薄壁管道焊缝超声波探伤

在电站热力系统中，有着大量的φ159～φ425、壁厚T≤8～12的中大口径薄壁管道。由于焊接位置和检验效率等问题，应用χ射线探伤总有许多不利。但用超声波探伤，也由于管壁薄，杂波多，近场区影响严重等问题，应用常规的探伤方法，缺陷的检出率较低，且目前国内的主要探伤标准JB4730—94、GB11345—

89、JB1152—81等标准的探伤范围并不包括此类薄壁焊缝。在实际工作中，我们主要根据DL/T5048—95标准的推荐，应用小径管探伤的灵敏度及判废标准，及小径管探伤的成熟经验进行此类焊缝的超声波探伤，简介如下：

一、 仪器

根据薄壁管的特点，选择分辨力较高和较窄始脉冲宽度，且定量、定位准确的仪器，为此选用数字式超声波探伤仪.

二、 探头

小径管探伤推荐应用的是小晶片、短前沿、高频率、大K值的探头，是由于小径管探头楔块加工成曲面后，探头边缘声束会产生散射、晶片尺寸愈大，散射愈严重，不利于晶片尺寸太大，我们在探伤时，探头的选择主要从以下几方面考虑。

（1） 用大K值，短前沿探头，增大一次波的检测范围，克服二次波探伤灵敏度较低的问题，使一次波的扫描范围在焊缝中心线深度1/4以上。

（2） 尽量选取近场长度小的探头，以克服近场的影响，尽量使一次波的扫描范围在1.64N至3N

（3） 高频率探头，指向性好，分辨力较高，但也存在着近场区大，衰减大等影响，在保证近场长度和灵敏度等前提下，取低频率。

1

（4） 在各项性能均满足的条件下，选较大晶片尺寸的探头，提高检测效率。 目前，国内出售的探头，适合上类要求的主要有5MHZ、5×5、K2.5、K3；5MHZ、8×8、 K2.5、K3；2.5MHZ、8×8、 K2.5、K3。

以上探头在钢中的1.64倍近场长度经计算，列表如下

注：上表是以公式N=FS /πλs (cosβ/cosα)—L*(tgα/tgβ)计算得出

根据以上选取原则，视探头前沿长度和焊缝宽度选取合适的探头类型。

三.试块的制作

试块的好坏是关键探伤的灵敏度的关键问题，DL/T5048—95标准推荐应用ф2×15横通孔试块，但其试块的尺寸并不符合薄壁管探伤的要求，加工边过于复杂，在对各项要求综合考虑的基础上，对试块进行重新制作。

（1） 标准孔选ф2×15，不与DL/T5048—95相违背，造成标准的不统一。

（2） 试块孔深，应满足T=4~8mm内的所有壁厚，均在一、二次波扫描范围内，取得三点，以利于数字式仪器的DAC曲线制作。

（3） 试块的宽度满足b>2λ*(s/De)。

四.仪器的调节（DAC曲线的制作）

利用CSK—IA试块测好K值，入射点，调好扫描比例后，用该对比试块制 2

作DAC曲线。

壁厚为4时，取孔深4、8、6点

壁厚为6时，取孔深4、6、8、12点

壁厚为8时，取孔深4、6、8、12点

做好曲线后存储于仪器内，再按相应的小径管测耦合补偿的办法测出补偿值Δ，根据DL/T5048—95标准和Δ值重新调整曲线，重新存储，在探伤时，直接调至面板应用DL/T5048—95 DAC曲线标准。

