摘要:介绍了小(xiǎo)径管超声波探伤工艺在《電(diàn)力建设施工及验收技术规范(管道焊接接头超声检验篇)》(DL/T 5048-95)标准基础上的制定过程及在实际探伤中遇到的一些问题，并提出了解决方法。
关键词：小(xiǎo)径管；超声波；探伤；工艺；过程
小(xiǎo)径管超声波探伤是近几年我國(guó)探伤界逐渐发展起来的一项新(xīn)兴探伤技术，随DL/T5048-95标准的执行，此项技术在電(diàn)力系统得到普遍应用(yòng)，其对“检修焊口进行100%无损探伤”及消除“四管”泄漏有(yǒu)一定意义。
1 漳泽電(diàn)力股份有(yǒu)限公司简况
漳泽電(diàn)力股份有(yǒu)限公司现有(yǒu)6台机组，2台100 MW，4台210 MW。自1986年投产到1995年“四管”因焊口泄漏达540次，占金属部件泄漏总次数的45 %，造成了很(hěn)大的经济损失。1995年以后，随着小(xiǎo)径管超声波探伤技术的发展及漳泽電(diàn)力股份有(yǒu)限公司消除"四管"中焊口泄漏的需要，此项技术开始在过热器、再热器、省煤器、水冷壁的检修更换中得以应用(yòng)，使检修焊口检验率达100 %，检修焊口合格率达100%，检验过的焊口至今未发生泄漏，為(wèi)机组**运行奠定了坚实的基础。
漳泽電(diàn)力股份有(yǒu)限公司小(xiǎo)径管超声波探伤的特点是：小(xiǎo)径管规格较多(duō)，有(yǒu)φ32mm×4 mm、φ32 mm×6 mm、φ36 mm×6 mm、φ42 mm×4 mm、φ42 mm×5 mm、φ60 mm×5 mm、φ60 mm×6 mm；异种钢1Cr18Ni9Ti/12Gr1MoV及同种钢1Cr18Ni9Ti焊口数量多(duō)。在探伤过程中，考虑到工期、检验率与射線(xiàn)检验方法间存在的实际矛盾， 有(yǒu)些焊口探伤只能(néng)参考标准DL/T 5048-95进行， 探伤难度加大。在山(shān)西電(diàn)力科(kē)學(xué)研究院的大力协助下，采用(yòng)超声波探伤方法使检修焊口达到100%探伤，保证了检修工作圆满完成。现就漳泽電(diàn)力股份有(yǒu)限公司小(xiǎo)径管超声波探伤工艺的制定和取得的一些经验进行介绍。
2 小(xiǎo)径管超声波探伤工艺的制定过程
2．1 小(xiǎo)径管焊接工艺控制
由于小(xiǎo)径管超声波探伤受各种主、客观因素的影响较大，為(wèi)尽量减少探伤中的误判，使探伤工艺得到普遍使用(yòng)、且增加适用(yòng)性，小(xiǎo)径管焊接工艺管理(lǐ)在探伤中占有(yǒu)较重要的位置。探伤工需注意以下3项。
2.1.1 了解小(xiǎo)径管焊接工艺过程
在電(diàn)力系统中，小(xiǎo)径管焊接目前基本采用(yòng)全氩焊接或氩弧打底手工盖面焊接方法。除可(kě)能(néng)存在焊接基本类型缺陷外，还可(kě)能(néng)存在氩弧接头缺陷，如弧坑、接头**等。有(yǒu)一些缺陷在焊接工艺评价中应给予重视，如未熔合、夹杂、氩弧接头缺陷、外观缺陷(焊瘤、余高过大、焊宽等)。应严格控制这些缺陷，尽量减少焊接缺陷类型， 為(wèi)探伤提供便利条件。
2.1.2 焊样的控制及挑选
焊接前焊工焊接试样练习是焊接与金属监督的管理(lǐ)工作之一。焊工必须持证上岗，而焊样代表着焊工当时的技术状态及水平，一般让焊工连续焊接3个试样，从中抽取2个接近焊样作為(wèi)其代表试样，从而准确反映出每个焊工的焊接水平及状态，了解其可(kě)能(néng)在焊接过程中出现的焊接缺陷类型，為(wèi)探伤工探前练习挑选试样提供帮助，以便快捷准确地探伤。
2.1.3 焊接过程中的检查
