安放式角接接头焊缝超声波检测用试块的选择

赵晓华

(哈电集团(秦皇岛)重型装备有限公司，秦皇岛 066206)

安放式角接接头焊缝超声波检测用试块的选择

赵晓华

(哈电集团(秦皇岛)重型装备有限公司，秦皇岛 066206)

针对安放式角接接头焊缝的超声波检测要求，制作了两种不同形式的参考试块(不带焊缝的校准试块和带焊缝的模拟试块)，利用几种探头对其进行了灵敏度对比试验，比较了这两种试块的灵敏度差异，为该类焊缝超声波试块的选择及检测工艺的制定提供参考。

安放式角接接头；校准试块；模拟试块；灵敏度对比

压力容器中接管与筒体(或封头)的角接接头，主要是以插入式和安放式结构为主。

笔者以某电站压力容器项目的安放式角接接头为试验对象，研究此类焊缝超声波检测用试块的选择与应用方法。

图1 某设备中接管焊缝示意(不同规格尺寸)

图1为某设备中的接管焊缝示意。该设备的文件及图纸要求，对内径大于50 mm的管嘴与筒体或封头全焊透焊缝进行超声波检测。由于该设备中的小管嘴焊缝数量多、规格多，因此，对于此类焊缝超声波检测用试块的选择与应用是无损检测技术领域的重点和难点[1]。笔者制作了两种不同形式的参考试块(不带焊缝的校准试块和带焊缝的模拟试块)，利用几种探头对其进行了灵敏度对比试验，比较了这两种试块的灵敏度差异，为该类焊缝超声波试块的选择及检测工艺的制定提供参考。

1 试块的制作

对同一设备的接管焊缝进行超声波检测时，不同检测单位可能采用不同形式的试块进行检测。而由于采用的试块不同，常常会使检测结果产生差异。

笔者通过制作不同类型的超声波检测用试块，进行了灵敏度对比试验。通过对比试验，了解了不同形式的超声试块引起灵敏度的差异。

按照标准NB/T 47013.3-2015《承压设备无损检测 第3部分 超声检测》的要求，安放式角接接头的斜探头检测以接管内外壁为主，直探头检测从筒体或封头内壁进行扫查。

在此基础上，笔者制作了两种不同形式的对比试块，进行筒体内壁直探头和接管内外壁斜探头的距离波幅(DAC)曲线灵敏度对比试验。

(1) 校准试块：斜探头校准试块采用与接管材料相同、曲率接近(曲率半径的0.9～1.5倍)的锻管制作而成(见图2)；直探头校准试块采用与筒体或封头材料相同的锻件制作而成(见图3)；

图2 斜探头校准试块外观(UT-1锻管)

图3 直探头校准试块外观(UT-2锻板)

(2) 模拟试块：试块采用与某一接管与筒体(或封头)焊缝同材料、同曲率、同焊接工艺及热处理的、带焊缝的试块(见图4)。

图4 直、斜探头模拟试块外观(UT-3模拟试块)

两类(校准、模拟)试块均设计有φ3 mm横孔，且横孔深度和长度相同或接近。

2 灵敏度对比试验

2.1 直探头灵敏度对比试验

2.1.1 试验用仪器、探头、试块

仪器：Olympus EPOCH1000;探头：直探头(N2.5P20L/BKB016、2.5Pφ20/141538、2.5Pφ14/141504);试块：直探头校准试块UT-2与模拟试块UT-3参数见表1。

2.1.2 试验内容

采用三个不同编号的直探头，在UT-2试块上用深度90,110,150,210 mm横孔调节灵敏度；并分别制作三条DAC曲线，记录不同探头对应的基准灵敏度。然后在UT-3试块上分别测试深100,155,215 mm的横孔，记录基准灵敏度下模拟试块上三个横孔与DAC曲线的dB差。三个直探头的测试结果见表2。

表1 直探头校准试块与模拟试块参数

表2 直探头测试结果

三个直探头检测UT-3试块155 mm深孔的波幅显示见图5。图5(a)～(c)分别为表2中探头1～3的检测结果。

2.2 斜探头灵敏度对比试验

2.2.1 试验用仪器、探头、试块

仪器：Olympus EPOCH1000。探头：① 2.25 MHz，13 mm×13 mm，45°，轴向扫查凹面曲率φ280 mm;② 2.25 MHz， 13 mm×13 mm，60°，轴向扫查凹面曲率φ280 mm;③ 2.25 MHz，13 mm×13 mm，45°，轴向扫查凸面曲率φ160 mm;④ 2.25 MHz，13 mm×13 mm，60°，轴向扫查凸面曲率φ160 mm。试块：斜射波校准试块UT-1与模拟试块UT-3参数见表3。

图5 三个直探头检测UT-3试块155 mm深孔波幅显示

试块编号状态材料外内径尺寸/mm反射体/mm热处理状态反射体深度/mmUT-1锻管SA-508-3-1339/187横孔ϕ3×38调质热处理19/38/57UT-3焊接件(SMAW)SA-508-3-1280/160横孔ϕ3×60消应力热处理15/30/45/60

2.2.2 斜探头对比试验的可行性论证

(1) 校准试块UT-1的内、外径分别为187,339 mm；模拟试块UT-3的内、外径分别为160,280 mm。均满足标准NB/T47013.3-2015，试块曲率可用于工件曲率范围为基准试块直径0.9～1.5倍的检验要求。

