在用壓力容器超聲波檢測(cè)中常見缺陷的定性分析

董正祥，楊 智

（中原油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心，河南 濮陽 457001）

超聲波檢測(cè)是目前控制焊接質(zhì)量較為廣泛的無損檢測(cè)方法之一。該技術(shù)采用的設(shè)備體積小、成本低、速度快、適用性強(qiáng)。由于超聲波具有在鋼材內(nèi)部穿透力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于較厚鋼板焊縫的檢測(cè)。對(duì)于平面狀缺陷，盡管有的缺陷很淺，只要超聲波直射至缺陷面，均能得到很高的缺陷波。但由于檢測(cè)結(jié)果受到定性困難、檢測(cè)者專業(yè)技能與經(jīng)驗(yàn)差異等因素影響，延判、誤判時(shí)有發(fā)生，可造成安全隱患或不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。排除各種偽缺陷回波信號(hào)，對(duì)正確探傷和提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性有著積極意義。

一、在用壓力容器檢測(cè)選用超聲波探傷儀的依據(jù)

目前技術(shù)監(jiān)測(cè)中心壓力容器檢測(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730.3-2005《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》，對(duì)中原油田近2 000臺(tái)第一、二類壓力容器（如油氣分離器、水套爐、儲(chǔ)罐等）進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測(cè)。超聲波檢測(cè)可靠性的影響因素很多，如檢測(cè)人員的技術(shù)理論水平和心理狀況、檢測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境的影響等。但在實(shí)際生產(chǎn)中，若采用射線檢測(cè)，需對(duì)壓力容器進(jìn)行停機(jī)、清理、置換，檢驗(yàn)一般的壓力容器需要很長時(shí)間，影響被檢單位的生產(chǎn)任務(wù)。而采用超聲波探傷只需把焊縫兩側(cè)打磨即可，可以實(shí)現(xiàn)在人員、設(shè)備、被測(cè)對(duì)象、環(huán)境難以改變的條件下檢測(cè)。通過對(duì)同種缺陷進(jìn)行超聲波檢測(cè)判別和射線拍片對(duì)比驗(yàn)證，證明了超聲波檢測(cè)技術(shù)的可行性。

二、超聲波探傷儀的檢測(cè)

1.缺陷類型的判斷

焊逢內(nèi)部的缺陷類型主要有：點(diǎn)狀缺陷（點(diǎn)渣、氣孔）、條形缺陷（裂紋、未焊透、未熔合）。檢出缺陷后，應(yīng)在不同的方向?qū)υ撊毕葸M(jìn)行探測(cè)。對(duì)于平面形缺陷，在不同方向上探測(cè)，其缺陷回波高度顯著不同。在垂直于缺陷方向探測(cè)，缺陷回波高，在平行于缺陷方向探測(cè)，缺陷回波低，甚至無缺陷回波。

（1）點(diǎn)狀缺陷。點(diǎn)狀缺陷超聲波檢測(cè)方向示意圖見圖1。采用超聲波在不同方向探測(cè)出的點(diǎn)渣和單個(gè)氣孔缺陷的共同點(diǎn)：缺陷回波無明顯變化，波形較穩(wěn)定，反射波高大致相同，稍一移動(dòng)探頭缺陷波就消失。不同點(diǎn)：內(nèi)含物聲阻抗不同。夾渣內(nèi)含的金屬夾渣或非金屬夾渣的聲阻抗大，反射波低一些，見圖2；氣孔內(nèi)含氣體，聲阻抗小，反射率高，波形陡直尖銳，見圖3。

（2）條形缺陷。采用超聲波在垂直方向探測(cè)出的裂紋、未焊透和未熔合缺陷共同點(diǎn)：探頭平移時(shí)，反射波連續(xù)出現(xiàn)。不同點(diǎn)：裂紋回波高度較大，波幅寬，會(huì)出現(xiàn)多峰。探頭平移時(shí)，有小幅變動(dòng)；探頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，波峰有上、下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，見圖4；未焊透波形穩(wěn)定，從焊縫兩側(cè)探傷，均能得到大致相同的反射波幅，見圖5；兩側(cè)探測(cè)時(shí)，反射波幅不同，有時(shí)只能從一側(cè)探到，見圖6。

圖4 裂紋缺陷反射波形

圖5 未焊透缺陷反射波形

圖6 未熔合缺陷反射波形

2.快速識(shí)別偽缺陷

（1）對(duì)于儀器雜波，在不接探頭的情況下，熒光屏上出現(xiàn)單峰或多峰的波形。對(duì)于探頭雜波，接上探頭時(shí)，波形熒光屏上固定位置出現(xiàn)波形，降低靈敏度后，此波消失。

（2）焊縫表面溝槽引起的反射波鑒別的方法：一般出現(xiàn)一次、二次波處或稍偏后位置，如圖7所示。

圖7 焊縫表面溝槽的反射

（3）焊縫上下錯(cuò)邊引起的反射波鑒別方法：由于焊縫上下焊偏，在一側(cè)探傷時(shí)，焊角反射波很像焊縫內(nèi)缺陷，當(dāng)移到另一側(cè)探傷時(shí)，在一次波前沒有反射波，如圖8所示。

（4）耦合劑引起的反射波鑒別方法：探頭不動(dòng)，隨著耦合劑擴(kuò)散，波幅逐漸降低，如果擦去探頭前耦合劑，信號(hào)立刻消失。

圖8 焊偏在超聲探傷的辨別

（5）咬邊鑒別方法：咬邊是宏觀缺陷，容易誘發(fā)裂紋，危害性較大。這種缺陷反射波一般出現(xiàn)在一次波與二次波的前邊。當(dāng)移到探頭出現(xiàn)最高反射信號(hào)時(shí)固定探頭，適當(dāng)降低儀器靈敏度。用手指沾油輕輕敲打焊縫邊緣咬邊處，觀察反射信號(hào)是否有明顯跳動(dòng)現(xiàn)象，若信號(hào)跳動(dòng)，則證明是咬邊反射信號(hào)。

三、實(shí)際檢測(cè)中應(yīng)注意的因素

第一，超聲波檢測(cè)結(jié)果會(huì)受到環(huán)境、技術(shù)及材料等幾方面因素的影響。如果施工在冬季，焊接質(zhì)量難以保證，易出現(xiàn)裂紋等缺陷；施工在雨季，易產(chǎn)生密集氣孔，都應(yīng)增加表面檢測(cè)。

第二，考慮高溫下探頭壓電效應(yīng)隨溫度升高而減弱的現(xiàn)象給超聲波檢測(cè)帶來的不利影響：高溫探頭只能在較低溫度下連續(xù)工作，溫度較高時(shí)必須間歇工作；壓電效應(yīng)下降使得探頭發(fā)射和接收超聲波的能力減弱，工件內(nèi)的缺陷所顯示的信號(hào)幅度明顯下降，一些小的缺陷難于檢出；高溫?fù)p害探頭的性能，即使在冷卻到室溫，探頭發(fā)射和接收超聲波的能力不能完全恢復(fù)到原來的水平。高溫探頭使用一定次數(shù)后，性能下降甚至報(bào)廢。

第三，提高焊接質(zhì)量，制定焊接工藝評(píng)定，要求合格的壓力容器焊工施焊，控制組對(duì)間隙和偏差，減少未焊透、未熔合及大氣孔的形成。焊接接頭須經(jīng)過外觀檢驗(yàn)合格，檢測(cè)過程中注意幅度較低但有一定游動(dòng)范圍的反射波及多峰的情況，很可能是較大的氣孔、針孔、密集氣孔，此類缺陷危害極大。