镍基合金管道对接焊缝超声检测技术的应用

唐华

摘 要：由于镍基合金焊缝晶间组织是以奥氏体形态存在，声学特征与奥氏体不锈钢类似，从而导致超声检测在缺陷定量、定位、定性方面存在一定难度。文章主要介绍我所在中石化高含硫井站UNS N08825镍基合金管道（管径DN100-DN150，厚度8.5-15mm）对接焊缝检测中使用的超声检测的具体方法，以供参考。

关键词：镍基合金；超声检测；焊缝

中图分类号：TG406 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）09-0161-02

Abstract： Because the intergranular microstructure of nickel-based alloy weld exists in Austenite morphology and its acoustic characteristics are similar to those of austenitic stainless steel， it is difficult to detect defects quantitatively， locatively and qualitatively. This paper mainly introduces the UNS N08825 nickel-based alloy pipeline of the high sulfur well station of Sinopec Group （diameter is DN100-DN150 and the thickness 8.5-15mm） and the specific method of ultrasonic detection used in welded seam inspection.

Keywords： nickel-based alloy； ultrasonic testing； welded seam

N08825镍基合金由于其高温抗断裂韧性好、抗高温氧化性、耐腐蚀性强等优良性能，在高含硫的天然气井口的酸气管线中大量应用。但由于其具有奥氏体不锈钢类似的声学特征，焊缝超声检测存在以下难度：（1）超声波在粗晶组织中衰减很大，缺陷的信噪比因为林状回波等因素大大降低。（2）粗大晶间组织和奥氏体各向异性易的特征，使得超声的传播路径极易发生畸变。以上两点因素导致焊缝中缺陷的探测、判别及定位存在大量困难。由于高含硫井站需佩戴空呼不便长时间使用X射线进行检测，我所针对实际检测情况及现有条件，选择高阻尼窄脉冲纵波单斜探头，加工了镍基合金对比试块，制定了N08825合金管道焊缝超声波检验规程，并在实际应用中取得了良好的效果。

1 超声探头的选择

超声波在奥氏体组织中的衰减是镍基合金超声检测的主要难点。这种衰减主要是由于晶粒组织的散射引起的。它既与被检材料本身的特性有关，也与超声波波型、波长及脉冲宽度等因素有关。镍基合金焊缝的奥氏体组织，晶粒粗大，已不利于检测，因此探头的选择至关重要。

（1）探头频率的选择：超声波波长越大，则越不容易产生散射，衰减越小；波长越小，在粗大晶粒影响下，则越容易产生散射，衰减越大。因此我们可以在保证分辨力的前提下尽量选择低频率的探头。

（2）探头波形的选择：纵波波长约是横波波长的两倍，同上原因，选择波长较大的纵波探头。

（3）探头晶片的选择：超声波波束越窄，则晶粒散射面积越小。波束宽度与探头晶片尺寸有关，晶片越大，则波束指向性越好，波束宽度越小。但由于管道管壁较薄，导致探头前沿需尽量小，从而限制了晶片的尺寸。因此我们在保证小探头前沿的前提下尽量采用大尺寸晶片。

（4）探头K值的选择：一般来说，当所探管子壁厚较小时，尽量选用较大的K值，以避免近场区的影响。针对笔者单位所需检测的镍基合金管焊缝，为了使一次波波束能够检测到焊缝根部，同时避开近场区的影响以及有较大的水平距离以避免焊缝余高的影响，K值一般选K2～K2.5。

综合以上因素，结合所需检测的管道焊缝，我们依据NB/T47013.3及附录I的规定选择了2.5MHz K2 6*6的高阻尼窄脉冲单晶片纵波斜探头。

2 对比试块的制作

为了满足检测的需要，根据NB/T47013.3及附录I的相关规定，我单位外委制作了检测需要的1-5号对比试块。对比试块材质为N08825镍基合金板。

1号对比试块结构尺寸如图1所示，顶部R1圆弧曲率半径为60mm，底部R2圆弧曲率半径为72mm，分别适用管子外径范围为110-132mm，132-159mm。

2号、3号对比试块结构尺寸分别如图2所示，顶部圆弧曲率半径分别为60mm和72mm。

4号、5号对比试块结构尺寸分别如图3所示，顶部圆弧曲率半径分别为60mm和72mm。

3 检测的准备、仪器的调校及检测方式

（1）检测面表面状况和耦合剂的要求：超声检测时，焊缝附近检测面的铁锈、防腐涂层和飞溅、焊缝成型的形状差异等因素都对超声波探伤的灵敏度有严重影响。超声波的检测面应先打磨光滑，再进行探伤。检测面表面越平整越光滑，超声波的检测结果才越精确。为了有良好的耦合性和较大的信噪比，镍基合金管道焊缝的超声波检测，耦合剂一般使用机油，且机油的含硫量不应大于250mg/L。

（2）探头的修磨：因检测管道的直径较小，为了保证探头与焊缝两边被检工件必须贴合紧密，必须对探头进行修磨。注意修磨后探头K值、前沿会发生变化。

（3）仪器的调校：我单位采用的是友联PXUT-390，首先利用1號试块测定修磨后的探头的零点，确定实际的探头前沿及K值。其次利用2-5号试块根据所检管道尺寸分别制作距离-波幅曲线。距离-波幅曲线由选定的探头、仪器组合在对比试块上根据不同深度长横孔的反射波幅实测数据绘制。在焊缝两侧进行检测时，用2、3号试块焊缝中心的横孔制作距离-波幅曲线确定灵敏度和评定。只在焊缝单侧检测时，应使声束通过焊缝金属利用4、5号试块熔合区横孔制作曲线确定灵敏度和评定。同时利用熔合区人工缺陷和焊缝中心人工缺陷分别测绘的两条曲线间距一般不得超过10dB。工件厚度8-15mm范围时，判废线、定量线、评定线分别设置为ф2*40+3dB、ф2*40-2dB、ф2*40-8dB。

（4）检测方式：在用管道定期检验中，只要现场条件允许，超声波检测应在焊缝两侧进行扫查。在扫查过程中，探头方向朝着焊缝，以相同大小的力压住探头，在保证有良好耦合的条件下，保持探头均匀移动，在焊缝两侧做锯齿形扫查。先提高4-6db粗探一遍，发现缺陷后在焊缝的对应位置上做好标记，然后在对应位置上探头前后、左右小幅度移动、旋转，找到缺陷最大回波对缺陷进行定位、定量。同时注意观察回波的动态波形，依据NB/T47013.3附录Q的方法，对缺陷进行定性。

4 检测结果的判别及评定

在检测镍基合金管道对接焊缝时，容易产生表面波，把手指紧贴探头前部放置，可以阻碍表面的传播，从而避免表面波对探伤的影响。同时在探伤时，要注意伪缺陷波的判别。镍基合金管道伪缺陷波主要有：（1）焊缝根部成型造成的；（2）错口（或焊瘤）缺陷引起的变型波；（3）粗大奥氏体晶粒引起的噪声波等。

镍基合金管道焊缝超声检测的缺陷可参考NB/T47013.3附录I来进行评定，压力管道安全状况等级可以参照《工业管道定期检验规程》来评定。

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