锅炉压力容器T型角焊缝超声波检测

摘要：本文介绍了锅炉压力容器T型角焊缝超声波检测的特点和注意事项，结合不同的焊接接头型式，论述了相应的超声波检测方法。着重分析了检测中检测参数的设定，缺陷位置的确定，并依据出现的波形对缺陷性质作出判断的分析方法，为实际检测提供依据，以便于在日后的工作中能更准确地检出缺陷，保证工件的质量和安全。

关键词：T型角焊缝；超声波检测；检测参数选择；波形分析

0 引言

锅炉压力容器T型角焊缝是一种常见的焊接结构，一般要求这种结构的焊缝有较大的承载能力，为确保其焊缝质量，需要对焊缝进行无损检测。由于T型角焊缝结构的特殊性，不便于射线检测和表面检测，因此在实际检测中，一般采用超声波检测，充分利用超声波的特点和优点，结合T型角焊缝中缺陷的分布规律，进行试验和实际检测，结果表明只要能够合理地选择检测方法，正确的识别各种反射波，可经济而迅速地检测出焊缝中存在的各种缺陷。

1T型角焊缝的接头型式和常见缺陷的分布状态

T型角焊缝通常由翼板和腹板焊接而成，一般锅炉压力容器中全焊透型的T型角焊缝有如下两类焊接接头型式[1]，型式Ⅰ如图1所示，型式Ⅱ如图2所示。

T型角焊缝中的缺陷主要有夹杂、气孔、裂纹、未熔合和未焊透等。焊缝中的裂纹一般位于焊缝的中心线位置附近；焊趾裂纹通常位于翼板和腹板侧的熔合线附近；翼板侧的裂纹通常位于翼板的熔合线附近，多表现为层状撕裂；翼板侧未熔合缺陷通常位于翼板侧的熔合线附近；腹板侧未熔合缺陷位于腹板侧的熔合线附近；未焊透的缺陷通常位于焊缝坡口附近和焊缝的根部；气孔、夹杂有可能产生在焊缝内部的任何部位。

2检测面及检测方式的选择

2.1检测面的选择

T型角焊缝的超声波检测，检测面的选择是非常重要的，所选择的检测面要有利于检测过程中对缺陷的定位、定量和定性。根据T型角焊缝的特点，对焊缝中存在的裂纹、翼板侧的未熔合等缺陷，一般选择从腹板侧用斜探头的直射波扫描，利用一 、二次反射波检测。对未焊透，层状撕裂等缺陷，采用直探头在翼板的上表面检测，声束可垂直入射到缺陷表面进行检测。夹杂、气孔由于是体积形缺陷，因此对方向不是十分敏感，只要超声波能检查到整个焊缝，缺陷的检出率就可保证，所以采用斜探头和直探头缺陷都能够检测出来。

2.2检测方式的选择

根据具体的翼板和腹板的厚度，焊接形式等，有如下几种检测方式。

第一种检测方式：用一种K值（K1或K2）的斜探头，在如图1、图2所示的翼板位置1利用一次波作扫描检测，如果发现缺陷就再换另一种K值的探头作进一步检查确认，从而确定缺陷的位置、方向和深度。

第二种检测方式：在如图1、图2所示分翼板外侧位置3，用直探头或双晶直探头检测焊缝的未焊透或未熔合、裂纹、气孔及夹渣等缺陷。

第三种检测方式：在如图1、图2所示的腹板上位置2利用斜探头一、二次波进行检测，可检测裂纹、未焊透、未熔合、气孔及夹渣等缺陷。当腹板厚度大于26mm时，可用根据腹板厚度选用K1和K2、K2.5探头联合检测的方式。

实际探伤中，根据翼板和腹板的厚度以及焊接结构形式，可以采用第一种检测方式为主，以第二种检测方法为辅的联合检测。也可选用第三种检测方式为主，并辅以第二种检测方式的联合检测[2]。

3探头的选择

3.1直探头

根据耦合条件和翼板厚度选择探头频率，使近场区长度小于翼板厚度，一般探头频率选择2.5MHz，探头的晶片尺寸不宜过大，根据 计算得出。

3.2斜探头

为了有效地检出焊缝中的缺陷，根据试验和标准，利用斜探头检测时，斜探头的频率推荐为2.5～5.0MHz，探头前沿为8～12mm左右。用斜探头在翼板上表面进行检测时，推荐使用K1的探头，用斜探头在腹板一侧进行探侧时，探头的K值根据腹板厚度，按表一进行选择，只要符合检测要求即可。

4扫描速度的调节及检测灵敏度的确定

4.1扫描速度的调节

当板厚小于或等于26mm且大于或等于6mm时，扫描速度用CSK—IA和CSK—ⅢA标准试块，推荐按深度2：1、水平2：1或水平1：1调节。当板厚大于26mm时，推荐扫描速度用CSK—ⅢA标准试块按深度1：1调节。

