壓力容器對接焊縫超聲波的探討范文

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摘要：

壓力容器被廣泛應(yīng)用于能源工業(yè)和科研領(lǐng)域，焊接檢測方法也受到重視。本文以超聲波探傷為例，論述了這一方法的檢測原理和方法，提出了應(yīng)用過程中應(yīng)用注意的要點，以期提高檢測工作效率和檢測精度。

關(guān)鍵詞：

壓力容器；超聲波探傷；檢測方法；

壓力容器包含承受壓力的殼體、不同連接件和密封件，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于石油化工、科研和軍工行業(yè)，也對壓力容器的質(zhì)量提出了較高的要求，壓力容器生產(chǎn)過程中必須嚴格遵循國家行業(yè)規(guī)定。焊接工作是壓力容器的重要加工程序，壓力容器的質(zhì)量與焊接有著直接的關(guān)系，因此焊接質(zhì)量的檢測也成為重點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，超聲波探傷方法在焊接檢測中獲得了廣泛的應(yīng)用[1]。超聲波探傷方法可以檢測較大厚度范圍內(nèi)的工件的內(nèi)部缺陷，應(yīng)用過程十分簡便，成本較低，不會對人體造成危害，且檢測的靈敏度較高，缺陷定位十分準確，至今已成為壓力容器生產(chǎn)中的重要檢測方法。

1壓力容器

壓力容器主要借助焊接工藝組裝，焊接工作成為壓力容器生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，壓力容器中的受壓部件和承載壓力的殼體部分焊接過程中應(yīng)用全焊透的對接接頭。針對壓力容器內(nèi)部缺陷而言，主要包含裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、未焊透幾種。裂紋一般分為熱裂紋和冷裂紋，主要是在熔焊冷卻過程中因為應(yīng)力變化產(chǎn)生，會嚴重影響到壓力容器的靜拉力和沖擊載荷；氣孔主要分為密集氣孔、單一氣孔和鏈狀氣孔幾種，主要形成原因是在焊接過程中由于氣體沒有及時溢出，金屬內(nèi)部和表面形成空穴，氣孔問題將會減少焊縫的有效工作截面，降低接頭強度；夾渣問題主要分為非金屬夾渣和金屬夾渣兩種，主要形成原因是在冷凝過程中沒有及時排出熔渣，一部分熔渣留在焊縫中形成夾渣，嚴重影響到壓力容器的力學(xué)性能，夾渣的數(shù)量越多，影響程度越大；未焊透問題主要分為根部未焊透和中間部分未焊透問題，主要原因是在焊接過程中母材之間存在局部未熔合問題，該類問題對應(yīng)力集中分布十分敏感，影響壓力容器的強度和疲勞。

2超聲波探傷

2.1探傷原理和主要設(shè)備在均勻的材料中如果存在缺陷，將導(dǎo)致材料不連續(xù)，不連續(xù)材料將會導(dǎo)致聲阻抗出現(xiàn)較大的差異，結(jié)合反射定理可以知道，超聲波在不同聲阻抗接觸的交界面上發(fā)生反射，反射回的能量大小和交界面的聲阻抗大小有著直接的聯(lián)系，因此可以應(yīng)用超聲波反射回的能量大小判斷出材料中的缺陷位置。檢測方法應(yīng)用過程中主要應(yīng)用超聲波探傷儀，該種設(shè)備主要是應(yīng)用超聲波的傳播原理、聲電轉(zhuǎn)換原理和無線電原理設(shè)計制作，超聲波探頭是其中最重要的部分之一。超聲波探頭可以實現(xiàn)聲信號與電信號之間的轉(zhuǎn)換，一般也被稱為超聲波換能器。應(yīng)用超聲波方法探傷，探傷儀及時發(fā)出超聲波頻率的電振蕩脈沖，探頭會將電振蕩脈沖轉(zhuǎn)換為機械振動，將振動信號以超聲波的形式發(fā)射出去，被檢測工件會接收振動信號，之后工件及時將信號反射回去，探頭將反射的振動信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)過超聲波探傷儀的放大器放大，及時將信號顯示出來，便于判斷工件焊接中的問題[2]。

