鎳基合金管道對(duì)接焊縫超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

唐華

摘 要：由于鎳基合金焊縫晶間組織是以奧氏體形態(tài)存在，聲學(xué)特征與奧氏體不銹鋼類似，從而導(dǎo)致超聲檢測(cè)在缺陷定量、定位、定性方面存在一定難度。文章主要介紹我所在中石化高含硫井站UNS N08825鎳基合金管道（管徑DN100-DN150，厚度8.5-15mm）對(duì)接焊縫檢測(cè)中使用的超聲檢測(cè)的具體方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：鎳基合金；超聲檢測(cè)；焊縫

中圖分類號(hào)：TG406 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）09-0161-02

Abstract： Because the intergranular microstructure of nickel-based alloy weld exists in Austenite morphology and its acoustic characteristics are similar to those of austenitic stainless steel， it is difficult to detect defects quantitatively， locatively and qualitatively. This paper mainly introduces the UNS N08825 nickel-based alloy pipeline of the high sulfur well station of Sinopec Group （diameter is DN100-DN150 and the thickness 8.5-15mm） and the specific method of ultrasonic detection used in welded seam inspection.

Keywords： nickel-based alloy； ultrasonic testing； welded seam

N08825鎳基合金由于其高溫抗斷裂韌性好、抗高溫氧化性、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)良性能，在高含硫的天然氣井口的酸氣管線中大量應(yīng)用。但由于其具有奧氏體不銹鋼類似的聲學(xué)特征，焊縫超聲檢測(cè)存在以下難度：（1）超聲波在粗晶組織中衰減很大，缺陷的信噪比因?yàn)榱譅罨夭ǖ纫蛩卮蟠蠼档汀＃?）粗大晶間組織和奧氏體各向異性易的特征，使得超聲的傳播路徑極易發(fā)生畸變。以上兩點(diǎn)因素導(dǎo)致焊縫中缺陷的探測(cè)、判別及定位存在大量困難。由于高含硫井站需佩戴空呼不便長(zhǎng)時(shí)間使用X射線進(jìn)行檢測(cè)，我所針對(duì)實(shí)際檢測(cè)情況及現(xiàn)有條件，選擇高阻尼窄脈沖縱波單斜探頭，加工了鎳基合金對(duì)比試塊，制定了N08825合金管道焊縫超聲波檢驗(yàn)規(guī)程，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

1 超聲探頭的選擇

超聲波在奧氏體組織中的衰減是鎳基合金超聲檢測(cè)的主要難點(diǎn)。這種衰減主要是由于晶粒組織的散射引起的。它既與被檢材料本身的特性有關(guān)，也與超聲波波型、波長(zhǎng)及脈沖寬度等因素有關(guān)。鎳基合金焊縫的奧氏體組織，晶粒粗大，已不利于檢測(cè)，因此探頭的選擇至關(guān)重要。

（1）探頭頻率的選擇：超聲波波長(zhǎng)越大，則越不容易產(chǎn)生散射，衰減越??；波長(zhǎng)越小，在粗大晶粒影響下，則越容易產(chǎn)生散射，衰減越大。因此我們可以在保證分辨力的前提下盡量選擇低頻率的探頭。

（2）探頭波形的選擇：縱波波長(zhǎng)約是橫波波長(zhǎng)的兩倍，同上原因，選擇波長(zhǎng)較大的縱波探頭。

（3）探頭晶片的選擇：超聲波波束越窄，則晶粒散射面積越小。波束寬度與探頭晶片尺寸有關(guān)，晶片越大，則波束指向性越好，波束寬度越小。但由于管道管壁較薄，導(dǎo)致探頭前沿需盡量小，從而限制了晶片的尺寸。因此我們?cè)诒ＷC小探頭前沿的前提下盡量采用大尺寸晶片。

（4）探頭K值的選擇：一般來說，當(dāng)所探管子壁厚較小時(shí)，盡量選用較大的K值，以避免近場(chǎng)區(qū)的影響。針對(duì)筆者單位所需檢測(cè)的鎳基合金管焊縫，為了使一次波波束能夠檢測(cè)到焊縫根部，同時(shí)避開近場(chǎng)區(qū)的影響以及有較大的水平距離以避免焊縫余高的影響，K值一般選K2～K2.5。

綜合以上因素，結(jié)合所需檢測(cè)的管道焊縫，我們依據(jù)NB/T47013.3及附錄I的規(guī)定選擇了2.5MHz K2 6*6的高阻尼窄脈沖單晶片縱波斜探頭。

2 對(duì)比試塊的制作

為了滿足檢測(cè)的需要，根據(jù)NB/T47013.3及附錄I的相關(guān)規(guī)定，我單位外委制作了檢測(cè)需要的1-5號(hào)對(duì)比試塊。對(duì)比試塊材質(zhì)為N08825鎳基合金板。

