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鍋爐壓力容器T型接頭與管座角接頭焊縫超聲波探傷技術探討

文檔作者：姚志忠文檔來源：無錫恒安壓力容器制造有限公司		點擊數：	更新時間： 2022年10月18日
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鍋爐壓力容器T 型接頭與管座角接頭
焊縫超聲波探傷技術探討
姚志忠
(無錫恒安壓力容器制造有限公司, 江蘇無錫　214171)
中圖分類號: TG115. 28　文獻標識碼: A 　文章編號: 167124423 (2004) 05215205
(上接2004 年4 期)
在位置3 點和位置9 點兩點探測時對缺陷定位:
外圓面一次波探測時缺陷定位如圖10 所示。
圖10　外圓面一次波探測缺陷定位
　　A 點為探頭入射點, F 為缺陷,O 為筒體圓心,
筒體外半徑為R , 缺陷聲程A F = S , 缺陷F 至探測
面深度為h, 缺陷外圓面水平弧長為L , 可求得:
h = R - S 2 + R 2 - 2S R co sB (7)
L = 0. 0174R sin- 1 S
S 2 + R 2 - 2S R co sB
õ sinB (8)
外圓面二次波探測時缺陷定位如圖11 所示, 如
缺陷在外圓面二次波探測時被發現, 則其外圓面水
平弧長L 和深度h 為:
L = 0. 0174R (H
1 + H
2 ) (9)
h = R - P (10)
式中　H
1 = 180°- B- sin- 1 R
r
sinB
P — 缺陷到圓心距離
P = r2 + S 22
- 2rS 2co ssin- 1 R
r
õ sinB
H2
= sin- 1 S 2
P
õ R
r
sinB
S 2 = S - S 1
S 1 =
rsin 180°- B- sin- 1 R
r
sinB
sinB
R —筒體外半徑
r —筒體內半徑
S —缺陷聲程(可從掃描線上缺陷波出現位置
讀取)
圖11　外圓面二次波探測缺陷定位
　　在其它位置探測時, 缺陷位置可利用式(7) (8)
(9) (10) 求得, 但此時筒體外、內曲率半徑R ′與r′由
原筒體外內半徑R 與r 乘以某系數求得, 該系數為:
位置: 1 點、5 點、7 點和11 點時, 系數為3。
位置: 1 點半、4 點半、7 點半、10 點半時, 系數為
118。
位置: 2 點、4 點、8 點和10 點時, 系數為113。
其余位置可根據以上數據的變化規律自行修
正。
●　斜探頭在筒體內圓面探測
斜探頭在筒體內圓面探測見圖12、圖13 所示。
第28 卷第5 期
2 0 0 4 年10 月
　　　　　　　　　　　　　
無損探傷
N D T
　　　　　　　　　　　　　　
Vo l. 28 No. 5
O ctober. 2004
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
圖12　內圓面一次波探測缺陷定位
圖13　內圓面二次波探測時缺陷定位
　　焊縫仍按圖9 所示按鐘點分區, 在位置0 點和
6 點兩點探測時, 可按平板對接焊縫方法對缺陷定
位。在位置3 點和9 點探測時對缺陷定位為: 　　　
　　　
　　內圓面一次波探測時缺陷定位如圖12 所示,A
點為探頭入射點,O 為筒體圓心, r 為筒體內半徑,
缺陷聲程A F = S , 缺陷F 離筒體內表面深度距離為
d , 缺陷在內表面水平弧長為l2, 可求得:
d = r2 + S 2 + 2S rco sB - r (11)
l2 = 0. 0174rsin- 1 S
r2 + S 2 + 2S rco sB
õ sinB (12)
