厚壁管超聲檢測方法

① 無縫鋼管是如何檢測的

參考資料：無縫鋼管質量檢驗方法：1．化學成分分析：化學分析法、儀器分析法（紅外C—S儀、直讀光譜儀、zcP等）。 ①紅外C—S儀：分析鐵合金，煉鋼原材料，鋼鐵中的C、S元素。 ②直讀光譜儀：塊狀試樣中的C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni、Cn、A1、W、V、Ti、B、Nb、As、Sn、Sb、Pb、Bi ③N—0儀：氣體含量分析N、O 2．鋼管幾何尺寸及外形檢查： ①鋼管壁厚檢查：千分尺、超聲測厚儀，兩端不少於8點並記錄。 ②鋼管外徑、橢圓度檢查：卡規、游標卡尺、環規，測出最大點、最小點。 ③鋼管長度檢查：鋼捲尺、人工、自動測長。 ④鋼管彎曲度檢查：直尺、水平尺（1m）、塞尺、細線測每米彎曲度、全長彎曲度。 ⑤鋼管端面坡口角度和鈍邊檢查：角尺、卡板。 3．鋼管表面質量檢查：100% ①人工肉眼檢查：照明條件、標准、經驗、標識、鋼管轉動。 ②無損探傷檢查： a. 超聲波探傷UT： 對於各種材質均勻的材料表面及內部裂紋缺陷比較敏感。 標准：GB/T 5777-1996 級別：C5級 b. 渦流探傷ET：（電磁感應） 主要對點狀（孔洞形）缺陷敏感。 標准：GB/T 7735-2004 級別：B級 c. 磁粉MT和漏磁探傷： 磁力探傷，適用於鐵磁性材料的表面和近表面缺陷的檢測。 標准：GB/T 12606-1999 級別： C4級 d. 電磁超聲波探傷： 不需要耦合介質，可以應用於高溫高速，粗燥的鋼管表面探傷。 e. 滲透探傷： 熒光、著色、檢測鋼管表面缺陷。 4．鋼管理化性能檢驗： ①拉伸試驗：測應力和變形，判定材料的強度（YS、TS）和塑性指標（A、Z） 縱向，橫向試樣 管段、弧型、圓形試樣（￠10、￠12.5） 小口徑、薄壁 大口徑、厚壁 定標距。 註：試樣斷後伸長率與試樣尺寸有關 GB/T 1760 ②沖擊試驗：CVN、缺口C型、V型、功J 值J/cm2 標准試樣10×10×55（mm） 非標試樣5×10×55（mm） ③硬度試驗：布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、維氏硬度HV等 ④液壓試驗：試驗壓力、穩壓時間、 p=2Sδ/D 5．鋼管工藝性能檢驗： ①壓扁試驗：圓形試樣 C形試樣（S/D>0.15） H=（1+2）S/（∝+S/D） L=40～100mm 單位長度變形系數=0.07～0.08 ②環拉試驗：L=15mm 無裂紋為合格 ③擴口和卷邊試驗：頂心錐度為30°、40°、60° ④彎曲試驗：可代替壓扁試驗（對大口徑管而言） 6．鋼管金相分析： ①高倍檢驗（微觀分析）：非金屬夾雜物100x GB/T 10561 晶粒度：級別、級差 組織：M、B、S、T、P、F、A-S 脫碳層：內、外 A法評級：A類-硫化物 B類-氧化物 C類-硅酸鹽 D-球狀氧化 DS類 ②低倍試驗（宏觀分析）：肉眼、放大鏡10x以下 a. 酸蝕檢驗法、 b. 硫印檢驗法（管坯檢驗，顯示低培組織及缺陷，如疏鬆、偏析、皮下氣泡、翻皮、白點、夾雜物等。 c. 塔形發紋檢驗法：檢驗發紋數量、長度及分布。

