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鍋爐壓力容器T型接頭與管座角接頭焊縫超聲波探傷技術(shù)探討

文檔作者：姚志忠文檔來(lái)源：無(wú)錫恒安壓力容器制造有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年10月18日
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鍋爐壓力容器T 型接頭與管座角接頭
焊縫超聲波探傷技術(shù)探討
姚志忠
(無(wú)錫恒安壓力容器制造有限公司, 江蘇無(wú)錫　214171)
中圖分類(lèi)號(hào): TG115. 28　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 　文章編號(hào): 167124423 (2004) 05215205
(上接2004 年4 期)
在位置3 點(diǎn)和位置9 點(diǎn)兩點(diǎn)探測(cè)時(shí)對(duì)缺陷定位:
外圓面一次波探測(cè)時(shí)缺陷定位如圖10 所示。
圖10　外圓面一次波探測(cè)缺陷定位
　　A 點(diǎn)為探頭入射點(diǎn), F 為缺陷,O 為筒體圓心,
筒體外半徑為R , 缺陷聲程A F = S , 缺陷F 至探測(cè)
面深度為h, 缺陷外圓面水平弧長(zhǎng)為L(zhǎng) , 可求得:
h = R - S 2 + R 2 - 2S R co sB (7)
L = 0. 0174R sin- 1 S
S 2 + R 2 - 2S R co sB
õ sinB (8)
外圓面二次波探測(cè)時(shí)缺陷定位如圖11 所示, 如
缺陷在外圓面二次波探測(cè)時(shí)被發(fā)現(xiàn), 則其外圓面水
平弧長(zhǎng)L 和深度h 為:
L = 0. 0174R (H
1 + H
2 ) (9)
h = R - P (10)
式中　H
1 = 180°- B- sin- 1 R
r
sinB
P — 缺陷到圓心距離
P = r2 + S 22
- 2rS 2co ssin- 1 R
r
õ sinB
H2
= sin- 1 S 2
P
õ R
r
sinB
S 2 = S - S 1
S 1 =
rsin 180°- B- sin- 1 R
r
sinB
sinB
R —筒體外半徑
r —筒體內(nèi)半徑
S —缺陷聲程(可從掃描線上缺陷波出現(xiàn)位置
讀取)
圖11　外圓面二次波探測(cè)缺陷定位
　　在其它位置探測(cè)時(shí), 缺陷位置可利用式(7) (8)
(9) (10) 求得, 但此時(shí)筒體外、內(nèi)曲率半徑R ′與r′由
原筒體外內(nèi)半徑R 與r 乘以某系數(shù)求得, 該系數(shù)為:
位置: 1 點(diǎn)、5 點(diǎn)、7 點(diǎn)和11 點(diǎn)時(shí), 系數(shù)為3。
位置: 1 點(diǎn)半、4 點(diǎn)半、7 點(diǎn)半、10 點(diǎn)半時(shí), 系數(shù)為
118。
位置: 2 點(diǎn)、4 點(diǎn)、8 點(diǎn)和10 點(diǎn)時(shí), 系數(shù)為113。
其余位置可根據(jù)以上數(shù)據(jù)的變化規(guī)律自行修
正。
●　斜探頭在筒體內(nèi)圓面探測(cè)
斜探頭在筒體內(nèi)圓面探測(cè)見(jiàn)圖12、圖13 所示。
第28 卷第5 期
2 0 0 4 年10 月
　　　　　　　　　　　　　
無(wú)損探傷
N D T
　　　　　　　　　　　　　　
Vo l. 28 No. 5
O ctober. 2004
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
圖12　內(nèi)圓面一次波探測(cè)缺陷定位
圖13　內(nèi)圓面二次波探測(cè)時(shí)缺陷定位