判废线 定量线 测长线

ф2×15—4—Δ ф2×15—12—Δ ф2×15—18—Δ

五．探伤

1.扫描探测，用一次波探测焊缝下部，二次部探测焊缝中上部，探头在焊缝两侧正对焊缝做锯齿扫描，相邻两次扫描至少有10%重叠，扫描速度≤150mm/s。

2.利用反射波的水平位置判别缺陷。

（1） 根部未焊透，回波较强，焊缝两侧均可探测到。水平定位于探头侧，靠近焊缝中心线1～2mm。

（2） 未熔合，位于探头侧，二次反射较强，定位于坡口处，另侧较难探测（主要受扫描范围影响，若可扫描到另侧，一次波较强）。

3.气孔，根据两侧反射对比鉴别。

六.质量评定

与DL/T5048—95相同，下列缺陷不允许存在

1. 任何裂纹或未熔合、未焊透。

2. 密集气孔。

3. 反射波高超过或等于ф2×15—4dB者。

3

4. 单个缺陷指示长度≥10mm，缺陷总长≥12mm。

应用以上的方法，我们在对中大口径薄壁管道探伤中，取得了一定的效果，特别是对根部未焊透的探测较为准确。在日照电厂2×350MW机组建设中，共用此方法探伤500余只，其中发现不合格焊口20余只，为以后机组的安全运行奠定了基础。

2008

4 罗卫亮 年2月3日

 

第二篇：管道焊缝超声检测工艺109

ZJ-0.09-2005

钢制压力管道焊缝超声检测工艺

1 范围

本工艺适用于4～46mm钢制压力管道焊缝的超声检测，其它类似钢制常压容器和压力管道熔接焊缝超声检测也可参照执行。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订板均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB 11345-89 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级

GB/T 12604.1-90 无损检测术语 超声检测

GB/T 15830-1995 钢制管道对接环焊缝超声波探伤方法和检验结果的分级

JB 4730-94 压力容器无损检测

JB/T 9214-1999 A型脉冲反射式超声波探伤系统工作性能测试方法

JB/T 10061-1999 A型脉冲反射式超声波探伤仪适用技术条件

JB/T 10062-1999 超声探伤用探头性能测试方法

3 术语

下列术语适用于本标准，其余的采纳GB/T 12604-90标准的规定。

3.1 距离幅度曲线（AVG曲线）

根据规定的条件，由产生回波的已知反射体距离（A）、探伤仪的增益（V）和反射体大小（G）三个参量绘制的一组曲线。实际探伤时可由测得的缺陷距离和增益值，从此曲线上估算出缺陷的当量尺寸。

3.2 灵敏度余量

超声探伤系统中，以一定电平表示的标准缺陷探测灵敏度与最大探测灵敏度之间的差值。

3.3 分辨力

超声探伤系统能够区分横向、纵向或深度方向相距最近的一定大小的两个相邻缺陷的能力。

3.4 校准试块

材质、形状和尺寸均经主管部门或权威机构检定的试块。用于对超声检测装置或系统的性能测试及灵敏度调整。

1

ZJ-0.09-2005

3.5 耦合剂

施加于探头和检测面之间，以改善超声能量传递的液态介质。

3.6 K值

斜探头折射角的正切值。

3.7 前沿距离

从斜探头的入射点到探头底面前端的距离。

3.8 半波高度法

在同一探测条件下，将探头从获得最大反射回波的位置，移动至回波高度为原来回波的半值来评价反射体尺寸的方法。

3.9 缺陷指示长度

将超声探伤估定缺陷的始端和终端位置投影在探伤材料表面上，其两点间的长度。

3.10 缺陷指示面积

缺陷指示长度与宽度或高度的乘积。

3.11 扫查速度

探头与探测面相对移动的速度。

3.12 扫查间距

当探头在扫查区移动时，扫查线之间的间距或螺距。

3.13 当量

用于缺陷比较的某种类型人工缺陷的大小。

4 一般要求

4.1 人员要求

4.1.1 从事超声检测的人员

必需经过技术培训，持有有关部门颁发的资格证书，且只能从事与该等级相应的无损检测工作，并负相应的技术责任。该人员应熟悉被检工件的材质、焊缝坡口形式、焊接工艺等专业知识和资料，掌握各类焊缝缺陷可能产生的部位，并能根据荧光屏上的反射信号进行综合探伤评定。