1號(hào)對(duì)比試塊結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示，頂部R1圓弧曲率半徑為60mm，底部R2圓弧曲率半徑為72mm，分別適用管子外徑范圍為110-132mm，132-159mm。

2號(hào)、3號(hào)對(duì)比試塊結(jié)構(gòu)尺寸分別如圖2所示，頂部圓弧曲率半徑分別為60mm和72mm。

4號(hào)、5號(hào)對(duì)比試塊結(jié)構(gòu)尺寸分別如圖3所示，頂部圓弧曲率半徑分別為60mm和72mm。

3 檢測(cè)的準(zhǔn)備、儀器的調(diào)校及檢測(cè)方式

（1）檢測(cè)面表面狀況和耦合劑的要求：超聲檢測(cè)時(shí)，焊縫附近檢測(cè)面的鐵銹、防腐涂層和飛濺、焊縫成型的形狀差異等因素都對(duì)超聲波探傷的靈敏度有嚴(yán)重影響。超聲波的檢測(cè)面應(yīng)先打磨光滑，再進(jìn)行探傷。檢測(cè)面表面越平整越光滑，超聲波的檢測(cè)結(jié)果才越精確。為了有良好的耦合性和較大的信噪比，鎳基合金管道焊縫的超聲波檢測(cè)，耦合劑一般使用機(jī)油，且機(jī)油的含硫量不應(yīng)大于250mg/L。

（2）探頭的修磨：因檢測(cè)管道的直徑較小，為了保證探頭與焊縫兩邊被檢工件必須貼合緊密，必須對(duì)探頭進(jìn)行修磨。注意修磨后探頭K值、前沿會(huì)發(fā)生變化。

（3）儀器的調(diào)校：我單位采用的是友聯(lián)PXUT-390，首先利用1號(hào)試塊測(cè)定修磨后的探頭的零點(diǎn)，確定實(shí)際的探頭前沿及K值。其次利用2-5號(hào)試塊根據(jù)所檢管道尺寸分別制作距離-波幅曲線。距離-波幅曲線由選定的探頭、儀器組合在對(duì)比試塊上根據(jù)不同深度長(zhǎng)橫孔的反射波幅實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制。在焊縫兩側(cè)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，用2、3號(hào)試塊焊縫中心的橫孔制作距離-波幅曲線確定靈敏度和評(píng)定。只在焊縫單側(cè)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)使聲束通過焊縫金屬利用4、5號(hào)試塊熔合區(qū)橫孔制作曲線確定靈敏度和評(píng)定。同時(shí)利用熔合區(qū)人工缺陷和焊縫中心人工缺陷分別測(cè)繪的兩條曲線間距一般不得超過10dB。工件厚度8-15mm范圍時(shí)，判廢線、定量線、評(píng)定線分別設(shè)置為ф2*40+3dB、ф2*40-2dB、ф2*40-8dB。

（4）檢測(cè)方式：在用管道定期檢驗(yàn)中，只要現(xiàn)場(chǎng)條件允許，超聲波檢測(cè)應(yīng)在焊縫兩側(cè)進(jìn)行掃查。在掃查過程中，探頭方向朝著焊縫，以相同大小的力壓住探頭，在保證有良好耦合的條件下，保持探頭均勻移動(dòng)，在焊縫兩側(cè)做鋸齒形掃查。先提高4-6db粗探一遍，發(fā)現(xiàn)缺陷后在焊縫的對(duì)應(yīng)位置上做好標(biāo)記，然后在對(duì)應(yīng)位置上探頭前后、左右小幅度移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，找到缺陷最大回波對(duì)缺陷進(jìn)行定位、定量。同時(shí)注意觀察回波的動(dòng)態(tài)波形，依據(jù)NB/T47013.3附錄Q的方法，對(duì)缺陷進(jìn)行定性。

4 檢測(cè)結(jié)果的判別及評(píng)定

在檢測(cè)鎳基合金管道對(duì)接焊縫時(shí)，容易產(chǎn)生表面波，把手指緊貼探頭前部放置，可以阻礙表面的傳播，從而避免表面波對(duì)探傷的影響。同時(shí)在探傷時(shí)，要注意偽缺陷波的判別。鎳基合金管道偽缺陷波主要有：（1）焊縫根部成型造成的；（2）錯(cuò)口（或焊瘤）缺陷引起的變型波；（3）粗大奧氏體晶粒引起的噪聲波等。

鎳基合金管道焊縫超聲檢測(cè)的缺陷可參考NB/T47013.3附錄I來進(jìn)行評(píng)定，壓力管道安全狀況等級(jí)可以參照《工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程》來評(píng)定。

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