小径管对接焊缝超声波探伤可靠性实验

小径管对接焊缝超声波探伤可靠性实验

小径管对接焊缝超声波探伤可靠性实验 篇1

小径薄壁无缝钢管的接触法超声波探伤

周予兴

（甘肃兰州兰石机械设备有限公司，兰州

730050）

摘要：介绍对材质为12CrMoV，规格是①42×4 mm的无缝钢管用直接接触法进行超声

波探伤。要求对探头楔块进行加工修磨，使探头与管子良好接触，修磨后再对比试块上实测 其入射角和折射角，在标准规定的对比试块上调整仪器的扫描速度和探伤灵敏度等内容。

关键词：缺陷；修磨；斜探头 1概述

有一批①42×4mm的无缝钢管，材质是12GrIMoV。在投入使用前要求对其质量进行抽

检，将有缺陷的管子分拣出来。以保证产品的质量和今后的安全运行。

对于小径薄壁无缝钢管的无损探伤检查，采用水浸超声波探伤是比较理想的方法。但 由于现场条件的限制和抽检数量较小，用接触法超声波探伤就经济实惠，且能保证质量。2钢管超声波探伤标准的确定和对比试块的制备 2.1探伤标准的确定

依照用户的要求，钢管的超声波探伤标准以JB4730-94《压力容器无损检测》中“高 压无缝钢管超声检测”有关规定为准。该标准规定的检测范围为外径12-480mm壁厚大于或 等于2mm的压力容器用高压无缝钢管。主要检测钢管纵向和横向缺陷。9.9对比试样的制备

试样是从被检查的钢管上截取一段50mm长的管子，按标准要求分别在试管内外壁纵向

加工一深度0.5毫米的60度尖角槽。将这段管子沿轴向一剖为二n 【1】 3探头的选择与修磨 3.1探头K值的选择

如前所述钢管超声检测主要是检查管子的纵向和横向缺陷2]，因此探头选用横波斜探

头。为了有效的检测出钢管的内外壁缺陷，斜探头的K值就应在一定的范围。K值过大，就无法较准确地检查出内壁缺陷。如图1所示。从而造成内壁缺陷漏检。只有当探头K值小

于某一数值时，才能检测到管子内壁缺陷。由图2可知探头K值的选取与管子的壁厚和外径

有关。亦即

Sin B≤ I-8 /R=r /R ——(1)R

管子外圆半径 6

管子壁厚 r

管子内圆半径 K=tgB 图1．K值过大时超声波在管壁中的传播路径

对φ42×4 mm的无缝钢管经计算可知折射角B≤54。即K≤1.4我们选用了频率为 2.5MHz．K=1的斜探头。一般要求探头主声束切过内圆，如图2所示折射角计算为：

B=sin l(r／R)图2．K值合适时超声波在管壁中传播路径 3.2探头楔快的加工与修磨

由于所探管子壁厚薄管径小，要使探头与管子外园很好接触，就需将探头楔块磨成圆弧 形状。如图3所示。此时，有两种可能，(1)是斜探头的折射角正好符合被探管材的要求，斜探头可按以下步骤进行修磨：≮ 舞划黥 黟广

图3．探头楔块磨成圆弧状 图3.1 1 Ndn 制”瞒

1)事先测出斜探头主声束的中心入射点位置，并划一垂线。如图3.1。

2)在探头的平面上粘接-3mm厚的有机玻璃，然后把探头放在带有金相砂纸的与被探 管材相同管径的管材上进行修磨，探头的平面正确位置如图3.1所示，使探头的 入射点对准管中心垂线，修磨到原来探头的面为止。

第(2)种情况是，斜探头的折射角与计算的需要不相同，因如何修磨，例如，手头有 一只K2的斜探头，而实际所需的K值为1.4。K2斜探头的折射角为：B=tg2=63.3。则入 射角为a =sin l(2.73/3.23 sin63.43)～49。所需的折射角为B=tgi.4～54.5。，则入射角 应为a =sin l(2.73／3.23 sin 54.5)～43.5。既要求将入射角49。修磨出43.5。步骤如下：

1)测出原斜探头的主声速的中心入射点位置，画一垂线如图3.2所示

2)所要减小的入射角度数为49。-43.5。=5.5。然后，从图3.2可以看出计算L值

L=H．tg5.5。

将L值刻出，并画线连接到入射点处，见虚线所示。在探头探测面上粘接3mm有机玻 璃。并将虚线延长到3mm有机玻璃侧面，在按图3.3方法修磨。即可达到所需折射角的要求。