4.1.2 签写报告的人员

应至少持有无损检测UT－II级资格证书。

4.2 探伤仪

超声波探伤仪性能应符合JB/T 10061的规定。

4.3 校准试块

2

ZJ-0.09-2005

试块用与被检件相同或相近的材料，并按《JB4730-94》中 7.6条的规定进行标准试块的制作。

管道的焊接接头用标准试块：CSK－ⅠA、CSK－ⅡA、CSK－ⅢA。在满足灵敏度要求时，也可以采用其它型式的等效试块。

在管道焊缝检测时，如检测面曲率半径R≤W/4时（W为探头接触面宽度，环缝检测时为探头宽度，纵缝检测时为探头长度），应采用与检测面曲率相同的对比试块，反射孔的位置可参照对比试块确定。试块应满足：

b≥2λS/D0

式中： b—— 试块宽度，mm

λ—— 声波波长，mm

S—— 声程，mm

D0—— 声源有效直径，mm

4.4 探头

4.4.1晶片有效面积一般不应超过500mm2，且任一边长原则上不应大于25mm。接触法检测内径较小管道时，宜采用6×6 mm或8×8 mm探头。

4.4.2 单斜探头性能应符合JB/T 10062的规定，其工作频率为2.5~5.0MHz，折射角的正切值k在1.0~3.0之间，按表1进行选择。斜探头声束轴线水平偏离角不应大于2°，主声束垂直方向不应有明显的双峰。

表1 对接焊缝探头k值的选择

4.5 超声探伤仪和探头的系统性能

4.5.1在达到所探工件的最大检测声程时，其有效灵敏度余量应大于或等于10dB。

4.5.2仪器和探头的组合频率与公称频率误差不得大于±10%。

4.5.3直探头的远场分辨力应大于或等于30dB，斜探头的远场分辨力应大于或等于6dB。

4.6 超声检测一般方法

4.6.1检测复盖率

检测时，应扫查到工件的整个焊缝及影响区域。

23

ZJ-0.09-2005

4.6.2探头的移动速度

探头的扫查速度不应超过150mm/s。

4.6.3扫查灵敏度

扫查的灵敏度至少应比基准灵敏度高6dB。

4.6.4耦合剂

应采用机油、浆糊、甘油和水等透声性能好，且不损伤检测表面的耦合剂。

4.6.5检测面

4.6.5.1检测范围的确定，原则上应保证检查到工件被检部分的全部熔接焊缝。

4.6.5.2焊缝及检测面应经外观检查合格，所有影响超声检测的锈蚀、飞溅和污物都应予以清除，其表面粗糙度应符合检测要求。

4.6.5.3 当工程管道钢板需进行材质超声波检测时，应按GB/T2970-91的规定执行。

4.6.6耦合补偿

在检测和缺陷定量时，应对由表面粗糙度引起的能量损耗进行补偿；应对材质衰减引起的灵敏度下降和缺陷定量误差进行补偿；对于曲面焊缝的工件应采用曲率半径与工件相同或相近（0.9~1.5）的参考试块，进行曲率补偿。

