李九龙
济南锅炉集团有限公司山东济南250023
摘要：本文介绍了以美国ASME规范设计制造的集箱插入式端盖焊缝的超声波检测方法，指出合理采用不同折射角的探头，从不同的探测部位进行扫查是达到探测整个焊缝截面的重要保证。重点论述了规格为φ219×36，材料为SA106Gr.C/SA530的插入式集箱端盖焊缝的超声波检测方法以及验收标准。
关键词：插入式端盖；集箱；超声波检测
引言：由于焊缝端盖一侧距离太小以至于达不到探头要求扫查移动距离，声束无法扫查整个焊缝截面，若仅从集箱本体侧扫查，有漏检的可能，所以要采用不同的倾斜角的探头以及直探头从端盖面辅助，以满足整个焊缝的扫查。现有插入式端盖集箱，下面介绍采用超声波检测如何完整地探测该焊缝。
1、设备及器材的准备
1.1采用A型脉冲反射式超声波探伤仪如PXUT-360型，其性能指标应符合ASME规范V第4章的要求。
1.2探头的选择：探头的参数指标主要为频率和晶片尺寸以及K值的选择。实际探伤时全面考虑各方面因素，合理选择频率和晶片尺寸。直探头选用φ10mm。焊缝探伤中，还要保证主声束能扫查整个焊缝截面，对于单面焊，K≥（a+l0）/T
其中：a--上焊缝宽度的一半
l0--探头的前沿距离
T--被探工件厚度
K--探头的K值K=tgβ
一般斜探头的K值可依据表1选择：
表1斜探头K值的选择
可以选择K2，同时对于单面焊根部未焊透以及裂纹，还要考虑端角反射，应选用K=0.7～1.5，即β=35°～55°，为提高根部缺陷检出能力，再增加K1的探头。
1.3试块：CSK-IA型，ASME标准试块。
1.4探头与工件表面接触层应施加足够的耦合剂，确保探头和工件良好耦合。常用耦合剂有机油，甘油等。校准过程以及检测过程必须使用同种耦合剂。
2、工作表面准备
2.1焊缝两侧边缘，包括热影响区不允许存在凹槽，焊瘤，咬边，氧化皮等其他污物，低于母材区域必须焊补，打磨平整。
2.2端盖环焊缝余高必须磨平并与母材平整。经磨平后的焊缝表面不允许有肉眼看到的表面缺陷。
2.3探头移动区应清除焊接飞溅、铁屑、锈蚀及其它污物：
（1）采用一次反射法检测时，探头移动区应大于等于1.25P；
P=2TK………………………………………（1）
式中：P--跨距，（mm）
K--探头K值
T--母材厚度（mm）
（2）采用直射法检测时，探头移动区应大于等于0.75P。
3、探头的校准及探伤灵敏度的校准
3.1斜探头的校准：在CSK-IA试块上测出斜探头入射点及K值。
3.2直探头的校准：在CSK-IA试块上进行分辨力的测试。
3.3斜探头灵敏度的校准，可在ASME标准试块上进行测试，依据本集箱的规格应选择厚度为38mm的试块。斜探头对准深T/4的横孔，找到最大回波幅度，调节增益使其达到80%基准波高，然后依次调节深度为T/2，3T/4，5T/4，7T/4的孔，做出DAC曲线，然后增益14dB即可得到20%DAC，将其作为评定灵敏度。
3.4直探头的距离-波幅曲线灵敏度按表2规定
比较x与3N的关系x--被探部位的厚度，N--钢中近场区长度，由焊缝图示得知x=40mm，N=D2/4λ=102/4×2.36=10.6mm，则符合x≥3N，探伤灵敏度的调节可以按底波法调节，首先直探头对准完好区的底面，调“增益”使底波B1达到80%基准波高，依据公式Δ=20lg（2λx/πDF2）算出ΔdB值，式中λ—波长，x--被探部位的厚度，DF—平底孔的直径φ2mm，然后用用“衰减器”增益ΔdB，这时探伤灵敏度就调好了，参照表2分别调节出定量灵敏度和判废灵敏度。
表2
4.2端盖一侧，由于结构限制，不能满足探头移动区的要求，只能从一侧探伤，为保证探头声束扫查到整个焊缝截面应进行如下扫查：
K2探头从集箱本体侧采用直射法和一次反射法垂直于焊缝扫查，探测平行于焊缝的纵向缺陷，为便于探测焊缝中横向缺陷，应将探头置于磨平的焊缝上，沿焊缝方向进行扫查；
K1探头从集箱本体侧采用直射法和一次反射法扫查垂直于焊缝扫查，从端盖面垂直于焊缝扫查，扫查根部未焊透、裂纹或坡口边缘未熔合；
直探头从端盖面扫查；
在斜射波探测前，在斜射波经过的母材区应用直探头全面扫查，以便探测是否有影响斜探头探伤结果的缺陷存在，如果存在这种缺陷应予以记录，这种检验不属于验收检验。
4.3探伤过程中，探头每次前进的齿距不得超过探头晶片直径在保持探头与焊缝中心线垂直的同时，作大约10°～15°的摆动。
4.4为发现焊缝或热影响区的横向缺陷，可将斜探头直接放在焊缝上作平行移动，但灵敏度要适当提高。
4.5将每圈焊缝按圆周方向分成四个等分区，分别为ⅠⅡⅢⅣ四个象限。超声波探伤发现缺陷时，应将缺陷位置分别记入各自象限中。
5、缺陷的评定
所有反射波幅度超过20%参考线的信号都要进行研究。
5.1当信号波幅＞20%DAC时，均应定性、定位。
（1）确定并记录以DAC或基准线为百分比的最大波幅。
（2）确定并记录探头相对零点的位置（X）。
（3）确定并记录探头相对焊缝轴线的位置（Y）。
（4）确定并记录缺陷的深度。
5.2当信号波幅＞100%DAC时，规范有关卷中可以只要求定性，测量指示长度
（1）确定并记录以DAC或基准线为百分比的最大波幅并记录此处的探头相对零点的位置（X）和探头相对焊缝轴线的位置（Y）。
（2）若缺陷仅要求测长，可用相对灵敏度法，测出缺陷指示长度。
6、验收标准
6.1如缺陷被解释为裂纹，未熔合或未焊透时不论其长度和幅度如何，均不验收。
6.2条状缺陷，如果幅度超过参考曲线，且测量的指示长度超过T/3，T为工件壁厚，则不予验收。
6.3不合格的焊缝部位应返修返修过的焊缝，必须按原检测条件进行复探。
7、结论：
经过实践证明，采用上述超声波检测方法，对ASME标准生产的集箱插入式端盖焊缝实施检测是切实可行的，能够较好地控制、准确地发现集箱质量隐患，确保产品的质量。
参考文献：
[1]JB/T4730.3-2005承压设备无损检测
[2]石锋，谢建平，梁桠东.超声波探伤检测的影响因素分析及监督与控制[J].科学技术与工程，2012，09（18）：112-113.