这种方法因为是手工操作，所以修磨时要精心操作以免引起较大误差。图3.2 图3.3

楔块圆弧的修磨是薄壁管接触法超声波探伤的关键。修磨前应先准确测量探头前沿长

度。为使修磨后探头和管子良好接触，且探伤中操作人员手感良好，探头不前后摇摆，经实 际试验，修磨前的探头前沿不宜小于14mm。测好前沿后在楔快上标出入射点。磨制圆弧时，入射点正对管子外壁，楔块稍向前部倾斜，使超声波入射点正好在管子法线方向。3.3修磨后探头入射点和折射角的测试 3.3.1入射点测试

楔块磨成圆弧后，探头入射点应重新测试。测试方法如图4所示。将探头对准荷兰试块 或者其他有直角边的试块的棱角处，前后移动探头，找出最大反射波。此时棱角所对应的位 置就是探头的入射点。测试结果我们所使用的探头前沿长度为12mm。比未磨制前的前沿短 了2毫米。

图4．圆弧面楔块探头入射点测试 3.3.2折射角测试

测试折射角所用试块为被探管子截取的50mm长的短管，沿纵向一剖为二，将探头置于

管子外壁，找出端角A的最高反射波。固定探头量出BC弧长度。角a的大小可由(2)式决定。

由余玄定理可知：

由正旋定理AO/sin B =AB/sin a可得出 折射角：，图5．折射角测试

经过试验测出探头在(1)的位置时BC弧=13mm。将数值带入(2)式求得a，再依据(3)，(4)式

可求得探头的折射角B =54。亦即K=1.4此结果与前所计算的结果是相符的。需要说明的是 此种方法求得的折射角B误差较大。但对于薄壁管而言是可以满足探伤要求的。4仪器扫瞄速度调节和探伤灵敏度确定探伤仪器选用CTS-26型。扫描速度调节按声程法调。探头置于管子外圆弧。使内壁端

角最高反射波位于荧光屏水平刻度2的位置。然后移动探头，找到外壁端角反射波最高点，将其调到4的位置。此时扫描速度调节完毕。

探伤灵敏度为对比试块上内壁尖角槽反射波达80%。5实际探伤

实际探伤时，为了不使缺陷漏检。仪器再提高3～4 dB作为扫查灵敏度。探伤操作中 探头沿管子外壁螺旋式扫查，速度不宜过快。且注意探头移动始终保持与管子有良好的结合，否则会出现油层杂波不利于判伤，也会造成缺陷漏检。

如果管子是完好的，仪器荧光屏上除始波外再不会出现反射波。一旦出现反射信号就 要根据其所在的位置判断缺陷的深度和长度。如果缺陷波最高点处于一次波附近则其为内壁 缺陷，最高点位于二次波附近则为外壁缺陷。当缺陷反射波高大于基准波高时则判为超标缺 陷，该根钢管不合格。

缺陷长度测量用半波高度法。发现缺陷后左右移动探头，使缺陷波降到波高的一半找 到左右端点，二者之间的距离就是缺陷的长度。

实际探伤共查60多根管子，发现一根存在严重裂纹。该缺陷反射波的特征是从一次波 后开始出现，随着探头的移动缺陷波稍有下降。到二次波位置时缺陷波出现最高点。说明缺 陷处在管子的外壁。当截下有缺陷部位的一段管子，用磁粉探伤检查时，裂纹便清晰可见，其长度达33mm。横向解剖裂纹，发现其由外壁向内裂开，深度是1.5mm。

图6是裂纹实物照片。用磁粉探伤检查管子内壁，未发现有缺陷磁痕显示。

图6 φ42×4 12CrMoV钢管裂纹宏观照片 6几点体会

6.1小直径薄壁无缝钢管的接触法超声波探伤时，斜探头的K值选择非常关键，K值不宜过 大。大K值探头非常容易造成缺陷漏检，或者由于探伤人员的经验不足造成误判。一般来说

K值最好小于等于1。

6.2应选择前沿长度至少大于14毫米的探头。这样便于探头楔块的修磨。选用晶片为8×12 毫米，频率5MHz的探头指向性较好，杂波也少。6.4在实际探伤中，层回波的影响。6.5由于管径较小，操作者一定要保证探头与钢管接触良好，耦合剂不宜涂得太厚以克服油 因此探伤时速度不宜过快。在保证接触良好的情况下缓慢移动探头。参考资料

(I)JB4730-94《压力容器无损检测》标准

1994年5月由中华人民共和国机械工业 部、化学工业部、劳动部等发布

P33

8.4.2

(2)超声波探伤

1995年3月由中国锅炉压力容器安全杂志社出版

P174