4.6.7 仪器与探头系统的复核

4.6.7.1复核时机：每次检测前均应对扫描线、灵敏度进行复核，遇有下述情况应随时对其进行重新核查；

a．校准后的探头、耦合剂和调节旋纽发生变化时；

b．开路电压波动或者检测者怀疑灵敏度有变化时；

c．连续工作4h以上时；

d．工作结束时。

4.6.7.2 扫描量程的复核

如果距离—波幅曲线上任意一点在扫描线上的偏移超过扫描读数的10%时，则扫描量程应予以修正，并在检测记录中加以标明。

4.6.7.3 距离—波幅曲线的复核

复核时，校核应不少于3点。如曲线上任何一点幅度下降2dB，则应对上一次以来所有的检测结果进行复检；如幅度上升2dB，则应对所有的记录信号进行重新评定。

4.7 委托要求：委托单至少应写明任务单号、工件名称、材料、规格、数量、检测方法、检测部位、评定标准、委托日期、工件所在地点（工程名称及系统位置）等。

4

ZJ-0.09-2005

委托检测工件应根据检测要求先行由委托部门进行表面检查处理等工序检验，合格后由检验员在委托单上签字，无损检测人员确认后方可接受委托。

4.8 报告

检测报告至少应包括以下内容：

a．委托单位、报告编号；

b．工件名称、编号、材质、热处理状态、检测表面的粗糙度；

c．探伤仪、探头、试块和检测灵敏度；

d．超声检测区域应在草图上予以标明，如有因几何形状限制而检测不到的部位，也应加以说明； e．缺陷的类型、尺寸、位置和分布；

f．检测结果、缺陷等级评定及检测标准名称；

g．检测人员和责任人员签字及其技术资格；

h．检测日期。

4.9 记录、报告存挡

4.9.1由保管员按产品探伤编号的秩序分类保管记录和报告。并保证随时可抽查任何一段管道探伤的档案。

4.9.2原始记录和报告保存时间为7年以上，以备随时核查。

5 焊缝超声检测工艺

5.1 检测范围

适用于母材厚度为4~46mm钢制压力管道全焊透熔化焊对接焊缝的超声检测。不适用于铸钢及奥氏体钢焊缝，外径小于159mm的钢管对接焊缝，内径小于或等于200mm的管座角焊缝，也不适用于外径小于250mm或内外径之比小于80%的纵向焊缝检测。

5.2 检测操作准备

5.2.1接收委托

5.2.2仪器校准

5.2.3进行仪器和探头组合性能的检测，应使用带记录仪的数字式超声波检测仪。

5.2.4检测面

检测区域的宽度应是焊缝本身，再加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区域，这个区域最小为10mm，见图1。采用一次反射法扫查检测时探头移动区不应小于1.25P。

5

ZJ-0.09-2005

图1 检测和探头移动区

采用直射法检测时，探头移动区应不小于0.75P。

P=2TK

式中：P——跨距mm

T——母材厚度mm

K——探头K值

5.2.5 探头K值的选择：可参照表1的规定，当条件允许时，应尽量采用较大K值的探头。

表1 斜探头K值

5.2.6 检测方法的选择：

压力管道焊缝检测一般采用一种K值探头利用一次反射法在焊缝的单面双侧对整个焊接接头进行检测，当母材厚度大于46mm时，采用双面双侧的直射波检测。对于要求比较高的焊缝，根据实际需要也可以将焊缝磨平，直接在焊缝上进行检测。

5.2.7当壁厚大于40mm且单侧坡口角度小于5?时，应采用串列式检测，串列式检测方法应按JB4730的规定进行。

5.2.8斜探头扫查声束通过的母材区域，应先用直探头检测，以便检测是否有影响斜探头检测结果的分层或其它种类缺陷存在。该项检测仅作记录，不属于对母材的验收检测。母材检测的规程要点如下： 6

ZJ-0.09-2005

方法：接触式脉冲反射法，采用频率2MHz~5MHz的直探头，晶片直径10mm~25mm； 灵敏度：将无缺陷处第二次底波调节为荧光屏满刻度的100%；

记录：凡缺陷信号幅度超过荧光屏满刻度20%的部位，应在工件表面作出标记，并予以记录。 5.2.9 测定所用斜探头的前沿、K值，测定应在CSK-ⅠA试块上进行。 5.2.10 距离—波幅曲线的绘制

距离－波幅曲线按所用探头和仪器在试块上实测的数据绘制而成。该曲线族由评定线、定量线、和判废线组成。评定线与定量线之间（包括评定线）为Ⅰ区，定量线与判废线之间（包括定量线）为Ⅱ区，判废线及其以上区为Ⅲ区。如图2所示：

