钢管塔薄壁管对接环焊缝爬波检测技术探讨

王国俊，周左平，包乐庆，高景荣

（1.中国电力科学研究院，北京 100192；2.华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州450015）

钢管塔薄壁管对接环焊缝爬波检测技术探讨

王国俊1，周左平1，包乐庆1，高景荣2

（1.中国电力科学研究院，北京 100192；2.华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州450015）

特高压交流输电钢管塔接头具有管壁薄、焊缝余高宽度大的特点，用常规超声波探伤方法检测时易造成漏检。爬波检测技术具有覆盖面广，操作方便的特点，为了验证爬波检测技术的可靠性，分别采用爬波和射线两种方法对薄壁管对接环焊缝试件进行检测，并对比了检测结果。结果表明，爬波检测对未熔合、裂纹比较敏感，而对气孔存在漏检现象；对于同一缺陷，可以根据两侧检测波形的不同大致判断缺陷走向，以提高检测结果的准确性；检测前应尽量将焊缝过渡处打磨平整，探头距焊缝中心不宜超过15 mm。

钢管；钢管塔；对接环焊缝；爬波检测；射线检测

皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程钢管塔采用高颈法兰与钢管对接的结构形式，这种形式的接头具有管壁薄、焊缝余高宽度大的特点，用常规超声波探伤方法检测时无法扫查到焊接接头的整个截面[1-3]，容易造成漏检。

爬波是一种表面下纵波理论，与试验研究结果表明，利用爬波检测内部和内表面的横向缺陷是可行的，且具有覆盖面广、操作方便、对裂纹、未熔合和未焊透等缺陷敏感的特点，适用于对钢管塔薄壁管对接环焊缝进行无损检测[4-6]。

为验证爬波检测技术的可靠性，针对薄壁管对接环焊缝爬波检测制作了一批试样，对试样焊缝采用爬波和射线[7-8]两种方法进行检测，并对比了两种检测的效果。

1 试验材料及方法

钢管塔高颈法兰对接环焊缝结构形式如图1所示。

图1 钢管塔对接环焊缝结构示意图

大部分焊缝的厚度在4～8 mm，焊接方法主要为气体保护自动焊，这种焊接工艺容易导致薄壁管对接环焊缝的余高宽度较大，如壁厚为5～8 mm的薄擘管焊接接头，其余高宽度一般为12～15 mm，用横波探伤时无法扫查到焊接接头的整个截面。

另外，横波探伤时由于法兰外壁存在过渡斜面，不能放置探头，因此在外壁检测时只能将钢管一侧作为检测面，而靠近法兰侧只能将内壁作为检测面以扫查剩余部分的焊缝截面，如图2所示，图2中的方块代表探头。

图2 横波探伤检测位置示意图

结合钢管塔对接环焊缝的特点，制作了24块薄壁管对接环焊缝试样，如图3所示。

图3 薄壁管对接环焊缝试样示意图

试样采用Φ159 mm薄壁管焊接而成，管壁厚度δ=7～8.5 mm，焊缝余高宽度约10 mm，在焊缝中制作人工缺陷，缺陷形式主要为坡口未熔合、裂纹和气孔。坡口未熔合和裂纹长度均为15 mm，自身高度为2.5 mm，深度为2～2.5 mm；气孔直径为2 mm，深度为2～2.5 mm。

爬波检测采用2.5P7×7R80型探头（晶片规格7 mm×7 mm，频率 2.5 MHz，探头弧面半径为80 mm），声束中心线垂直于焊缝中心。探头放置在钢管侧检测面上，距焊缝中心15～20 mm。检测沿环向扫查，并在10°～15°转动，扫查速度不大于50 mm/s。射线探伤执行标准 JB/T 4730.2—2005《承压设备无损检测—射线检测》。

2 使用结果与讨论

采用爬波检测方法，在SG－I试块上分别对深度为2 mm和5 mm的Φ1 mm×30 mm横通孔进行灵敏度调试，并绘制距离－波幅曲线，对检测中发现的条状缺陷采用6 dB法测长。

2.1 不同缺陷的检测结果

采用爬波检测和X射线探伤分别对同一组试样进行检测，结果见表1。

由表1可以看出，爬波检测对于试样中存在的裂纹和未熔合，即具有平整截面的缺陷较为敏感，而对于形状不规则的气孔，则存在漏检的现象，且当不同气孔相距较近时，不易进行区分。爬波检测可以较为精确的测定裂纹和未熔合的宏观尺寸，而射线检测难以精确测定焊缝边沿的未熔合。对于同一缺陷的爬波检测，采用不同深度的横通孔进行灵敏度校正，测定结果也略有不同。一般情况下，采用2 mm横通孔时测得的反射波幅值比5 mm时更大，因此灵敏度更高。

表1 爬波检测和X射线探伤检测结果比较

2.2 爬波双侧检测

为验证在焊缝两侧检测结果的差异，分别选取带有裂纹和气孔的试样进行爬波双侧检测，并与射线检测的结果进行比对。带裂纹和气孔试样双侧波形及照片如图4和图5所示。

由图4和图5可见，爬波检测对裂纹比较敏感，缺陷回波波幅较高，用6 dB法测其指示长度与缺陷的真实长度基本一致。而气孔回波波幅相对较低，有些气孔基本看不到回波，影响检测结果的准确性。另外，对于同一缺陷，两侧检测的波幅也有差别，有的缺陷只在一侧有回波，而另一侧看不到回波或波幅较低，这种差别在坡口未熔合时更为显著。这与缺陷的取向有关，当爬波走向与缺陷取向垂直时，回波波幅较高，当与缺陷平行时，则基本看不到回波。在检测时，可以根据回波情况大致判断缺陷的走向，进而调整探头位置，得到更为准确的检测结果。

