P91、P92高压管道T型角焊缝的超声波检测

董明强

摘 要：对于火电机组高压配管的安装，其卡块承受荷载极大而且焊接时P91、P92等高合金T型角焊缝极易产生裂纹等危害性缺陷。本文针对管道角焊缝的超声波检测提出了合适的方法。利用斜探头及直探头相结合，在不同位置进行检测，提高缺陷的检出率。

关键词：角焊缝；超声波检测；卡块

目前P91、P92的材料主要用于主蒸汽管道及再热热段管道上，这些部件的安全性要求极高。但这种材料的性能还不能完全肯定，对于这两种材料的焊接也难以控制。对角焊缝的焊接要时刻注意。

1 缺陷类型

P91、P92材料的卡块角焊缝较其他材料易产生裂纹、层状撕裂及夹渣等缺陷。并且由于坡口形式及尺寸的影响，焊条难以完全放到卡块与母材的接触面，经常出现接触面的材料没有融化融合，双面成型后在中间形成一条未融合线，即卡块坡口钝边未焊透；P91、P92材料的管座易产生气孔、夹渣、焊口裂纹及边缘未融合等。

2 检测方法

2.1 对于卡块的检测

可归纳为三结合法：即使用横波检测与纵波检测相结合，使用直探头在卡块上表面与母管下表面相结合进行扫查，使用斜探头在卡块两侧及母管上下表面相结合进行扫查。

2.2 当能进入管内检测时，就直接用直探头从内壁进行检测，如不可行，可在管外其他位置检测。而热段与主蒸汽管道的卡块的厚度大多大于20mm高度大多小于150mm，因此可以利用频率5MHZ直径14mm的直探头在卡块上表面进行钝边未焊透的检测。例如：已知P92中纵波声速约为6010m/s，可得

半扩散角θ0=70入/Ds=70×6010×103/（5×106×14）=6.01，

近场区长度N= Ds2f/4CL=14×14×5×106/4×6010×103=40.77；

未扩散区长度b=1.64N = 1.64×40.77=66.86mm。

主声束扩散至侧壁时声束达到的扫描深度计算公式如下： h=b+0.5t/tanθ0=66.86+94.98=161.84mm>150mm（卡块高度）。

卡块的高度小于此深度，而且在声波主声束到达根部未焊透区域时未扩散至侧壁，避免了侧壁反射的干扰，同时根据仪器的回波距离显示可以排除根部端角反射的影响。

2.3 另外利用2.5P13×13K2.5单晶斜探头在卡块两侧及母管上表面进行扫查，在卡块两侧的扫查可以用于检测焊缝内部夹渣裂纹等缺陷，在卡块两侧的检测主要是探测是否存在角焊缝热影响区边缘产生的层间撕裂。

当k=2.5，卡块厚度t=20mm，探头前沿L=10mm时，要使探头主声束扫查到钝边未融处焊缝上下宽度应小于L1=0.5kt-L=0.5×2.5×20-10=15mm.而焊缝上下宽度一般情况不会小于15mm，所以斜探头检测时一般使用二次波，以保证各种缺陷的检出率。

角焊缝检测时，外表面的打磨平整度比较高，因此打磨时应考虑不同位置所需的检测面宽度。

3 缺陷判定

P91、P92材料中各种缺陷的显示特点不一，每一个缺陷的回波都各具特点，但根据其动态回波的特点可以大致总结如下。

3.1 裂纹

用超声波进行检测时，裂纹的回波高度是最高的，其波形高而且较窄根部较干净。

3.2 夹渣

点状夹渣多出现在长度方向的焊跟两侧有很多存在于焊缝近表面，波束无法达到。在内表面的夹渣波形较杂乱，多存在两个峰顶或更多，波宽较宽。

3.3 气孔

气孔的静态回波是单个尖锐并且相对较平滑的回波。转动探头时会忽隐忽现，根部较干净。角焊缝中很容易形成群状气孔，由于声束被分散至不同角度，缺陷波回波高度一般较低且有很多波峰。

3.4 钝边未焊透

由于钝边未焊透位于横截面中心线上，在上表面横波检测时，探头位于中心线部位时母管内表面的底波高度与未焊透的回波高度高低相差无几，大部分情况下底波高于缺陷波。当探头在卡块宽度方向上进行左右移动时，缺陷波逐渐消失，底波逐渐升高。

4 检测参数的确定

在CSK-IA或其它标准试块上校验仪器组合性能。距离—波幅曲线在对比试块上做。先用探头扫查试块另一面的槽，用一次波找到该槽的最大反射波幅，并增益到80%记录下来。再用探头扫查试块上探头所在面的槽，用二次波找到该槽的最大反射波幅并记录下来。将这两点连接起来，此线为距离—波幅曲线，即基准灵敏度。

实际探伤时，探伤灵敏度为距离-波幅曲线提高6dB。

5 结语

利用直探头在卡块的上表面进行角焊缝的检测，有效的弥补了由于结构和尺寸原因而不能在母管下表面用直探头进行扫查的不足，同时也是对斜探头进行钝边未焊透及焊缝中心处其它缺陷掃查的补充。

直探头扫查的同时，斜探头也是必不可少的，这两种探头的扫查结合能有效的避免缺陷的漏检。提高探伤的效率与质量。

对P91、P92材料而言，其角焊缝的结构千差万别，缺陷种类与出现频率也较高，检测时应根据实际情况找出合理有效的检测方法与检测位置。这样才能起到事半功倍的效果。

参考文献：

[1]中国机械工程学会无损检测学会.超声波探伤[M].机械工业出版社，1989.

[2]全国压力容器标准技术委员会.压力容器无损检测JB/T4730-2005[M].机械工业出版社，2005.