奧氏體不銹鋼管焊接過程中焊縫質量的超聲波檢測

奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼管(guan)廣(guang)泛(fan)應用(yong)于核、石油、化(hua)工等(deng)行業(ye)，其焊(han)縫質量(liang)直接(jie)影響特種承(cheng)壓設備（鍋爐(lu)、壓力容器、壓力管(guan)道）的(de)安全(quan)。焊(han)縫失(shi)效會(hui)引起爆炸、燃燒、環境污染等(deng)重大事故，給國家和人(ren)民財產造成巨大損失(shi)，甚至(zhi)嚴重危及(ji)人(ren)民生命。目前，國內(nei)(nei)外(wai)對(dui)于小口徑薄壁奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼管(guan)對(dui)接(jie)焊(han)縫質量(liang)的(de)超(chao)聲波檢(jian)測(ce)尚無專門(men)的(de)標(biao)準和規范。實際(ji)檢(jian)測(ce)主(zhu)要采用(yong)和依賴碳鋼管(guan)無損檢(jian)測(ce)技(ji)術或各(ge)種企業(ye)檢(jian)測(ce)程序(xu)。對(dui)于超(chao)聲波焊(han)接(jie)質量(liang)檢(jian)測(ce)工藝(yi)和大口徑厚壁奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼管(guan)的(de)實施，國內(nei)(nei)不同(tong)行業(ye)不同(tong)，整體(ti)(ti)水平較(jiao)低(di)，檢(jian)測(ce)效果較(jiao)差(cha)。這種情況對(dui)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼管(guan)焊(han)縫的(de)檢(jian)驗和試驗非(fei)常不利。

對于小口徑奧氏體不銹鋼管，由于其焊接結構不均勻、壁薄、彎曲大等原因，目前進行超聲波探傷非常困難，尚無有效的超聲波探傷方法。為此，迫切需要開發一種針對奧氏體不銹鋼管焊縫的超聲波檢(jian)測方法和工藝，以提高(gao)(gao)管道焊縫缺陷的檢(jian)出率和檢(jian)測精度，大(da)大(da)提高(gao)(gao)檢(jian)測效(xiao)率，降低檢(jian)測成本。

一(yi)般在(zai)(zai)不同(tong)材(cai)質的(de)(de)(de)不銹鋼(gang)管中存在(zai)(zai)三種(zhong)不同(tong)的(de)(de)(de)線(xian)彈性波(bo)(bo)(bo)，可(ke)以沿一(yi)定(ding)方向向前傳播(bo)。這三種(zhong)波(bo)(bo)(bo)一(yi)般不是(shi)單(dan)一(yi)模(mo)(mo)式(shi)，因(yin)為(wei)每(mei)一(yi)種(zhong)波(bo)(bo)(bo)都有平行于法(fa)(fa)向波(bo)(bo)(bo)和垂直于法(fa)(fa)向波(bo)(bo)(bo)的(de)(de)(de)質點位(wei)移分量。一(yi)個(ge)(ge)組件通常比另(ling)一(yi)個(ge)(ge)大(da)得多。平行分量較大(da)的(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)稱為(wei)“準縱波(bo)(bo)(bo)”，垂直分量較大(da)的(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)稱為(wei)“準橫波(bo)(bo)(bo)”。在(zai)(zai)各向同(tong)性材(cai)料中，所有傳播(bo)模(mo)(mo)式(shi)都是(shi)單(dan)一(yi)模(mo)(mo)式(shi)：粒子的(de)(de)(de)位(wei)移平行于波(bo)(bo)(bo)法(fa)(fa)線(xian)或垂直于波(bo)(bo)(bo)法(fa)(fa)線(xian)。兩個(ge)(ge)準模(mo)(mo)態(tai)退化為(wei)純(chun)模(mo)(mo)態(tai)。

能量(liang)通量(liang)矢(shi)量(liang)對(dui)于(yu)彈性波在各向(xiang)(xiang)異(yi)性材(cai)料(liao)中的(de)傳播也(ye)很重要(yao)。與(yu)各向(xiang)(xiang)同(tong)(tong)性材(cai)料(liao)的(de)情況(kuang)不(bu)(bu)同(tong)(tong)，單(dan)位時間和單(dan)位面積的(de)能量(liang)流(liu)動方向(xiang)(xiang)（感(gan)知向(xiang)(xiang)量(liang)）不(bu)(bu)一定與(yu)同(tong)(tong)一波的(de)法線重合(he)。換句話說，即使超聲(sheng)波束垂直于(yu)人，它也(ye)可以被(bei)折射(she)。