图4 带裂纹试样的双侧波形及照片

图5 带气孔试样的双侧波形及照片

2.3 问题与建议

探头与焊缝中心的距离对检测结果存在较大影响。试验过程中，当探头与焊缝中心的距离在10 mm左右时（焊缝宽度约10 mm），回波波幅较高；移至15 mm，波幅下降较快；当达到20 mm时，大部分缺陷未见缺陷回波。因此，在实际检测时，建议探头离焊缝中心的距离不要超过15 mm，距焊缝边沿5 mm左右为宜。

用深度为2 mm的Φ1 mm×30 mm横通孔调试的灵敏度比深度为5 mm的横通孔高，同一缺陷波幅在DAC基础上相差6～8 dB。因此，在实际检测时，建议尽量采用深度为2mm的Φ1 mm×30 mm横通孔来调试扫查灵敏度，制作距离－波幅曲线，以减少漏检现象。

因试样中缺陷都带有自身高度，会出现多个波峰，所有回波波形均在最高回波前有一个低波，根据试验情况，如果确定是缺陷回波，按前面低波进行水平定位比较准确，而缺陷波幅则应按高波来记录。

焊缝余高对检测结果也有较大的影响，特别是焊趾处。如果过渡不圆滑，有拐角或死角，检测过程中也会出现回波，这给检测结果的评定带来一定困难。因此，在实际检测中，应先将焊趾修磨圆滑后再进行检测。

此外，气孔检测率较低的原因是回波波幅不够明显，考虑到气孔的形状及排列不规则，对于存在疑问的试样，可以改变探头角度再检测一次，以降低漏检的可能性。

3 结 论

（1）爬波检测对未熔合、裂纹比较敏感，缺陷回波波幅较高，取低波为基准并用6 dB法计算结果较为准确，而对气孔则存在漏检现象。

（2）实际检测中应尽量采用深度为2 mm的Φ1 mm×30 mm横通孔来调试扫查灵敏度，探头离焊缝中心距离不宜超过15 mm。

（3）对于同一缺陷，可以根据两侧检测的波形大致判断缺陷走向，以便调整探头位置。

（4）实际检测中若焊接接头过渡不圆滑，应尽量打磨平整后再进行检测。

[1]李家伟，陈积懋.无损检测手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]徐德录，常建伟，包乐庆，等.特高压输电线路钢管塔薄壁管对接环焊缝超声波检验方法研究[J].无损探伤，2011，35（5）：17-21.

[3]石峰，谢建平，梁桠东.超声波探伤检测的影响因素分析及监督与控制[J].科学技术与工程，2012，12（25）：6448-6453.

[4]樊利国，荆洪阳.爬波检测及其应用[J].无损检测，2005，27（4）：212-216.

[5]江山，霍立兴，樊立国，等.表面及近表面裂纹的爬波无损检测[J].无损探伤，2005，29（3）：7-11.

[6]董国利，黄庆军，程传茂.管式输电塔薄壁管对接环焊缝爬波探伤[J].无损检测，2012，34（6）：73-75.

[7]周正干，滕升华，江巍，等.焊缝X射线检测及其结果的评判方法综述[J].焊接学报，2002，23（3）：85-88.

[8]曾祥照，罗佩.X射线实时成像在焊缝探伤中的应用[J].焊接，2000（1）：29-30.

[9]Q/GDW 707—2012，输电线路钢管塔薄壁管对接焊缝超声波检验与质量评定[S].

[10]JB T 4730.2—2005，承压设备无损检测－射线检测[S].

Research on the Creeping Wave Detection Technology in Butt Circumferential Weld of Steel Tube Tower Thin-wall Pipe

WANG Guojun1， ZHOU Zuoping1， BAO Leqing1， GAO Jingrong2
（1.China Electric Power Research Institute,Beijing 100192,China；2.Huadian Zhengzhou Mechanical Design Institute Co.,Ltd.,Zhengzhou 450015,China）

The welding joint of ultra-high voltage alternating current(UHV AC)transmission steel tube tower possesses some characteristic,such as thin wall and large width of weld reinforcement,using the conventional ultrasonic testing easily causes leak detection.Creeping wave testing technique has characteristics of wide coverage and convenient operation.In order to verify its reliability,the thin-wall pipe butt circumferential weld specimen was detected by adopting creeping wave and radiographic inspection two methods,and compared the test results.The result showed that creeping wave testing is sensitive to incomplete fusion,crack,but not good at weld porosity;for the same defect,it can roughly judge the crack orientation according to the testing waveform in both sides,so as to improve the accuracy of the detection results.The weld toe should be burnished before the testing,and the distance between detector and weld center should less than 15 mm.

steel tube;steel tube tower;butt circumferential weld;creeping wave testing;radiographic inspection

TG441.7

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.06.010

王国俊（1976—），男，工学硕士，高级工程师，主要研究方向为材料及检测方法。

2016-02-02

谢淑霞