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1、1小径管弯管段超声波检测内壁裂缝方法探讨小径管弯管段超声波检测内壁裂缝方法探讨董亮 （武汉锅炉股份有限公司质量检查处 武汉 430000）摘摘 要要 小径管原材料检测一般采用涡流和超声波在线检测。已加工成型的弯管，针对弯管段内壁的裂缝，采用直接接触法手工超声波探伤方法，能快速检测缺陷，达到检测目的。关关键词键词 小口径管；探头；曲面探伤。1 前前 言言 电站锅炉在运行过程中由于小径管爆管造成的停炉占有很大的比例，而爆管的原因主要有 2 种： 第一，在制造钢管的过程中产生的缺陷原材料存在缺陷；第二，钢管在加工过程中（焊接、弯 管过程）产生的缺陷。对第一种情况，小口径管原材料进厂后，采用涡流和超声
2、波在线自动检测， 能有效地保证原材料的质量。针对第二种情况，小口径管对接焊接接头一般采用射线检测来保证焊 接质量；如果小径管在弯管过程中弯头部位产生了缺陷，由于对弯头部位采用射线检测方法不易操 作，也达不到检测缺陷的目的，因此采用超声波检测方法。 小径管原材料在线检测合格后进入弯管工序。在弯管时发现有弯裂断开情况，取样后发现在钢 管内壁弯头的外圆弧有环向裂缝产生。针对这种缺陷，射线检测方法已不能操作，而常规的超声波 检测也不能准确地发现缺陷，此时采用小晶片、专一 K 值（管壁厚度不同其 K 值也不一样） ，带弧 面的探头进行超声波检测，能达到检测缺陷，保证弯头质量的目的。 2 实实 例例 下面
3、以 518.5mm 小径管为例来说明 2.1 探头的频率，晶片尺寸探头的频率，晶片尺寸 小径管直径为 51mm，壁厚为 8.5mm，弯管处半径为 53mm（见图一） ，探头在直径 51mm 的 弧面上对曲率半径为 53mm 的弯管段进行探伤，为保证探头与钢管表面接触良好，可选用频率为 5MHz，晶片尺寸为 6mm6mm 的横波斜探头。检测范围为弯管段加上两端各 200mm 直管段的外 圆弧侧钢管如见图一所示。图图 1 2.2 探头的探头的 K 值值 探头在弯管段探伤，为使超声波主声速轴线扫查到钢管内壁，K 值应满足（见图二）1 .57)535 . 853(sin1255. 11 .57 tgK
4、图图 2 钢管弯成 90后，其弯管段的钢管被压扁了（管壁减薄，K 值可以增长） ，钢管的半径变成 27mm 左右。探头从直管段朝弯管段进行探伤时，钢管弧面从 25.5mm 逐渐过渡到 27mm 左右，而 且在这一过程中还存在一个曲面探伤的情况，因此探头表面做成半径为 28mm 的弧面，K 值为 2.0，这样做是为修磨探头留下余量。 用数字仪（汕头 CTS-9002）与探头配合，在 115mm 的曲面试块上按深度 5：1 调节时基线。 取一个已剖开的小口径管，其内壁有一个宽 3mm 的裂缝，用超声波扫查，找到裂缝的最高波，仪 器显示其深度为 4.5mm 反射波幅度为 1-25dB。裂缝反射波很低
5、，说明探头 K 值不当，主声束轴 线没有垂直入射到裂缝。下面通过计算，来找一个理想的 K 值，使超声波主声束垂直入射到裂缝。图图 3裂缝高 BF=4mm 宽 CD=3mm由图三知 裂缝高 8.5mm-4.5mm=4mm，宽 3mm，6 .20)42/3(1tgDBO当 K=1.6 时，=58 弯管曲面半径 r=106/2=53mm22)()(drkdBO3=22)5 . 453()5 . 46 . 1 (=49mm中， 令ABO53sin 4958sin ABO5 .66)4958sin53(sin1最小为 905 .1135 .66180 325890ABE DBOABEABOEBD=113
6、.5-32-20.6=60.9 EBDABEABD=32+60.9=92.9 同样可以得到K=1.7 时， 91ABDK=1.75 时， 5 .89ABD以上计算说明 K=1.7 时或 K=1.75 时，超声波主声束轴线基本上与裂缝垂直，裂缝反射率最大。 如果取 K=1.7， =tg-11.7=59.5 在半径为 53mm 的曲面上探伤，其最大壁厚 T由53535 .59sinT得 T=7.3mm 与 8.5mm 相差 1.2mm 如果考虑弯管段的钢管壁厚减薄量，那么用 K=1.7 的探头，超声波主声束也能扫到钢管内壁。 用 518.5mm 的钢管做一个对比试块，在试块内壁环向刻一个深 0.5
7、mm 的 60V 形槽（人工 缺陷） ，用 K1.6 和 K1.7 探头分别探测 V 形槽和 115mm 曲面试块上深 8mm 的横孔，使反射波 高均为示波屏满刻度的 80%。探测结果如下： 表一K 值115mm（孔深 8mm）V 形槽1.653dB58dB1.754dB62dB由表一可知， 11.7 探头比 K1.6 探头的灵敏度要高，特别是对 V 形槽探测时。 K=1.7 时，V 形槽反射波比 1 横孔的反射波高 8dB。 综上所述，探头选用 5MHz，晶片尺寸 6mm6mm，K=1.70，弧面半径为 28mm。将探头放在 钢管上，修磨探头前部使 K 值达到 1.7。修磨时要在弯管附近修磨
8、，使探头前部尽量与弯管曲面吻 合。 2.3 检测检测用修磨好的探头在 115 的曲面试块上按深度 5：1 调节时基线。按深度调节的好处是，能 根据数字仪上显示的反射波深度，马上判断出它是钢管内表面的反射波还是钢管内部的缺陷反射波。 钢管内表面的反射波在仪器上显示的深度一般均大于或等于钢管壁厚。4为了使探头能与钢管的直管段和弯管段都接触良好，探伤时要用手指轻压探头前部。探伤时， 探头平行于钢管轴线，从正、反两个方向进行扫查，扫查速度不能快，以 1-18dB 作为扫查灵敏 度。 对有裂缝的钢管探伤，目视可见的三处小裂缝其反射波高达到 1-10dB（相当于 V 形槽- 2dB） 。根据反射波的深度位置和波幅高度来判别缺陷，深度小于 8.5mm，且波幅大于 1-12dB 者， 可判定为裂缝缺陷。3 结论结论 对小口径管弯头部位的环向裂缝，采用小晶片、专一 K 值，带弧面的探头进行超声波检测， 可以在最短的时间内检出裂缝缺陷，达到检测目的，确保弯头质量。 参考文献参考文献 超声波探伤，中国锅炉压力容器安全杂志社