图2 距离－波幅曲线

不同管壁厚度的，其距离—波幅曲线灵敏度按表2确定。

表2 距离——波幅曲线的灵敏度

直探头的距离——波幅曲线灵敏度按表3确定。距离——波幅曲线的制作可在CS2试块上进行。

表3 直探头距离——波幅曲线的灵敏度

5.3 耦合补偿：一般补偿3dB~4dB,如认为有必要,也可以进行实测。实测方法见JB4730附录L。 5.4 检测要点

7

ZJ-0.09-2005

5.4.1 曲面工件对接焊缝的检测

5.4.1.1检测面为曲面（如虾壳弯）时，可尽量按照平板对接焊缝的检测方法进行检测。对于受几何形状限制，无法检测的部位应予以记录。

5.4.1.2 纵缝检测时，对比试块的曲率半径与检测面曲率半径之差应小于10%。

a 根据工件的曲率和材料厚度选择探头K值，并考虑几何临界角的限制，确保声束能扫查到整条

焊缝。

b 探头接触面修磨后，应注意探头入射点和K值的变化，并用曲率试块作实际测定。

c 当检测面曲率半径R大于W2/4且采用平面对比试块调节仪器时，应注意到荧光屏指示的缺陷

深度或水平距离与缺陷实际的径向埋藏深度或水平距离弧长的差异，必要时应进行修正。

5.4.1.3环缝检测时，对比试块的曲率半径应为检测面半径的0.9~1.5倍。其检验方法和结果分级，宜参照GB/T 15830-1995 规定执行。

5.4.2 管座角焊缝的检测

在选择检测面和探头时应考虑到各种类型缺陷的可能性，并使声束尽可能垂直于该焊缝接构中的主要缺陷。可采用以下检测方法的一种或几种实施检测。

a. 在接管内壁采用直探头检测。 b. 在容器内壁采用直探头检测。

c. 在接管外壁采用斜探头检测。 d. 在接管内壁采用斜探头检测。

e. 在容器外壁采用斜探头检测。

管座角焊缝以直探头检测为主。对直探头检测不到的区域，可采用斜探头检测。

5.5 缺陷定量

5.5.1对于所有反射波幅超过定量线的缺陷，均应确定其位置、最大反射波幅和缺陷当量。

5.5.2 应根据缺陷的最大反射波幅确定缺陷当量直径或缺陷指示长度。

5.5.3 缺陷当量直径主要用于直探头的检测，常用φ2±dB、φ3±dB、φ1×6±dB、φ2×40±dB表示。

5.5.4 缺陷指示长度ΔL的测定采用以下方法：

a. 当缺陷反射波只有一个高点，且位于Ⅱ区时，用6dB法测定其指示长度。

b. 当缺陷反射波峰值起伏变化，有多个高点，且位于Ⅱ区时，应以端点6dB 法测其指示长度。 c. 当缺陷反射波峰位于Ⅰ区，如认为有必要记录时，将探头左右移动，使波幅降到评定线，以

