管道焊接接头超声波检验方法优化

时间：2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：管道焊接接头超声波检验方法可按DL/T820—2002《管道焊接接头超声波检验技术规程》进行。焊接接头外观质量及外形尺寸需经检验合格。内壁加工面应满足超声波检验的要求。母材厚度大于50mm时，不得采用A级检验。该项检查仅作记录，不属于对母材的验收检验。

管道焊接接头超声波检验方法优化

管道焊接接头超声波检验方法可按DL/T820—2002《管道焊接接头超声波检验技术规程》进行。

1.一般要求

（1）检验准备检验前应了解管道名称、材质、规格、焊接工艺、热处理情况、坡口形式、内壁加工面情况，并进行焊接接头中心位置的标定。焊接接头外观质量及外形尺寸需经检验合格。对有影响检验结果评定的表面形状突变应做适当的修磨，并做圆滑过渡。内壁加工面应满足超声波检验的要求。检验面探头移动区应清除焊接飞溅、锈蚀、氧化物及油垢。必要时，表面应打磨平滑，打磨宽度至少为探头移动范围。

（2）检验区域焊接接头检验区域的宽度应是焊缝本身再加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区域，这个区域最小10mm，最大20mm，如图7-96所示。

（3）扫查速度探头的扫查速度不应超过150m/s，当采用自动报警装置扫查时不受此限制。

（4）检验覆盖率探头的每次扫查覆盖率应大于探头直径的10%。

2.中厚壁管焊接接头的检验

（1）对比试块现场检验时，为校验灵敏度和时基线性，可采用SD-IV试块，如图7-97所示。

图7-96 检验区域

图7-97 SD-IV试块

焊接接头根部未焊透的对比测定采用图7-98所示的SD-Ⅲ月牙槽对比试块，该试块应用被检管材制作。

图7-98 SD-Ⅲ月牙槽对比试块

t—管壁厚度（由被检验材料厚度确定）

（2）检验等级

1）检验等级的分级。根据不同焊接接头质量要求，检验等级分为A、B、C三级，检验的完善程度A级最低，B级一般，C级最高。应按照工件的材质、结构、焊接方法、使用条件及承受载荷的不同，合理的选用检验级别。检验等级应按产品技术条件和有关规定选择或经订约双方协商选定。对于给出的三个检验等级的检验条件，为避免焊件的几何形状限制相应等级检验的有效性，设计、工艺人员应在考虑超声波检验可行性的基础上进行结构设计和工艺安排。检验时遇到非标准化的条件而不能满足相应等级检验的扫查要求时，应对扫查进行修正，使之至少达到等效的覆盖水平，并在检验报告中注明。

2）检验等级的检验范围。A级检验采用一种角度的探头在焊缝的单面单侧进行检验，只对允许扫查到的焊缝截面进行探测。一般不要求做横向缺陷的检验。母材厚度大于50mm时，不得采用A级检验。B级检验原则上采用一种角度的探头在焊缝的单面双侧进行检验，对整个焊缝截面进行探测。对检测中出现异常现象，或有检验要求的焊缝两侧斜探头扫查经过的母材部分要用直探头做检查。条件允许（外径大于250mm）时，应在焊缝两侧做横向缺陷检验的斜平行扫查。C级检验至少要采用两种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验。同时要将对接焊缝余高要磨平，做两个扫查方向和两种探头角度的横向缺陷检验的平行扫查。焊缝两侧斜探头扫查经过的母材部分要用直探头做检查。焊缝母材厚度大于等于60mm的C级检验，或B级检验有要求时，应增加串列式扫查或纵、横波串列式扫查。