內圓面二次波探測時缺陷定位如圖13 所示, 如
缺陷在內圓面二次波探測時被發現, 則其內圓面水
平弧長l2 和深度d 為:
l2 = 0. 0174r (H
1 + H
2 ) (13)
d = P - r (14)
式中　H
1 = B- sin- 1 R
r
sinB
P —缺陷至圓心距離
P = R 2 + S 22
- 2R S 2co ssin- 1 R
r
õ sinB
H2
= sin- 1 S 2
P
õ R
r
sinB
S 2 = S - S 1
S 1 =
R sin B- sin- 1 R
r
sinB
sinB
S —缺陷聲程(可從掃描線上缺陷波出現的
位置讀取)
R —筒體外半徑
r —筒體內半徑
在其它位置探測時相應曲率半徑按外圓面探測
相應位置進行修正。
●　斜探頭在接管內壁探測
如圖4 所示(見上期) , 斜探頭在接管內壁探測
焊縫, 可按平板焊縫探傷對缺陷定位, 此時缺陷離探
測面深度等于接管壁厚時, 缺陷處于焊縫與接管熔
合線處。深度大于接管壁厚時, 缺陷處于焊縫中。
6. 2. 2　安放式管座角焊縫超聲波探傷缺陷位置的
確定
斜探頭在接管內外壁對焊縫探測時, 可按平板
對接焊縫方法對缺陷定位。
7　幾種特殊情況探測波形的利用
7. 1　直探頭(或雙晶直探頭) 在T 型焊縫翼板外側
探測時回波特點
如圖14 所示, 直探頭在T 型焊縫翼板外側位
置1 至位置5 探測時, 會出現右邊的回波示圖, 掃描
線上回波為: 翼板底波B 和焊縫熔合線缺陷F 波出
圖14　直探頭翼板探測回波特點
現在翼板厚度T 處, 當焊縫熔合線處無缺陷時, 則
探頭在位置3 時, 缺陷波F 不出現。若翼板底波B
的高度為80% (如圖14 中探頭位置1 和5) , 當探頭
1　6 　　　　　　　　　　　　　　　　　無　損　探　傷　　　　　　　　　　　　　　　第28 卷
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處于位置2 和4 時, 有一半聲束進入焊縫, 則此時回
波高為底波的二分之一(如圖14 所示40% ) , 以此
規律, 可在翼板上確定T 型焊縫邊緣輪廓線。
7. 2　斜探頭在T 型焊縫腹板上探測時回波特點
如圖8 所示(見上期) , 斜探頭在腹板上探測T
型焊縫時, 若焊縫中沒有缺陷, 且探頭K 值、晶片直
徑和板厚配合合適時, 會出現翼板外側底面多次反
射波, 每次底波之間的間隔正好為翼板厚度T , 如
圖8 所示B1B2B3??, 當探頭K 值≥2 時, 且K 值
越大, 這種現象越明顯。利用底波多次出現這一現象
可大致判斷, 所檢測的T 型接頭焊縫中無大缺陷。
7. 3　斜探頭在翼板外側探測時回波特點
斜探頭在翼板外側, 于焊縫輪廓線內沿平行于
焊縫探測時, 如熒光屏掃描線上無任何回波, 則可判
斷所探測的T 型焊縫內無體積狀缺陷及與焊縫成
一定角度的其它缺陷。
8　幾種典型缺陷的探測與判別
8. 1　缺陷示意圖
8. 1. 1　T 型接頭焊縫缺陷如圖15 所示。
1. 層狀撕裂　2. 翼板與焊縫未熔合　3. 焊縫中缺陷　4. 腹板側
坡口未熔合　5. 中間未焊透　6. 根部未焊透　7. 焊趾裂紋(在四
個焊角處均可能出現)
圖15　T 型接頭焊縫缺陷示意圖
8. 1. 2　管座角焊縫缺陷如圖16 所示。
8. 2　缺陷的探測與判別
8. 2. 1　T 型焊縫中缺陷的探測與判別
(1) 層狀撕裂
用直探頭或雙晶直探頭在如圖1 (見上期) 所示
位置3 探測, 缺陷波出現在略小于翼板厚度處。
用K 1 斜探頭在如圖1 所示翼板外側位置1 探
測, 反射波較強, 其回波幅度一般≥Á 2×3024 dB,
缺陷波深度≤翼板厚度T , 當用K > 2 的斜探頭探