焊接过程中的焊工自查、焊工间互查及焊接打底结束前探伤工对根部缺陷的检查、标记收弧点等工作是至关重要的，其对探伤工控制根部缺陷，了解接头情况，探伤中准确判定接头缺陷有(yǒu)重要意义。
2.2 探伤工探前准备
2.2.1 探头的选择
现在市场提供的小(xiǎo)径管探头规格有(yǒu)5 MHz 4×6、5×6、6×6、6×8 K1.5、2.0、2.5、3.0系列，4 MHz 4×6 K系列，2.5 MHz 6×8 K系列探头。据DL/T5048-95标准，探伤中需考虑管径、壁厚、缺陷定位、缺陷类型、焊宽等来选择频率尽量接近5 MHz、适当的K值(β=70°為(wèi)佳)、前沿短(5 mm左右)的探头。这是因為(wèi)从式(1)、(2)中可(kě)看出频率越高，NⅡ就長(cháng)，而θ0却越小(xiǎo)。表1列出了晶片面积為(wèi)5×6，K=2.5， L1=1时频率f与NⅡ的关系。
NⅡ＝(F×f)÷(3.14×cⅡ)×cosβ÷cosα-L2 (1)
θ0＝57×cⅡ÷f÷a(或b) (2)
式中NⅡ——在介质Ⅱ中的近场區(qū)長(cháng)度，mm
F——实际波源面积，mm2
f——探头频率，MHz
cⅡ——介质Ⅱ中的声速，km/s
α——纵波入射角
β——横波折射角
L2——入射点至假想横波波源的距离，mm
θ0——矩形声源半扩散角
在实际探伤中小(xiǎo)径管探头K值在直射波、一次反射波中变化较大。从日本有(yǒu)关研究资料了解到，β＝70°时对未焊透、裂纹、夹渣、气孔综合检测效果较佳，β＝67.5°时对1 mm以下未熔合、0.2 mm以下纵向裂纹检测效果较差，而实际探伤中直射波、一次反射波的K值变化恰為(wèi)合理(lǐ)选择探头K值提供了帮助。
2.2.2 专用(yòng)对比试块的研制
除备用(yòng)好DL/T 5048-95规定的小(xiǎo)径管专用(yòng)试块及补偿试块外，考虑到缺陷可(kě)能(néng)在N～3N范围内，还研制了以下专用(yòng)对比试块。其上孔、槽须与标准专用(yòng)试块的孔、槽做比较，做好dB相差值记录，探伤中选择其一携带备用(yòng)。
2.2.3 仪器调试
為(wèi)便于探伤中判定缺陷，**定位，*好使用(yòng)深度调节，使显示屏能(néng)看到二次反射波，并做好距离—波幅曲線(xiàn)。
2.2.4 灵敏度确定
参照小(xiǎo)径管曲率、表面状况、耦合剂选用(yòng)等因素来调整做好的距离—波幅曲線(xiàn)，然后在符合DL/T5048-95标准扫查灵敏度的基础上，对自制的专用(yòng)对比试块1、2(见图1)做测试，找到实际探伤中适合的扫查灵敏度。
2.2.5 探前练习
在模仿实际工作环境情况下，选择合理(lǐ)探伤扫查、评判扫查方式(矩形移动、直射波环绕移动一次、反射波矩形移动、前移动定位定量、后移动定位定量对探伤能(néng)否快捷、定位定量是否准确都有(yǒu)一定影响)。针对上岗实际焊工焊样中有(yǒu)代表性的缺陷试样进行探前练习，為(wèi)准确评判打下基础。在专用(yòng)试块1、2上进行多(duō)次练习调试，做好个人比较数据记录；磨合探头使之曲率稳定；根据K值变化，确定掌握K平均值，练习缺陷定位计算，面对现场的大工作量，使探伤快捷、准确， 為(wèi)现场小(xiǎo)径管超声波探伤做好准备。
2.3 技术问题探讨
2.3.1 探头选用(yòng)上存在的问题
DL/T5048-95规定小(xiǎo)径管超声波探伤选用(yòng)单晶横波探头工作频率為(wèi)5 MHz，从表1可(kě)看出，选用(yòng)表1列探头，探伤公称壁厚為(wèi)4 mm，考虑制造厂允许-0.4 mm的壁厚偏差， 实际探伤将遇到很(hěn)大困难，选择探头余地较小(xiǎo)。如适当放宽探头频率，如将5 MHz放宽到4 MHz，那么其对θ0影响较小(xiǎo)（θ0变化相对较小(xiǎo)，薄壁角度扩散也相对较小(xiǎo)），而对NⅡ影响相对较大，使探伤成為(wèi)可(kě)能(néng)。