當超聲(sheng)波(bo)(bo)在(zai)各向異性(xing)介質中(zhong)向前傳播時，存(cun)在(zai)線(xian)彈(dan)性(xing)波(bo)(bo)。但是(shi)(shi)，這種(zhong)線(xian)彈(dan)性(xing)波(bo)(bo)既不是(shi)(shi)純縱波(bo)(bo)，也不是(shi)(shi)純橫波(bo)(bo)，而是(shi)(shi)第三(san)種(zhong)波(bo)(bo)形，即不同性(xing)質的(de)(de)線(xian)彈(dan)性(xing)波(bo)(bo)的(de)(de)混合(he)波(bo)(bo)。更準確(que)地說，在(zai)各向異性(xing)材料(liao)中(zhong)，從這個超聲(sheng)波(bo)(bo)束反射到單個缺陷的(de)(de)回波(bo)(bo)在(zai)超聲(sheng)波(bo)(bo)探(tan)傷(shang)儀(yi)的(de)(de)屏幕上顯示時是(shi)(shi)一(yi)共粘波(bo)(bo)，一(yi)般(ban)是(shi)(shi)三(san)個波(bo)(bo)。 一(yi)定(ding)有一(yi)個波(bo)(bo)的(de)(de)幅度要大(da)得(de)多與其他(ta)兩波(bo)(bo)相(xiang)比。

在(zai)充分(fen)考慮超(chao)(chao)(chao)聲波(bo)束(shu)對(dui)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)管壁內表面幾(ji)(ji)何效(xiao)應的前提下，采用(yong)雙晶(jing)聚(ju)焦法制(zhi)成(cheng)的探(tan)頭(tou)最(zui)大直徑可(ke)超(chao)(chao)(chao)過32mm159mm，壁厚(hou)可(ke)達(da)3.520mm 鋼(gang)管壁內表面對(dui)超(chao)(chao)(chao)聲波(bo)束(shu)的幾(ji)(ji)何效(xiao)應有不利(li)影響(xiang)。

特(te)(te)制(zhi)探(tan)頭(tou)可有效檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)小口徑管(guan)子切割尖端的缺(que)陷(xian)(xian)(xian)，特(te)(te)制(zhi)雙玻邊測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)精度(du)高(gao)。在測(ce)(ce)(ce)(ce)試中，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)到的外表(biao)面缺(que)陷(xian)(xian)(xian)的深度(du)誤差(cha)小于內表(biao)面缺(que)陷(xian)(xian)(xian)的測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)誤差(cha)。小口徑不銹鋼(gang)管(guan)的曲率和厚(hou)(hou)度(du)會影響測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)的準確性(xing)。曲率越小，厚(hou)(hou)度(du)越大，測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)精度(du)越高(gao)。不銹鋼(gang)焊縫晶(jing)體(ti)較(jiao)厚(hou)(hou)，缺(que)陷(xian)(xian)(xian)回(hui)波(bo)附近有多個草(cao)狀回(hui)波(bo)，但缺(que)陷(xian)(xian)(xian)回(hui)波(bo)在檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)圖上(shang)仍(reng)能清晰區分，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)靈敏度(du)高(gao)。

試驗證實，這種用于奧氏體不銹(xiu)鋼管(guan)對接焊檢測(ce)的(de)專用探頭具(ju)有以下特(te)點：

(1)專用探頭用于檢測(ce)的(de)超聲(sheng)波束(shu)在(zai)工(gong)件上(shang)的(de)折射(she)角(jiao)大(da)，便于超高薄(bo)壁焊(han)縫的(de)超聲(sheng)波檢測(ce)。

(2) 專用探(tan)頭與超(chao)聲(sheng)波(bo)檢測器(qi)結合，具有綜合高(gao)靈敏度。它可以檢測回波(bo)清晰、雜波(bo)少、信(xin)噪比高(gao)的奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼管(guan)焊縫缺陷(xian)。

(3)專用(yong)探頭發射的檢測光束在(zai)不銹鋼管上具有良好的指向性，缺陷定位方便。

(4)管(guan)件(jian)弧度(du)較大(da)時，被測距離的幅度(du)曲線更平滑，便于缺陷(xian)的量化。