　　焊縫仍按圖9 所示按鐘點(diǎn)分區(qū), 在位置0 點(diǎn)和
6 點(diǎn)兩點(diǎn)探測(cè)時(shí), 可按平板對(duì)接焊縫方法對(duì)缺陷定
位。在位置3 點(diǎn)和9 點(diǎn)探測(cè)時(shí)對(duì)缺陷定位為: 　　　
　　　
　　內(nèi)圓面一次波探測(cè)時(shí)缺陷定位如圖12 所示,A
點(diǎn)為探頭入射點(diǎn),O 為筒體圓心, r 為筒體內(nèi)半徑,
缺陷聲程A F = S , 缺陷F 離筒體內(nèi)表面深度距離為
d , 缺陷在內(nèi)表面水平弧長(zhǎng)為l2, 可求得:
d = r2 + S 2 + 2S rco sB - r (11)
l2 = 0. 0174rsin- 1 S
r2 + S 2 + 2S rco sB
õ sinB (12)
內(nèi)圓面二次波探測(cè)時(shí)缺陷定位如圖13 所示, 如
缺陷在內(nèi)圓面二次波探測(cè)時(shí)被發(fā)現(xiàn), 則其內(nèi)圓面水
平弧長(zhǎng)l2 和深度d 為:
l2 = 0. 0174r (H
1 + H
2 ) (13)
d = P - r (14)
式中　H
1 = B- sin- 1 R
r
sinB
P —缺陷至圓心距離
P = R 2 + S 22
- 2R S 2co ssin- 1 R
r
õ sinB
H2
= sin- 1 S 2
P
õ R
r
sinB
S 2 = S - S 1
S 1 =
R sin B- sin- 1 R
r
sinB
sinB
S —缺陷聲程(可從掃描線上缺陷波出現(xiàn)的
位置讀取)
R —筒體外半徑
r —筒體內(nèi)半徑
在其它位置探測(cè)時(shí)相應(yīng)曲率半徑按外圓面探測(cè)
相應(yīng)位置進(jìn)行修正。
●　斜探頭在接管內(nèi)壁探測(cè)
如圖4 所示(見(jiàn)上期) , 斜探頭在接管內(nèi)壁探測(cè)
焊縫, 可按平板焊縫探傷對(duì)缺陷定位, 此時(shí)缺陷離探
測(cè)面深度等于接管壁厚時(shí), 缺陷處于焊縫與接管熔
合線處。深度大于接管壁厚時(shí), 缺陷處于焊縫中。
6. 2. 2　安放式管座角焊縫超聲波探傷缺陷位置的
確定
斜探頭在接管內(nèi)外壁對(duì)焊縫探測(cè)時(shí), 可按平板
對(duì)接焊縫方法對(duì)缺陷定位。
7　幾種特殊情況探測(cè)波形的利用
7. 1　直探頭(或雙晶直探頭) 在T 型焊縫翼板外側(cè)
探測(cè)時(shí)回波特點(diǎn)
如圖14 所示, 直探頭在T 型焊縫翼板外側(cè)位
置1 至位置5 探測(cè)時(shí), 會(huì)出現(xiàn)右邊的回波示圖, 掃描
線上回波為: 翼板底波B 和焊縫熔合線缺陷F 波出
圖14　直探頭翼板探測(cè)回波特點(diǎn)
現(xiàn)在翼板厚度T 處, 當(dāng)焊縫熔合線處無(wú)缺陷時(shí), 則
探頭在位置3 時(shí), 缺陷波F 不出現(xiàn)。若翼板底波B
的高度為80% (如圖14 中探頭位置1 和5) , 當(dāng)探頭
1　6 　　　　　　　　　　　　　　　　　無(wú)　損　探　傷　　　　　　　　　　　　　　　第28 卷
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處于位置2 和4 時(shí), 有一半聲束進(jìn)入焊縫, 則此時(shí)回
波高為底波的二分之一(如圖14 所示40% ) , 以此
規(guī)律, 可在翼板上確定T 型焊縫邊緣輪廓線。
7. 2　斜探頭在T 型焊縫腹板上探測(cè)時(shí)回波特點(diǎn)
如圖8 所示(見(jiàn)上期) , 斜探頭在腹板上探測(cè)T
型焊縫時(shí), 若焊縫中沒(méi)有缺陷, 且探頭K 值、晶片直