（3）检验准备

1）检验面。按不同检验等级要求选择检验面，如图7-99和表7-66所示。

图7-99 检验面

表7-66 检验面及使用探头的折射角

注：1.在检验B、C级时，无法进行单面双侧扫查时，可采用两种以上折射角的探头在焊缝一侧进行探测。

2.在检验B、C级时，探测焊缝根部缺陷时，不宜使用折射角为60°左右的探头。

2）探头的选择。探头频率一般在2～5MHz范围内选择，斜探头的折射角β应依据管壁厚度、焊缝坡口形式及预期探测的主要缺陷种类来选择。横波串列式扫查，选用标称折射角均为45°的两个探头，两个探头实际折射角相差不应超过2°，探头前沿长度相差应小于2mm。为了便于探测厚焊缝坡口边缘未熔合缺陷，可选用两个不同角度的探头，但两个探头角度均应为35°～45°。纵横波串列式扫查，横波探头选用的标称折射角为56°。

3）母材的检验。焊缝两侧的母材，检验前应测量管壁厚度，至少每隔90°测量一点，并做好记录，以便检验时参考。采用B级、C级检验时，斜探头扫查声束通过的母材区域应用直探头作检查，以便确定是否有影响斜角检验结果解释的分层性或其他种类缺陷存在。该项检查仅作记录，不属于对母材的验收检验。检查的要点如下：①接触式脉冲反射法，采用频率为2～5MHz的直探头；②将无缺陷处二次底波调节到荧光屏满刻度；③凡缺陷信号超过荧光屏满刻度20%的幅度部位，应在工作表面做出标记，并予以记录。

4）仪器调整。①时基线扫描的调节：时基线刻度可按比例调节为代表脉冲回波的水平距离、深度或声程，扫描比例依据管件厚度和选用的探头角度来确定，最大检验范围应调至时基线满刻度60%以上；②检验面曲率半径R大于W²/4时（W为探头接触面宽度），应在标准试块或平面对比试块上，进行时基线扫描调节；③检验面曲率半径R小于等于W²/4时，在特制的对比试块上，进行时基线扫描调节同，特制对比试块的宽度应满足下式：

b≥2λ（S/D_e）

式中 b——试块宽度，单位为mm；

λ——波长，单位为mm；

S——声程，单位为mm；

D_e——声源有效直径，单位为mm。

5）距离-波幅曲线（DAC）的测绘。距离-波幅曲线应以所用探伤仪和探头在对比试块上实测的数据绘制，DAC曲线可绘制在坐标纸上，绘制步骤如下：

①将测试范围调整到检验使用的最大探测范围，并按深度、水平或声程法调整时基线扫描比例。

②根据工件厚度和曲率选择合适的对比试块，选取试块上孔深与检验深度相同或接近的横孔为第一基准孔，将探头置于试块检验面声束指向该孔，调节探头位置找到横孔的最高反射波。

③调节“增益”或“衰减器”使该反射波10dB。

④调节衰减器，依次探测其他横孔，并找到最大反射波高，分别记录各反射波的相对波幅值（dB）。

⑤以波幅（dB）为纵坐标，以探测距离（声程、深度或水平距离）为横坐标，将③、④记录数值描绘在坐标纸上。

⑥将标记各点连成圆滑曲线，并延长到整个探测范围，最近探测点到探测距离0点间画水平线，该曲线即为DAC曲线的基准线。

⑦依据规定的各线灵敏度，在基准线下分别绘出判废线、定量线、评定线，标记波幅的分区。

⑧为便于现场检验校验灵敏度，在测试上述数据的同时，可对现场使用的便携试块上的某一参考反射体进行同样测量，记录其反射波位置和反射波幅（dB）并标记在DAC曲线图上。

绘制好的距离-波幅曲线如图7_-100所示。该曲线由判废线RL、定量线SL和评定线EL组成。EL和SL之间称I区、SL和RL之间称Ⅱ区，RL以上称Ⅲ区。

不同检验等级、管壁厚度的距离-波幅曲线各线灵敏度如表7-67所示。

图7-100 距离-波幅曲线

表7-67 距离-波幅曲线各线灵敏度（单位：mm）

探测横向缺陷时，应将各线灵敏度均提高6dB。在距离-波幅曲线整个检验范围内，曲线应处于荧光屏满刻度20%以上，如图7-101所示；否则，应采用分段绘制的方法，如图7-102所示。