測時檢測率下降。
用K 2～ K 2. 5 斜探頭在如圖1 所示腹板上位置
2 探測, 如圖8 所示, 所得缺陷波水平距離L 1 大于探
1. 插入式管座角焊縫接管側未熔合　2. 插入式管座角焊縫中間
未焊透　3. 插入式管座角焊縫筒體側未熔合　4. 焊趾裂紋(各焊
角處均可產生) 　5. 焊縫中缺陷　6. 安放式管座角焊縫根部未焊
透　7. 安放式管座角焊縫筒體外側未熔合　8. 安放式管座角焊
縫接管側未熔合
圖16　管座角焊縫缺陷示意圖
頭到翼板實際距離L 2 , 回波幅度≥Á 2×3024 dB,
當探頭K < 2 時檢測率下降。
(2) 翼板側未熔合
用直探頭或雙晶直探頭在翼板外側(如圖1 位
置3) 探測, 缺陷波正好出現在翼板厚度T 處, 回波
幅度一般大于Á 4 平底孔。
用斜探頭在翼板外側圖1 位置1 一般探測不
到。
用K 值大于2 的斜探頭在腹板上探測, 回波較
高, 缺陷波正好位于探頭至翼板與焊縫熔線處。
(3) 腹板側坡口未熔合
用K 1 探頭在腹板上探測效果較好, 實際檢測
時, 應根據坡口方向, 選擇入射聲束盡量垂直于坡口
面, 使未熔合回波達最高。
(4) 未焊透
對雙面焊中心未焊透的檢測方法為:
檢測K 型坡口中心未焊透可采用斜探頭在腹
板上探測, 缺陷波正好出現在腹板厚度的1ö2 處, 當
探頭作斜平行掃查時, 未焊透波一般不出現。當斜探
頭在翼板外側在焊縫輪廓線內平行于焊縫掃查時,
未焊透波一般也不出現。當斜探頭(以K 1 為好) 在翼
板外側垂直于焊縫探測(如圖1 位置1) , 缺陷波于
翼板厚度處出現, 離探頭的水平距離正好位于焊縫
輪廓線中心。也可用直探頭或雙晶直探頭于翼板外
側如圖1 所示位置3 探測, 缺陷波正好處于翼板厚
度T 處, 此時探頭正好位于腹板中心對應處。
對單面焊根部未焊透探測, 可采用K 1 斜探頭
(當K 1 掃查不到根部時, 可適當增大K 值) , 在腹板
上探測, 缺陷波正好處于腹板厚T 或略小于T 處,
第5 期　 　　　姚志忠: 鍋爐壓力容器T 型接頭與管座角接頭焊縫超聲波探傷技術探討　　　　　 1　7　
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當斜探頭作斜平行掃查時一般不出現此類缺陷回
波。
(5) 焊趾裂紋
焊趾裂紋可用K 1 斜探頭檢測, 如圖7 所示焊角
A 的裂紋可在位置1B 探測, 焊角C 的裂紋可在位
置1A 探測, 缺陷波正好位于翼板厚T 或略小于T
處。焊角D 的裂紋和焊角B 的裂紋可在腹板上利用
一次波和二次波探測。
(6) 橫向裂紋
檢測T 型焊縫橫向裂紋的最好方法是利用K 1
斜探頭在翼板外側, 在焊縫輪廓線內, 沿平行于焊縫
方向作前后掃查, 此時如無任何回波出現, 說明焊縫
中無橫向裂紋及其它體積狀缺陷, 如出現垂直于焊
縫方向的橫向裂紋波, 當回波深度小于翼板厚度
T , 則說明裂紋已深入翼板, 當回波深度大于翼板厚
度T , 則說明裂紋在焊縫中。也可將斜探頭在腹板
上對準焊縫且與焊縫成10°～ 20°角作斜平行掃查,
裂紋判別方向與平板焊縫探傷相同。
8. 2. 2　管座角焊縫中缺陷的探測與判別
(1) 插入式管座角焊縫中間未焊透
采用斜探頭在筒體外圓或內圓探測, 以一次波
探測效果較好, 缺陷波一般出現在1ö2 板厚處。回波
幅度一般大于Á 2×4024 dB。
(2) 安放式管座角焊縫根部未焊透
采用斜探頭在接管外部用一次波探測, 缺陷波
深度小于并接近于接管厚度, 回波幅度一般大于Á 2
×4024 dB。也可用直探頭或雙晶直探頭在接管內側
探測, 缺陷回波位置正好等于接管厚度。
(3) 未熔合
插入式管座角焊縫:
對接管側未熔合, 用直探頭或雙晶直探頭在接
管內側探測, 缺陷回波正好等于接管厚度。