徑和板厚配合合適時(shí), 會(huì)出現(xiàn)翼板外側(cè)底面多次反
射波, 每次底波之間的間隔正好為翼板厚度T , 如
圖8 所示B1B2B3??, 當(dāng)探頭K 值≥2 時(shí), 且K 值
越大, 這種現(xiàn)象越明顯。利用底波多次出現(xiàn)這一現(xiàn)象
可大致判斷, 所檢測(cè)的T 型接頭焊縫中無(wú)大缺陷。
7. 3　斜探頭在翼板外側(cè)探測(cè)時(shí)回波特點(diǎn)
斜探頭在翼板外側(cè), 于焊縫輪廓線內(nèi)沿平行于
焊縫探測(cè)時(shí), 如熒光屏掃描線上無(wú)任何回波, 則可判
斷所探測(cè)的T 型焊縫內(nèi)無(wú)體積狀缺陷及與焊縫成
一定角度的其它缺陷。
8　幾種典型缺陷的探測(cè)與判別
8. 1　缺陷示意圖
8. 1. 1　T 型接頭焊縫缺陷如圖15 所示。
1. 層狀撕裂　2. 翼板與焊縫未熔合　3. 焊縫中缺陷　4. 腹板側(cè)
坡口未熔合　5. 中間未焊透　6. 根部未焊透　7. 焊趾裂紋(在四
個(gè)焊角處均可能出現(xiàn))
圖15　T 型接頭焊縫缺陷示意圖
8. 1. 2　管座角焊縫缺陷如圖16 所示。
8. 2　缺陷的探測(cè)與判別
8. 2. 1　T 型焊縫中缺陷的探測(cè)與判別
(1) 層狀撕裂
用直探頭或雙晶直探頭在如圖1 (見(jiàn)上期) 所示
位置3 探測(cè), 缺陷波出現(xiàn)在略小于翼板厚度處。
用K 1 斜探頭在如圖1 所示翼板外側(cè)位置1 探
測(cè), 反射波較強(qiáng), 其回波幅度一般≥Á 2×3024 dB,
缺陷波深度≤翼板厚度T , 當(dāng)用K > 2 的斜探頭探
測(cè)時(shí)檢測(cè)率下降。
用K 2～ K 2. 5 斜探頭在如圖1 所示腹板上位置
2 探測(cè), 如圖8 所示, 所得缺陷波水平距離L 1 大于探
1. 插入式管座角焊縫接管側(cè)未熔合　2. 插入式管座角焊縫中間
未焊透　3. 插入式管座角焊縫筒體側(cè)未熔合　4. 焊趾裂紋(各焊
角處均可產(chǎn)生) 　5. 焊縫中缺陷　6. 安放式管座角焊縫根部未焊
透　7. 安放式管座角焊縫筒體外側(cè)未熔合　8. 安放式管座角焊
縫接管側(cè)未熔合
圖16　管座角焊縫缺陷示意圖
頭到翼板實(shí)際距離L 2 , 回波幅度≥Á 2×3024 dB,
當(dāng)探頭K < 2 時(shí)檢測(cè)率下降。
(2) 翼板側(cè)未熔合
用直探頭或雙晶直探頭在翼板外側(cè)(如圖1 位
置3) 探測(cè), 缺陷波正好出現(xiàn)在翼板厚度T 處, 回波
幅度一般大于Á 4 平底孔。
用斜探頭在翼板外側(cè)圖1 位置1 一般探測(cè)不
到。
用K 值大于2 的斜探頭在腹板上探測(cè), 回波較
高, 缺陷波正好位于探頭至翼板與焊縫熔線處。
(3) 腹板側(cè)坡口未熔合
用K 1 探頭在腹板上探測(cè)效果較好, 實(shí)際檢測(cè)
時(shí), 應(yīng)根據(jù)坡口方向, 選擇入射聲束盡量垂直于坡口
面, 使未熔合回波達(dá)最高。
(4) 未焊透
對(duì)雙面焊中心未焊透的檢測(cè)方法為:
檢測(cè)K 型坡口中心未焊透可采用斜探頭在腹
板上探測(cè), 缺陷波正好出現(xiàn)在腹板厚度的1ö2 處, 當(dāng)
探頭作斜平行掃查時(shí), 未焊透波一般不出現(xiàn)。當(dāng)斜探
頭在翼板外側(cè)在焊縫輪廓線內(nèi)平行于焊縫掃查時(shí),
未焊透波一般也不出現(xiàn)。當(dāng)斜探頭(以K 1 為好) 在翼
板外側(cè)垂直于焊縫探測(cè)(如圖1 位置1) , 缺陷波于
翼板厚度處出現(xiàn), 離探頭的水平距離正好位于焊縫
輪廓線中心。也可用直探頭或雙晶直探頭于翼板外
側(cè)如圖1 所示位置3 探測(cè), 缺陷波正好處于翼板厚
度T 處, 此時(shí)探頭正好位于腹板中心對(duì)應(yīng)處。
對(duì)單面焊根部未焊透探測(cè), 可采用K 1 斜探頭