② 簡述使用超聲波探傷判斷金屬內部裂紋的方法

鋼結構在現代工業中佔有重要地位，更是海洋石油行業重要的基礎設施，在國民經濟和社會發展中起到十分重要的作用。鋼結構在建造焊接過程中受到各種因素的影響，難免產生各種缺陷，甚至是裂紋等危害性較大的缺陷，若在建造過程中不及時發現並將其移除，將可能發生重大突發事件，甚至危及生命安全。因此，無損檢測在建造環節中尤為重要，目前常用的無損檢測方法有：射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等，而超聲波檢測由於其效率高、靈敏度高、無輻射無污染等優點，在海洋鋼結構的建造中得到廣泛的應用。
1 超聲波檢測基礎
超聲檢測是指超聲波與工件相互作用，就反射、透射和散射波進行研究，對工件進行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量、組織結構和力學性能變化的檢測和表徵，並進而對其特定應用性進行評價的技術。
1.1 超聲波檢測原理
利用超聲波對材料中的宏觀缺陷進行探測，依據的是超聲波在材料中傳播時的一些特性，如：聲波在通過材料時能量會有損失，在遇到兩種介質的分界時，會發生反射等等，其工作原理是：
1）用某種方式向被檢試件中引入或激勵超聲波；
2）超聲波在試件中傳播並與其中的物體相互作用，其傳播的方向或特徵會被改變；
3）改變後的超聲波又通過檢測設備被檢測到，並可對其處理和分析；
4）根據接收的超聲波的特徵評估試件本身及其內部存在的缺陷特徵。
通常用以發現缺陷並對缺陷進行評估的基本信息為：
1）來自材料內部各種不連續的反射信號的存在及其幅值；
2）入射信號與接收信號之間的傳播時間；
3）聲波通過材料以後能量的衰減。
圖1 超聲檢測示意圖
1.2 超聲波檢測的優點和局限性
1.2.1 優點
與其他無損檢測方法相比，超聲檢測方法的主要優點有：
（1）適用於金屬、非金屬、復合材料等多種材料的無損評價。
（2）穿透能力強，可對較大厚度范圍的試件內部缺陷進行檢測，可進行整個試件體積的掃查。
（3）靈敏度高，可檢測到材料內部很小的缺陷。
（4）可較准確的測出缺陷的深度位置，這在很多情況下世十分必要的。
（5）設備輕便，對人體和環境無害，可作現場檢測。
1.2.2 局限性
（1）由於縱波脈沖反射法存在盲區，和缺陷取向對檢測靈敏度的影響，對位於表面和近表面的某些缺陷常常難以檢測。
（2）試件形狀的復雜性，如不規則形狀，小曲率半徑等，對超聲波檢測的課實施性有較大影響。
（3）材料的某些內部結構，如晶粒度，非均勻性等，會使靈敏度和信噪比變差。
2 橫向裂紋檢驗
橫向裂紋不僅給生產帶來困難，而且可能帶來災難性的事故。裂紋焊接中最危險的缺陷之一，他嚴重削弱了工件的承載能力和腐蝕能力，即使不太嚴重的裂紋，由於使用過程中造成應力集中，成為各種斷裂的斷裂源。正因為裂紋有如此大的危害性，像JB/T 4730， GB 11345，AWS D1.1， API RP 2X等國內外各大標准中都有「裂紋不可接受」等類似描述。而超聲波檢測對缺陷性質判定沒有射線檢測直觀，如果檢測方法不當等原因造成橫向裂紋的漏檢或誤判，其都有不良結果：若把其他缺陷判為橫向裂紋造成不必要的返修，進而影響材料韌性等性能；把裂紋判為點狀缺陷放過，則工程就存在較大的安全隱患。所以正確選擇探測方法和對回波特性分析，對橫向裂紋的超聲波檢測尤為重要。
2.1 探頭角度的選擇
縱波直探頭：橫向裂紋屬面狀缺陷，一般和探測面垂直，而0°直探頭適用於發現與探測面平行的缺陷，所以直探頭不能有效的探測出橫向裂紋。
橫波斜探頭：對同一缺陷，70°和60°探頭聲程較大，聲波能量由於被吸收和散射造成衰減嚴重，尤其只在檢測母材厚度較大的焊縫時，回波高度較低，對發現缺陷波和波形分析不利，進而影響是否為橫向裂紋的判定。而45°探頭具有聲束集中、聲程短衰減小，聲壓往復透射率高的特點，所以選用45°探頭具有良好的效果。圖2是70°，60°和45°探頭在相同的基準靈敏度的前提下，對同一橫向裂紋的回波比較：
（a）70°探頭回波 （b）60°探頭回波
（c）45°探頭回波