此测定缺陷的指示长度。

5.6 缺陷评定

5.6.1超过评定线的缺陷信号应注意其是否具有裂纹等危害性的缺陷特征。如有怀疑时，应采用改变8

ZJ-0.09-2005

探头K值、增加检测面、观察动态波型，并结合结构工艺特征作判定；如对波型不能判断时，应辅以其它检测方法作综合判定。

5.6.2 缺陷指示长度小于10mm时，按5mm计。

5.6.3 相邻两缺陷在一条直线上，其间距小于其中较小的缺陷长度时，应作为一条缺陷处理，以两缺陷长度之和作为其指示长度（不考虑间距）。

5.6.4 不允许存在下列缺陷：

a. 反射波幅位于判废线及Ⅲ区的缺陷。

b. 检测人员判定为裂纹等危害性的缺陷。

5.6.5最大反射波幅位于Ⅱ区的缺陷，根据其指示长度按表4予以评级。板厚大于120mm的按JB4730执行。

表4 Ⅱ区的等级评定 mm

注：板厚不等的焊缝，以薄板为准。

5.6.6当焊缝长度不足9T（Ⅰ级）或4.5T（Ⅱ级）时，可按比例折算。

5.6.7最大反射波低于定量线的非裂纹类缺陷，均评为Ⅰ级。

5.7不合格的缺陷应于返修。返修部位及热影响区仍按本工艺予以检测和评级。

5.8. 缺陷的记录和标记

5.8.1超过定量线的缺陷均应在原始记录上记录，记录包括当量大小、指示长度、深度和位置。并应在记录仪上记录下波形。

5.8.2需返修的缺陷应在工件上标出指示长度、深度和位置。

5.9 复核

每次检测结束前，应对扫描量程进行复核。如果任意一点在扫描线上的偏移超过扫描线读数的10％，则扫描量程应重新调整，并对上一次复核以来所有的检测部位进行复检。

每次检测结束前，应对扫描灵敏度进行复核。一般对距离－波幅曲线的校核不应少于3点。如 9

ZJ-0.09-2005

果曲线上任何一点幅度下降2dB，则应对上一次复核以来所有的检测部位进行复检；如幅度上升2dB，则应对所有的记录信号进行重新评定。

复核时，任何影响仪器线性的控制器（如抑制或滤波开关等）都应放在“关”的位置或处于最低水平上。

5.10 记录、签发报告。

6 职业健康与安全措施

6.1检测作业为高空作业时，检测人员必须遵守高空作业各项规定。患有高血压、心脏病、深度近视等疾病的人员不得从事高空作业；高空作业衣着应灵便，禁止穿硬底、高空和带钉易滑的鞋；高空作业应在安全、技术措施落实检查，确认安全可靠后方可登高作业；高空作业梯子不得断档、缺档、裂缝，不得接长和垫高使用，使用时上端要扎牢，底部要采取防滑措施；超声波探伤过的地方应当及时擦干净，以免行走时滑倒。

6.2 制定一旦发生事故立即拨打紧急电话火灾119、救护120并及时向业主，同时向公司汇报的制度，并采取现场抢救措施。

6.3 当发生火灾事故时由现场人员用灭火器和水对火灾点进行扑救，当火灾有蔓延趋势时立即拨打火警电话，除应急人员外，其他施工人员及时疏散。发生高空坠落时和射线辐射时，对伤员进行简单包扎并拨打救护电话120或直接用车送至医院抢救。发生气体泄露时，根据风向往泄露点上风向处疏散，并向业主和总包方汇报抢救。

6.4 施工前由项目经理，HSE及专业施工技术人员对全体进行全员安全教育，使进入工地大的每一个员工了解本项目施工生产特点，工作性质和业主有关安全生产管理大的规定以及发现紧急情况时的处理措施。

6.5 特殊教育

a. 按期组织特种作业人员，按国家规定接受专业安全技术教育和培训，并经考试合格取得“特种

作业操作证”后，方可独立上岗作业；

b. 新工艺、新技术、新设备、新产品投产使用前，各主管部门制定安全操作规程，对岗位和和有

关人员进行专门教育，并经考试合格后方可独立操作；

c. 参加特殊区域，危险场所（如有限作业空间内、易燃易爆区等）作业人员在作业前，进行有针

对性的安全教育，合格后方可作业；

d. 严重违章违纪的职工由项目安全保卫部门对其进行强制性再教育，经考察认定合格后方可回岗

位。

6.6 班组在班前会上进行安全教育，预想当前不安全因素，分析班组安全情况，预想当班危险因素，10

ZJ-0.09-2005

研究布置措施，做到“三交一清”（既：交施工任务、交施工环境、交安全措施和清楚本班组职工大的思想及身体情况），对安全生产中存在的问题及时进行解决。

6.7 利用会议、黑板报、简报、标语、安全消防文件、事故现场会等多种形式，开展经常性安全教育。

6.8 对建设单位、监理公司或上级领导部门提出的安全问题或要求及时转达到施工人员，并积极整改。

6.9 雨雪天进行高处作业时，必须将通道和作业面的冰、雪或积水打扫干净并采取有效的防滑措施。

6.10 当风速在10.8m/s（六级）及以上、大雾等气象条件下，严禁进行露天高处作业。

7 环境保护措施

7.1 高空作业所用材料、工具要堆放平稳，上下传递工具、物件严禁抛掷；

7.2 超声波探伤后应及时把探伤时涂的水、浆糊或油及时擦干净，以防行人经过时滑倒并给环境造成污染。

7.3 在每次作业前清理作业现场，划出安全防护区范围界线，完善防护设施，并再次检查现场，设专人监护，确认无误，方可开始作业。

7.4 紧急处理：根据预先制订的方案和措施迅速进行处理，在场人员迅速撤离，重新确定安全防护区范围并设置警戒标志，向上级领导和有关部门报告，研究、拟定事故处理最佳方案，尽快实施，努力减少对环境的影响。

11