(當(dāng)K 1 掃查不到根部時(shí), 可適當(dāng)增大K 值) , 在腹板
上探測(cè), 缺陷波正好處于腹板厚T 或略小于T 處,
第5 期　 　　　姚志忠: 鍋爐壓力容器T 型接頭與管座角接頭焊縫超聲波探傷技術(shù)探討　　　　　 1　7　
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當(dāng)斜探頭作斜平行掃查時(shí)一般不出現(xiàn)此類(lèi)缺陷回
波。
(5) 焊趾裂紋
焊趾裂紋可用K 1 斜探頭檢測(cè), 如圖7 所示焊角
A 的裂紋可在位置1B 探測(cè), 焊角C 的裂紋可在位
置1A 探測(cè), 缺陷波正好位于翼板厚T 或略小于T
處。焊角D 的裂紋和焊角B 的裂紋可在腹板上利用
一次波和二次波探測(cè)。
(6) 橫向裂紋
檢測(cè)T 型焊縫橫向裂紋的最好方法是利用K 1
斜探頭在翼板外側(cè), 在焊縫輪廓線內(nèi), 沿平行于焊縫
方向作前后掃查, 此時(shí)如無(wú)任何回波出現(xiàn), 說(shuō)明焊縫
中無(wú)橫向裂紋及其它體積狀缺陷, 如出現(xiàn)垂直于焊
縫方向的橫向裂紋波, 當(dāng)回波深度小于翼板厚度
T , 則說(shuō)明裂紋已深入翼板, 當(dāng)回波深度大于翼板厚
度T , 則說(shuō)明裂紋在焊縫中。也可將斜探頭在腹板
上對(duì)準(zhǔn)焊縫且與焊縫成10°～ 20°角作斜平行掃查,
裂紋判別方向與平板焊縫探傷相同。
8. 2. 2　管座角焊縫中缺陷的探測(cè)與判別
(1) 插入式管座角焊縫中間未焊透
采用斜探頭在筒體外圓或內(nèi)圓探測(cè), 以一次波
探測(cè)效果較好, 缺陷波一般出現(xiàn)在1ö2 板厚處。回波
幅度一般大于Á 2×4024 dB。
(2) 安放式管座角焊縫根部未焊透
采用斜探頭在接管外部用一次波探測(cè), 缺陷波
深度小于并接近于接管厚度, 回波幅度一般大于Á 2
×4024 dB。也可用直探頭或雙晶直探頭在接管內(nèi)側(cè)
探測(cè), 缺陷回波位置正好等于接管厚度。
(3) 未熔合
插入式管座角焊縫:
對(duì)接管側(cè)未熔合, 用直探頭或雙晶直探頭在接
管內(nèi)側(cè)探測(cè), 缺陷回波正好等于接管厚度。
對(duì)筒體坡口側(cè)未熔合可用K 1 斜探頭以一次波
探測(cè), 探頭在筒體外圓面探測(cè)內(nèi)坡口未熔合, 探頭在
筒體內(nèi)圓面探測(cè)外坡口未熔合, 其回波幅度一般大
于Á 2×3024 dB。
安放式管座角焊縫:
對(duì)接管側(cè)未熔合可采用斜探頭在接管內(nèi)側(cè)以一
次波探測(cè)或接管外側(cè)以二次波探測(cè), 缺陷回波幅度
一般在Á 2×4024 dB 以上。
對(duì)筒體側(cè)未熔合可采用直探頭或雙晶直探頭在
筒體內(nèi)側(cè)探測(cè), 缺陷回波出現(xiàn)在筒體壁厚T 處, 回
波幅度一般大于Á 2×4024 dB。
9　缺陷類(lèi)型的判別
T 型接頭和管座角接頭焊縫超聲波探傷, 對(duì)缺
陷類(lèi)型的判別可依據(jù)檢測(cè)時(shí)缺陷回波反射規(guī)律(回
波靜態(tài)波形、動(dòng)態(tài)波形、波幅、反射回波方向性)、缺
陷的位置、取向, 并結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材質(zhì)狀況和焊接
工藝來(lái)綜合判別。根據(jù)缺陷回波反射規(guī)律按下列方
法對(duì)缺陷分類(lèi):
9. 1　點(diǎn)狀缺陷
點(diǎn)狀缺陷一般指小的氣孔、夾渣, 可出現(xiàn)在焊縫
中任何部位, 回波幅度一般小于Á 2 平底孔當(dāng)量, 靜
態(tài)波形穩(wěn)定, 顯示單個(gè)光滑尖銳回波, 對(duì)缺陷作前后