2.2應(yīng)用過程

2.2.1探傷準備第一，修正探測面。及時清除探測面上的氧化皮、油垢和焊接飛濺，探頭移動區(qū)域內(nèi)檢測面應(yīng)有良好的聲耦合，一次反射波法的檢測寬度為2.5KT，直射波法為1.5KT，其中K表示探頭的斜率，T表示母材厚度。第二，測定斜探頭的入射點和斜率。在對接焊縫內(nèi)部缺陷檢測的過程中一般應(yīng)用斜探頭，先必須測出斜探頭的入射點和斜率K。斜探頭的入射點一般為聲束軸線和探頭楔塊底面的交點，斜探頭的斜率K一般為聲束與板中折射角的正切值。檢測過程中對缺陷的定位精度直接受到斜探頭的入射點和斜率影響，由于制造和磨損的原因，標稱值與實際值之間可能存在一定的誤差，因此必須在每次焊縫檢測之前都要進行測定。第三，繪制距離和波幅曲線。距離-波幅曲線應(yīng)用的探頭和設(shè)備需要以材料上的實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，曲線中主要包含評定線、判廢線和定量線等信息。

2.2.2現(xiàn)場探傷被檢工件的焊縫和表面經(jīng)過外觀檢查合格后可以應(yīng)用超聲波探傷檢測方法，探傷檢測之前，工作人員明確被檢工件的材質(zhì)、曲率、厚度、焊縫類型和焊接方法等，如果試塊表面的耦合損失和材質(zhì)衰減情況與被檢工件不同，需要相應(yīng)對探傷的靈敏度進行補償。

2.3超聲波探傷操作要點

2.3.1探頭的應(yīng)用在焊縫兩側(cè)涂刷耦合劑，工程檢測中常用的耦合劑有甘油、漿糊、水等。在檢測過程中，要保持探頭在工件表面平穩(wěn)移動及耦合良好，所以在手持探頭時，在上部要有一定的壓力使其貼合，同時夾持探頭移動進行掃查。掃查速度與探頭的有效直徑及儀器的重復(fù)頻率有關(guān)，焊縫的手工檢測，掃查速度一般在150mm/s以下，相鄰探頭的移動區(qū)域需要保證有15%以上的覆蓋區(qū)域[3]。

2.3.2掃查過程在檢測缺陷的過程中，保證斜探頭與焊縫中心線檢測面垂直，之后進行鋸齒形掃查，同時保證焊接接頭的截面在探頭前后移動的范圍內(nèi)，在探頭垂直移動的過程中還需要做出10~15°的左右轉(zhuǎn)動，圖1為掃描軌跡示意。為了便于及時觀察材料缺陷的動態(tài)波形，分辨出缺陷信號，確定工件的缺陷位置和形狀，一般將左右掃查方式、轉(zhuǎn)角掃查方式和環(huán)繞掃查方式結(jié)合起來[4]。在掃查過程中，由于探頭的前后移動和左右移動導(dǎo)致探頭在被測工件表面的運動軌跡為鋸齒形，探頭前后移動和左右移動的距離必須在相同方向覆蓋區(qū)域的10%~20%。在初步掃查發(fā)現(xiàn)可能存在缺陷后，先用前后、左右掃查找到缺陷的最大回波，以此作為一個基準點，然后用前后掃查確定缺陷水平距離或深度，用左右掃查確定缺陷沿焊縫方向的長度，用轉(zhuǎn)角掃查推斷缺陷方向，用環(huán)繞掃查大致推斷缺陷形狀。

3結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲波探傷技術(shù)在壓力容器制造、使用中的應(yīng)用越來越廣泛，提高了生產(chǎn)效率和設(shè)備的安全性。在檢測過程中重點是根據(jù)不同的材料、焊縫型式、厚度等參數(shù)，選擇合適的檢測面、儀器、探頭和掃查方法。在檢測中，要從人員、設(shè)備器材、技術(shù)文件、檢測程序、檢測環(huán)境幾方面加強質(zhì)量控制，保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全性能。

參考文獻：

[1]夏智.對厚壁壓力容器超聲波周向檢測工藝的分析[J].壓力容器,2015,25(9):161.

[2]徐麗潔,高小青,徐時恩等.大型壓力容器的超聲波無損檢測[J].中國科技縱橫,2015,26(16):192.

[3]王輝.鋼制壓力容器焊縫內(nèi)裂紋的超聲波檢測技術(shù)[J].焊接,2014,12(4):130.

[4]胡效東,劉憲福,姜蓉,張景坡.對接焊縫超聲波輔助探傷機器人研制[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2015,No.22502:65-68.

作者：周修立 單位：廣東省特種設(shè)備檢測研究院汕頭檢測院