2.3.2 专用(yòng)对比试块的合理(lǐ)性
小(xiǎo)径管超声波探伤据DL/T5048-95标准主要采用(yòng)直射波及一次反射波，根据表1及计算看出，缺陷在小(xiǎo)于3N的區(qū)域内，可(kě)用(yòng)试块比较法或距离—波幅曲線(xiàn)法定量分(fēn)析，距离—波幅曲線(xiàn)现场使用(yòng)需经常校验。现场携带对比试块，也十分(fēn)必要。采用(yòng)上述试块1、试块2，其合理(lǐ)性在于试块材料及规格取自原管件或原管件焊件对剖，表面状况与探伤管件相同，“U”槽相当于SD-Ⅲ沟槽，见图2示，对比相差在-1dB到2dB间，而内外管表面φ1/2T球孔可(kě)进行灵敏度校验、缺陷半定位半定量用(yòng)，且便于制造，重量轻便于携带。
2.3.3利用(yòng)直射波回波波形确定管内缺陷
在小(xiǎo)径管实际超声波探伤中发现直射波回波显示很(hěn)有(yǒu)特点，只要K值选择恰当，其根部缺陷和中间缺陷可(kě)同时通过波形反映出来，见图3、图4所示。因為(wèi)小(xiǎo)径管壁薄，焊接层為(wèi)2到3层，而缺陷接近中、下部，故可(kě)同时反映出直射波实际走势，见图5。这样一来區(qū)分(fēn)上、中、下部缺陷变得容易起来，為(wèi)缺陷定位提供了帮助。
2.3.4 壁厚超标,18-8钢、18-8/12Cr1MoV焊口超声波探伤的可(kě)行性
在实际探伤中，通常会遇到公称壁厚為(wèi)4 mm，而负偏差使管壁厚在3.7 mm左右的管材。现在中大型机组过热器较多(duō)采用(yòng)不锈钢管材。DL/T 5048-95标准已执行近4 a，小(xiǎo)径管探伤技术、设备日趋成熟，焊接技术、探伤经验也日趋丰富，小(xiǎo)径管焊口超声波探伤的可(kě)行性值得探讨。
从试验来看，选用(yòng)适当的频率、较大的晶片中心点到入射点距离、小(xiǎo)晶片尺寸的探头、适当仪器、试块，加上实际探伤中对波形的研究，是可(kě)以解决上、中、下缺陷定位的（因在中厚壁管探伤中定位要**到1 mm以下是不切实际的）。而在薄壁管的实际探伤中过份要求**定位也是毫无意义的。故只要解决定量问题，小(xiǎo)径管超声波探伤完全可(kě)以检测壁厚為(wèi)3.0 mm的薄壁管。
漳泽電(diàn)力股份有(yǒu)限公司锅炉的部分(fēn)小(xiǎo)径管采用(yòng)不锈钢材料，其中以18-8钢為(wèi)多(duō)，规格為(wèi)φ42 mm×5 mm、φ36 mm×6 mm，采用(yòng)全氩弧焊接，焊宽在8 mm左右，管壁表面状态要比同规格的合金钢管好，做成专用(yòng)对比试块对其回波幅值进行测定，利用(yòng)同种钢管材制成专用(yòng)试块2型，把异种钢焊口磨平制成槽、孔，在焊缝中心进行比较，得到数据如表2所示。
从表2可(kě)看出18-8钢是具备小(xiǎo)径管超声波探伤条件的。对18-8钢、 18-8/12Cr1MoV 焊口小(xiǎo)径管超声波探伤进行实验，结果令人满意。
3 结论
通过实际测试可(kě)以肯定对3～4 mm壁厚，18-8钢、18-8/12Cr1MoV焊口的小(xiǎo)径管超声波探伤是可(kě)行的。
DL/T 5048-95标准执行后，使小(xiǎo)径管超声波探伤有(yǒu)据可(kě)循。对保证“四管”焊口质量、缩短检修工期、减少探伤工作量及焊口泄漏有(yǒu)十分(fēn)重大的意义。