或左右移動(dòng)時(shí)回波包絡(luò)線為光滑圓頂, 兩側(cè)對(duì)稱(chēng)。
見(jiàn)圖17 所示點(diǎn)狀缺陷回波規(guī)律。
圖17　點(diǎn)狀缺陷回波規(guī)律
9. 2　線狀缺陷
線狀缺陷是指缺陷在一維方向有一定長(zhǎng)度, 即
可用探頭移動(dòng)法測(cè)得其指示長(zhǎng)度, 但測(cè)不出其斷面
尺寸或其斷面尺寸在2 mm 以下的缺陷, 這種缺陷
一般指線狀?yuàn)A渣或缺陷高度在2 mm 以下的未焊
透。探測(cè)此種缺陷時(shí), 其缺陷回波高度一般在Á 3 平
底孔當(dāng)量以下, 其靜態(tài)波形呈單個(gè)尖鋒, 如是線狀?yuàn)A
渣, 則其靜態(tài)波形邊上還可能出現(xiàn)小峰, 探頭移動(dòng)時(shí)
回波包絡(luò)線有較大的平臺(tái)或呈多峰變化。
見(jiàn)圖18 所示, 線狀缺陷波形規(guī)律。
9. 3　體積狀缺陷
體積狀缺陷是指具有三維方向較大尺寸的缺
陷, 一般指大塊夾渣, 其回波波幅一般大于Á 3 平底
孔當(dāng)量, 由于其表面不光滑其靜態(tài)波形表現(xiàn)為主峰
邊有小的副峰。
1　8 　　　　　　　　　　　　　　　　　無(wú)　損　探　傷　　　　　　　　　　　　　　　第28 卷
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探頭移動(dòng)時(shí), 可獲得缺陷最高波, 隨探頭移動(dòng)回
波下降有起伏, 當(dāng)探頭作環(huán)繞移動(dòng)時(shí), 回波情況基本
不變。
見(jiàn)圖19 所示體積狀缺陷回波波形規(guī)律。
圖18　線狀缺陷波形規(guī)律
圖19　體積狀缺陷回波波形規(guī)律
9. 4　平面狀缺陷
平面狀缺陷是指具有二維方向尺寸(即有一定
長(zhǎng)度和高度) , 如未熔合、未焊透、裂紋等, 這種缺陷
是不允許存在的, 其回波幅度一般超過(guò)Á 3 平底孔
當(dāng)量, 是超聲檢測(cè)的重點(diǎn)。未熔合出現(xiàn)在坡口處及翼
板內(nèi)側(cè)焊縫熔合線, 未焊透出現(xiàn)在中間(雙面焊)、根
部(單面焊) , 裂紋可能出現(xiàn)在焊縫中任何位置, 這三
種缺陷回波各有特點(diǎn)。
未熔合波形特點(diǎn):
靜態(tài)回波單一尖銳, 穩(wěn)定光滑, 探頭沿焊縫移動(dòng)
回波包絡(luò)面有一平臺(tái), 延續(xù)較長(zhǎng)。見(jiàn)圖20 所示未熔
合回波。
圖20　面狀缺陷波形特點(diǎn)
　　未焊透波形特點(diǎn):
靜態(tài)回波單一, 探頭移動(dòng)時(shí)回波包絡(luò)有較長(zhǎng)平
臺(tái), 波形穩(wěn)定變化, 見(jiàn)圖20 所示未焊透回波。
裂紋波形特點(diǎn):
裂紋表面粗糙, 靜態(tài)波形單一, 在主峰邊有副
峰、波腳較寬, 探頭移動(dòng)時(shí), 回波動(dòng)態(tài)波形包絡(luò)面幅
度大, 波幅起伏大。見(jiàn)圖20 所示裂紋回波。
9. 5　密集缺陷
密集缺陷也稱(chēng)多重缺陷, 如密集氣孔、密集小夾
渣等, 由于密集缺陷中小氣孔或小夾渣均構(gòu)成反射
回波條件, 許多個(gè)小氣孔或小夾渣引起反射回波在
掃描線上合成一個(gè)回波, 其靜態(tài)波形為多峰。波腳處
有很寬一段掃描線范圍內(nèi)出現(xiàn)此種回波, 探頭移動(dòng)
時(shí), 各波峰各自升降, 互不影響, 回波多且不規(guī)則, 但
每個(gè)單獨(dú)的回波訊號(hào)與點(diǎn)狀缺陷相似。
第5 期　 　　　姚志忠: 鍋爐壓力容器T 型接頭與管座角接頭焊縫超聲波探傷技術(shù)探討　　　　　 1　9　
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