對筒體坡口側未熔合可用K 1 斜探頭以一次波
探測, 探頭在筒體外圓面探測內坡口未熔合, 探頭在
筒體內圓面探測外坡口未熔合, 其回波幅度一般大
于Á 2×3024 dB。
安放式管座角焊縫:
對接管側未熔合可采用斜探頭在接管內側以一
次波探測或接管外側以二次波探測, 缺陷回波幅度
一般在Á 2×4024 dB 以上。
對筒體側未熔合可采用直探頭或雙晶直探頭在
筒體內側探測, 缺陷回波出現在筒體壁厚T 處, 回
波幅度一般大于Á 2×4024 dB。
9　缺陷類型的判別
T 型接頭和管座角接頭焊縫超聲波探傷, 對缺
陷類型的判別可依據檢測時缺陷回波反射規律(回
波靜態波形、動態波形、波幅、反射回波方向性)、缺
陷的位置、取向, 并結合結構特點、材質狀況和焊接
工藝來綜合判別。根據缺陷回波反射規律按下列方
法對缺陷分類:
9. 1　點狀缺陷
點狀缺陷一般指小的氣孔、夾渣, 可出現在焊縫
中任何部位, 回波幅度一般小于Á 2 平底孔當量, 靜
態波形穩定, 顯示單個光滑尖銳回波, 對缺陷作前后
或左右移動時回波包絡線為光滑圓頂, 兩側對稱。
見圖17 所示點狀缺陷回波規律。
圖17　點狀缺陷回波規律
9. 2　線狀缺陷
線狀缺陷是指缺陷在一維方向有一定長度, 即
可用探頭移動法測得其指示長度, 但測不出其斷面
尺寸或其斷面尺寸在2 mm 以下的缺陷, 這種缺陷
一般指線狀夾渣或缺陷高度在2 mm 以下的未焊
透。探測此種缺陷時, 其缺陷回波高度一般在Á 3 平
底孔當量以下, 其靜態波形呈單個尖鋒, 如是線狀夾
渣, 則其靜態波形邊上還可能出現小峰, 探頭移動時
回波包絡線有較大的平臺或呈多峰變化。
見圖18 所示, 線狀缺陷波形規律。
9. 3　體積狀缺陷
體積狀缺陷是指具有三維方向較大尺寸的缺
陷, 一般指大塊夾渣, 其回波波幅一般大于Á 3 平底
孔當量, 由于其表面不光滑其靜態波形表現為主峰
邊有小的副峰。
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探頭移動時, 可獲得缺陷最高波, 隨探頭移動回
波下降有起伏, 當探頭作環繞移動時, 回波情況基本
不變。
見圖19 所示體積狀缺陷回波波形規律。
圖18　線狀缺陷波形規律
圖19　體積狀缺陷回波波形規律
9. 4　平面狀缺陷
平面狀缺陷是指具有二維方向尺寸(即有一定
長度和高度) , 如未熔合、未焊透、裂紋等, 這種缺陷
是不允許存在的, 其回波幅度一般超過Á 3 平底孔
當量, 是超聲檢測的重點。未熔合出現在坡口處及翼
板內側焊縫熔合線, 未焊透出現在中間(雙面焊)、根
部(單面焊) , 裂紋可能出現在焊縫中任何位置, 這三
種缺陷回波各有特點。
未熔合波形特點:
靜態回波單一尖銳, 穩定光滑, 探頭沿焊縫移動
回波包絡面有一平臺, 延續較長。見圖20 所示未熔
合回波。
圖20　面狀缺陷波形特點
　　未焊透波形特點:
靜態回波單一, 探頭移動時回波包絡有較長平
臺, 波形穩定變化, 見圖20 所示未焊透回波。
裂紋波形特點:
裂紋表面粗糙, 靜態波形單一, 在主峰邊有副
峰、波腳較寬, 探頭移動時, 回波動態波形包絡面幅
度大, 波幅起伏大。見圖20 所示裂紋回波。
9. 5　密集缺陷
密集缺陷也稱多重缺陷, 如密集氣孔、密集小夾
渣等, 由于密集缺陷中小氣孔或小夾渣均構成反射
回波條件, 許多個小氣孔或小夾渣引起反射回波在
掃描線上合成一個回波, 其靜態波形為多峰。波腳處
有很寬一段掃描線范圍內出現此種回波, 探頭移動
時, 各波峰各自升降, 互不影響, 回波多且不規則, 但
每個單獨的回波訊號與點狀缺陷相似。
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