-95標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行后，使小徑管超聲波探傷有據(jù)可循。對(duì)保證“四管”焊口質(zhì)量、縮短檢修工期、減少探傷工作量及焊口泄漏有十分重大的意義。