图7-101 距离-波幅曲线的范围

（4）检验方法

1）一般要求。扫查灵敏度应不低于评定线（EL线）灵敏度。

2）扫查方式。

①为了探测焊接接头的纵向缺陷，一般采用斜探头垂直于焊缝中心线放置在检验面上，沿焊接接头做矩形移动扫查，如图7-103所示。探头前后移动的距离应保证扫查到规定的焊接接头检验区域宽度全部范围。扫查时相邻两次探头移动间隔应保证至少有10%的重叠。在保持探头垂直焊缝中心线作前后移动的同时，根据曲率大小还应做10°～15°的左右摆动。

②为探测焊接接头的横向缺陷，可采用平行或斜平行扫查。

图7-102 分段距离-波幅曲线

图7-103 矩形移动扫查

③B级检验时，当管外径大于250mm时，可在焊缝两侧边缘使探头与焊缝中心线呈10°～20°做斜平行扫查，如图7-104所示。

④C级检验时，可将探头放在焊缝上及其两侧边缘做平行扫查，如图7-105所示。管壁厚度超过60mm时，应采用两种角度探头（45°和60°或45°和70°并用）做两个方向的平行扫查，也可用两个45°探头做串列式平行扫查。

图7-104 平行扫查

图7-105 平行扫查

⑤为了确定缺陷的位置、方向、形状，观察缺陷动态波形或区分缺陷信号与非缺陷信号，可采用前后、左右、转角、环绕四种探头基本扫查方式，如图7-106所示。

3）反射回波的分析。对波幅超过评定线（EL线）的反射回波（或波幅虽然未超过评定线，但有一定长度范围的来自焊接接头被检区域的反射回波），应根据探头位置、方向、反射波的位置及焊接接头的具体情况，进行分析判断其是否为缺陷。判断为缺陷的部位均应在焊接接头表面做出标记。

图7-106 四种探头基本扫查方式

4）缺陷。对在焊接接头检验扫查过程中被标记的部位进行检验，将扫查灵敏度调节到评定线，对反射幅度超过定量线的缺陷，均应确定其具体位置、最大反射波幅度及其所在区域和指示长度。

①最大反射波幅度的测定：按规定的扫查方式移动探头至缺陷出现最大反射波信号的位置，测出最大反射回波幅度并与距离-波幅曲线比较，确定波幅所在区域。波幅测定的允许误差为2dB。最大反射波幅度A与定量线SL的分贝差值记录为SL±（）dB。(www.xing528.com)

②位置参数的测定：缺陷位置以获得缺陷最大反射波信号的位置来表示，根据探头的相应位置和反射波在荧光屏上的位置来确定如下位置参数：缺陷沿焊接接头方向的位置、缺陷位置到检验面的垂直距离（即深度）、缺陷位置离开焊缝中心的距离。

③缺陷尺寸参数的测定：应根据缺陷最大反射波幅度确定缺陷当量值ϕ或测定缺陷指示长度Δl。缺陷当量值中，用当量平底孔直径表示，主要用于直探头检验，可采用公式计算、DGS曲线、试块对比或当量计算尺确定缺陷当量尺寸。缺陷指示长度△l的测定可采用如下三种方法。

a.当缺陷反射波信号只有一个高点时，用降低6dB相对灵敏度法测量缺陷的指示长度，如图7-107所示。

b.在测长扫查过程中，当缺陷反射波信号起伏变化有多个高点，缺陷端部反射波幅度位于SL线或Ⅱ区时，则以缺陷两端反射波极大值之间探头的移动距离确定为缺陷的指示长度，即端点峰值法，如图7-108所示。