4.2检测灵敏度的确定

對于T型角焊缝超声波检测时，检测灵敏度应的确定严格根据所检测的产品所执行的标准要求进行调节。一般采用国家能源局的NB＼T47013-2015和美国的ASME标准。扫查灵敏度应该高于最大声程处的评定线灵敏度，平行和斜平行方式扫查横向缺陷时，灵敏度在评定灵敏度的基础上应再提高6dB，对工件材质、表面状况、工件曲率和焊接形式等综合考虑补偿[3]。

5实际检测

5.1检测观察区域的确定

直探头扫查时，检测观察区为焊缝及热影响区。斜探头检测时，检测观察区相应的有一次波、二次波和三次波观察检测区域。检测到焊缝的具体部位，要根据具体的情况具体分析。例如一次波扫查时，反射信号出现在1～2次波之内，即一次波观察区域，对反射体位置定位，如果水平定位在焊缝或热影响区中，为缺陷反射信号，反射信号出现在1.5～2次波之间，也在一次波观察区，且对反射体定位，其水平位置进人翼板，则为翼板内的未熔合、焊趾裂纹或热影响区的裂纹。二次波扫查时，反射波出现在2～3次波之内，即二次波观察区域，对反射体定位，其水平定位在焊缝或热影响区中，多为缺陷反射信号。反射信号出现在2.5～3次波之间，也在二次波的观察区。

5.2缺陷位置的确定

由于现在使用的是数字超声检测仪，缺陷的具体位置如深度和水平距离可从显示屏直接读出。缺陷的指示长度根据探头的移动距离来测定。

5.3缺陷的定量

点状缺陷：用其反射波与校核试块上面的横通孔的反射波波幅的差作为依据来评定；条状缺陷：缺陷的指示长度小于10mm时按5mm计，相邻两缺陷在一直线上，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）。当缺陷的长度大于或等于声束截面，缺陷的指示长度可采用半波高度法或端點6dB法来测量。

6波形分析

6.1气孔和夹渣

气孔和夹渣虽然性质不同，但都是体积形缺陷，因此有很多相似的波形特征。单气孔和夹渣反射波高度不高，波形比较稳定。密集气孔为随气孔的大小不同的而形成的一堆反射波，波幅高度有限。密集夹渣与密集气孔类似。条状夹渣反射波多表现锯齿形，波幅不高。

6.2裂纹

一般来说裂纹的反射波较高且窄，有时会出现多个波峰，探头平行移动，连续出现反射波，且波峰一直变化。探头固定转动时，反射波峰出现上下错动现象。要能够准确区别焊趾裂纹、层状撕裂和横向裂纹等。注意翼板侧焊趾裂纹一次波检测容易漏检，用二次波检测较好。

6.3未熔合

一般有翼板侧或腹板侧的未熔合，焊缝中未熔合的反射波有一定的像裂纹波形，较高且陡直，但波幅一般比裂纹低，比未焊透高，反射波的前后沿杂波较少，主峰呈单峰波形，探头固定转动时，反射波峰比较稳定。注意翼板侧未熔合一次波容易漏检，用反射波检测较容易检出。

6.4未焊透

未焊透反射波高，有一定的长度，一般位于焊缝的中心线，探头平行移动时，其波形比较稳定，反射波波幅宽，反射波前后沿出现杂波，主波峰多为双波峰，这是由根部和肩台的波形反射形成的。

6.5伪缺陷

伪缺陷波是因工件的结构，特殊的表面状况和焊缝成形等而引起的。例如，根部伪缺陷的辨别，当焊缝根部成形比较好，反射波较低或无反射波；当焊缝根部不规则或有咬边等，一般产生相应的反射波。耦合剂形成的反射波，由于特殊原因一部分能量形成表面波，这种表面波与探头前部耦合剂堆积造成反射波。碰到这种反射波，只要探头不动，耦合剂慢慢流失，波幅随着降低，很不稳定，或擦掉探头前部的偶合剂反射波就随之消失。还有如焊缝形状引起的迟到反射信号等伪缺陷，通过仔细观察工件的表面、焊缝结构等反射条件，是能够准确辨认这些伪缺陷波的[4]。

7结论

现场和试验检测均表明，检测T型角焊缝超声波检测法是一种行之有效的手段。对锅炉压力容器T型角焊缝进行超声波检测，一般以斜探头检测为主，直探头检测为辅，采用直探头与斜探头联合检测，可做到T型角焊缝的全截面检查，同时用不同K值的斜探头检测可避开焊缝表面的杂波干扰，使波形清晰易识别。翼板内侧的未熔合、热影响区裂纹及焊趾裂纹等缺陷都可以通过利用几何反射波能明显地检测出，实践表明，超声检测结果是令人满意的。

参考文献：

[1]NB＼T47013-2015承压设备无损检测[S].北京：新华出版社， 2015.

[2]姚志忠.锅炉压力容器T型接头与管座角接头焊缝超声波探伤技术探讨[C].辽宁：无损探伤，2004.

[3]郑晖，林树青.超声检测（第二版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

[4]潘虎，吴天茂.全焊透T型接头焊缝超声波检测[C].四川：东方电机，2009.

作者简介：雒焕胜（1983—），男，本科，工程师，主要研究方向为火电厂金属监督和无损检测。