(2) 校准试块UT-1横孔φ3 mm，孔长38 mm；模拟试块UT-3横孔φ3 mm，孔长60 mm，反射体的长度存在差别。但对于晶片尺寸(长×宽)为13 mm×13 mm的探头来说，试块UT-1和试块UT-3的横孔长度均大于探头波束截面尺寸，因此该反射体长度对于测试用探头来讲是长横孔，超声波垂直入射是全反射，因此反射体长度的差异对检测灵敏度几乎没有影响。

(3) 检测探头采用同焊接件曲率一致的探头，其耦合效果比在校准试块上耦合效果要好，在焊接件上的耦合情况更能代表实际焊缝的耦合情况。

基于以上分析，认为此对比试验是可行的。

2.2.3 试验内容

斜探头在UT-1试块上利用深度19,38,57 mm横孔绘制DAC曲线；然后在UT-3试块上检测各深度的横孔；最后得出各探头测得的各孔反射波幅与各DAC曲线的dB差。

具体操作为：用表4中探头13970和探头13949在UT-1试块外表面检测并分别绘制DAC曲线，并从试块UT-3外壁测得各孔与DAC曲线的dB差；用表4中探头13969和探头13946在UT-1试块内表面检测并分别绘制DAC曲线，从试块UT-3内壁测得各孔与DAC曲线的dB差。接管内、外壁检测结果如表4所示。

表4 接管内、外壁检测结果

表4中横孔深度均以内壁为基准测得深度。当从接管外壁检测时，实际显示的深度应为接管壁厚减去表中数值，且当从外壁调节孔深45，60 mm对应的孔时，探头放置在焊缝R角处，因检测面的曲率变化导致声程等的变化，所以显示值与理论值不一致。

3 结论

(1) 直探头对比情况

晶片尺寸φ20 mm的一个探头测得的模拟试块UT-3中的φ3 mm横孔波幅，比试块UT-2基准波幅高0.8～0.9 dB；另一个晶片尺寸φ20 mm的探头测得的波幅几乎与基准波幅一致。晶片尺寸φ14 mm的探头测得的其中一个横孔的波幅比基准波幅低2.1 dB。

从试验可以看出，在此检测声程范围内，小晶片探头比大晶片探头在模拟试块中受介质衰减的影响略大；大晶片探头在锻板试块中的介质衰减反而比在模拟试块中的衰减大。

因此，在筒体或封头侧进行直探头检测时，尽量选择晶片较大的探头，试块选择锻板或模拟试块均可；从经济角度来看，选择调质热处理后的锻板制作即可。

试验数据论证了ASME 2015版第V卷《无损检测》非强制性附录R，该附录提及关于受限焊缝区域直探头校准试块(除了有特殊规定外)可不需要焊接的要求。直射波试块反射体设置也可参考附录R的相关要求。

(2) 斜探头对比情况

从单个测试数据来看，模拟试块反射体波幅高度比锻管试块基准DAC曲线低2 dB；但也有的反射体波幅比锻管试块基准DAC曲线高1 dB。

首先，从接管外壁的检测情况来看，受焊接影响，模拟试块的不平度小于锻管试块，从而影响了探头与工件耦合；而且，从接管外壁扫查深45，60 mm的孔时，探头需放置在焊缝及R角处，探头与工件的耦合影响较大。但探头与模拟试块的耦合情况更能代表探头与实际待检产品的耦合情况。从表4的数据来讲，在模拟试块上调节灵敏度应比锻管试块灵敏度要高;其次，从接管内壁的测试情况来看，模拟件的接管内壁表面状态接近锻管内壁的状态。所以，从接管内壁的检测总体数据来看，锻管试块校准灵敏度接近模拟件试块灵敏度。

(3) 无论接管内壁还是接管外壁，从检测结果来看灵敏度差在2 dB范围内。因此，在检测该类安放式角接焊缝时，若选用锻管试块，则校验灵敏度必须增加适当的表面耦合补偿；若选用模拟试块，且模拟试块与被检件材料相同或相当、外形尺寸接近一致、焊接方法相同、热处理状态一致、焊缝表面圆滑过渡的条件下，校验时可不增加灵敏度补偿。

[1] 徐金才.国内外超声检测标准关于对比试块声学性能规定的比较[J].无损检测，2014，36(8)：71-74.

The Choice of the Reference Block of the Ultrasonic Examination of the Setting on Branch Connections

ZHAO Xiao-hua

(Harbin Electric Corporation (QHD) Heavy Equipment Co., Ltd., Qinhuangdao 066206, China)

According to Ultrasonic examination of the setting on branch connections, we made two kinds of reference blocks (one is calibration block without welding, the other one is a nozzle simulated block with welding) were made. Compared to the calibration sensitivity on the two kinds of the blocks by different probes, this test offers some reference for the choice of the calibration blocks and making the examination procedure for the ultrasonic test of this kind of welding.

The setting on branch connection; Calibration block; Simulated block; Sensitivity comparing

2016-05-10

赵晓华(1982-)，女，本科，助理工程师，主要从事核岛主设备的超声波检验、射线检验、磁粉检验和渗透检验工作。

赵晓华, E-mail: zhxh2808@126.com。

10.11973/wsjc201703011

TG115.28

A

1000-6656(2017)03-0044-03