图7-107 相对灵敏度法

图7-108 端点峰值法

c.当缺陷反射波峰位于Ⅰ区，如认为有必要记录时，将探头左右移动，使波幅降到评定线，以此测定缺陷指示长度。

5）缺陷评定。

①对波幅超过评定线（EL线）的反射波，或波幅虽然未超过评定线（EL线），但有一定长度范围的来自焊接接头被检区域的反射回波，均应注意其是否具有裂纹等危害性缺陷的特征。可根据缺陷反射波信号的特征、部位，采用动态包络线波形分析法，改变探测方向或扫查方式，并结合焊接工艺等进行综合分析来推断缺陷性质。如无法准确判断时，应辅以其他检验做综合判定。

②最大反射波幅度位于Ⅱ区的缺陷，其指示长度小于10mm时，按5mm计。

③相邻两缺陷各向间距小于8mm时，两缺陷指示长度之和作为单个缺陷的指示长度。

④对于允许存在一定尺寸根部未焊透焊接接头，应进行根部未焊透的测定。检验中发现的根部缺陷经综合分析确认为未焊透时，应采用选用高分辨率、折射角为45°～50°、频率为5MHz的横波斜探头。用月牙槽对比试块上深1.5mm的月牙槽反射波幅调至荧光屏满刻度50%作为灵敏度，进行幅度对比测定。当缺陷反射波幅度小于月牙槽对比试块调节的灵敏度反射波幅度时，用端点14dB法测量其指示长度L。

（5）检验结果的评级检验结果根据缺陷的性质、幅度、指示长度分为四级。

1）最大反射波幅度位于SL线或Ⅱ区的缺陷，根据缺陷指示长度按表7-68的规定予以评级。

表7-68 单个缺陷的等级分类（单位：mm）

注：t为坡口加工侧管壁厚度，焊接接头两侧管壁厚度不等时，t取薄壁管厚度。

2）对于对接焊缝允许存在一定尺寸根部未焊透缺陷，根据其反射波幅度及指示长度按表7-69的规定予以评级。

表7-69 根部未焊透等级分类

注：1.当缺陷反射波幅大于或等于用SD-Ⅲ型试块调节对比灵敏度1.5mm深月牙槽的反射波辐时，以缺陷反射波幅评定。

2.当缺陷反射波幅小于用SD-Ⅲ型试块调节对比灵敏度1.5mm深月牙槽的反射波幅时，以缺陷指示长度评定。

3.中小径薄壁管焊接接头检验

（1）试块采用小径管焊接接头超声波检验专用试块，如图7-109所示。试块一套共5块，其适用范围如表7-70所示。

图7-109 小径管焊接接头超声波检验专用试块

表7-70 专用试块的适用范围（单位：mm）

（2）检验准备

1）检验面。检验面打磨宽度应满足表7-71的要求。

表7-71 打磨宽度（单位：mm）

2）焊缝的余高修磨。所检管件的焊缝余高过高、过宽或有不清晰回波信号产生的地方应进行修磨，使之满足检验的要求。

3）仪器。用于检验的仪器在运行中不得出现任何种类的临界值和阻塞情况，宜采用数字式A型脉冲反射式超声波探伤仪。

图7-110 扫查示意图

4）探头。选用的探头直射波扫查时按图7-110所示进行，应扫查到焊接接头1/4以上壁厚范围，即h≥t/4，探头频率为5MHz，斜探头的折射角β应依据管壁厚度来选择。对不同管壁厚度焊接接头，使用的探头角度如表7-72所示。

表7-72 推荐使用的探头角度

（3）检验方法

1）扫查方式。对环向对接接头从焊缝两侧进行扫查，移动范围如图7-111所示，对角接接头以小径管为检验面进行单侧扫查，如图7-112和图7-113所示。

图7-111 环向对接接头扫查方式

图7-112 骑座式角接接头扫查方式

图7-113 插入式角接接头扫查方式

2）检验。扫查灵敏度为DAC曲线增益10dB。对波幅超过DAC-10dB的反射波（或波幅虽然未超过DAC-10dB的反射波，但有一定长度范围的来自焊接接头被检区域的反射回波），应根据探头位置、方向、反射波的位置及焊接接头的具体情况，参照图7-114～图7-123进行分析判断其是否为缺陷，判断为缺陷的部位均应在焊接接头表面做出标记。