圖2 70°，60°和45°探頭對同一橫向裂紋的回波
2.2 橫向裂紋的掃查
圖3 焊縫UT掃查方式平面圖
常見的焊接缺陷（如夾渣、未熔合、未焊透等）大多與焊縫軸線平行或接近平行，或以點狀形式存在，針對這種情況，綜合使用圖3中的方式A、方式B和方式C即可，但該三種掃查方式對橫向裂紋等與焊縫軸線垂直（與聲束方向平行）的橫向缺陷無回波顯示，即無法被檢出。為能有效探出焊縫橫向裂紋應盡可能使聲束盡可能平行於焊縫。可用如下幾種掃查方式探測橫向裂紋：
2.2.1 騎縫掃查
如果焊縫較平滑或焊縫加強高已經打磨處理，探頭「騎」在焊縫上探測是檢查橫向裂紋的極為有效的方法，可採用在焊縫上直接掃查的方式，如圖3方式D所示。
2.2.2 斜平行掃查
若焊縫表面較為粗糙且不宜進行打磨處理，為探測出焊縫中的橫向裂紋，可用探頭與焊縫軸線成一個小角度或以平行於焊縫軸線方向移動掃查，如圖3方式E所示。 2.2.3 用雙探頭橫跨焊縫掃查法
將兩個斜探頭放在焊縫兩側，組成一發一收裝置，此時若焊縫中有橫向裂紋，發射的超聲波經反射後會被接收探頭接收從而檢出缺陷，如圖4所示。
圖4 雙探頭橫跨焊縫掃查法
該三種方法各有特點，斜平行掃查操作簡單、效率高、焊縫無需處理、耦合較好，但由於聲束方向與裂紋不能完全垂直而造成靈敏度不高；雙探頭橫跨焊縫掃查法操作精度要求高困難大、效率不高；騎縫掃查對焊縫表面要求較高，對埋弧焊或其他焊接方法但焊縫表面進過處理的焊縫，表面相對較平滑，能夠有效的耦合，該方法較為直接，且效率高，靈敏度高，所以在很多情況下「騎縫掃查」是首選。
2.3 掃查靈敏度
按照各項目業主所規定的標准調節。
3 橫向裂紋的判別
根據形狀，我們把缺陷分為點狀缺陷、線狀缺陷和面狀缺陷（裂紋、未熔合）。顯然，反射體形狀不同，超聲波反射特性必然存在一定的差異，反過來，通過分析反射波、缺陷位置、焊接工藝等信息，就可以推測缺陷的性質。
橫向裂紋具有較強的方向性，當聲束與裂紋垂直時，回波高度較大，波峰尖銳，探頭轉動時，聲束與裂紋角度變化，聲束能量被大量反射至其他位置而無法被探頭接收，回波高度急劇下降，這一特性是判定橫向裂紋的主要依據。
檢測過程中橫向裂紋的判別可以按以下步驟：
1）在掃查靈敏度下將探頭放在的焊縫縫上掃查（參考2.2節掃查方式）；
2）發現橫向顯示後，找到最高波，確定是否為缺陷回波；
3）定缺陷回波後，定出缺陷的具體位置，並在焊縫上做出標記；
4）探頭圍繞缺陷位置做環繞掃查（如圖5所示）；
圖5 環繞掃查示意圖 圖6 動態波形圖1
環繞掃查時回波高度基本相同，變化幅值不大，其動態波形如圖6所示，則可以判定其為點狀缺陷；若環繞掃查時其動態波形如圖7或圖8所示，結合靜態波形，可判斷為橫向裂紋，在條件允許的情況下可用同樣的方法到焊縫背面掃查確認。
圖7 動態波形圖2 圖8 動態波形圖3
5）若條件允許可打磨到裂紋深度，藉助磁粉檢驗（MT）進一步驗證。
圖9 橫向裂紋MT驗證
4 結論
超聲波探傷是檢出焊縫橫向裂紋的有效手段，尤其是厚壁焊縫，射線檢測靈敏度下降，難以發現其中的橫向裂紋。用超聲波檢測方法，選擇正確的參數、合適的掃查方式，掌握橫向裂紋的靜態和動態波形特點，能夠有效的判別橫向裂紋，這已舉措已經在海洋石油工程的各個項目中得到應用，並多次准確成功檢測出橫向裂紋，保證了多項工程質量。

③ 超聲波探傷標准

標准規定：對於圖紙要求焊縫焊接質量等級為一級時評定等級為Ⅱ級時規范規定要求做100%超聲波探傷；

對於圖紙要求焊縫焊接質量等級為二級時評定等級為Ⅲ級時規范規定要求做20%超聲波探傷；

對於圖紙要求焊縫焊接質量等級為三級時不做超聲波內部缺陷檢查。

探傷過程中，首先要了解圖紙對焊接質量的技術要求。鋼結構的驗收標準是依據GB50205- 2001《鋼結構工程施工質量驗收規范》來執行的。

(3)厚壁管超聲檢測方法擴展閱讀

在每次探傷操作前都必須利用標准試塊（CSK- IA、CSK- ⅢA）校準儀器的綜合性能，校準面板曲線，以保證探傷結果的准確性。

（1)探測面的修整：應清除焊接工作表面飛濺物、氧化皮、凹坑及銹蝕等，光潔度一般低於▽4。焊縫兩側探傷面的修整寬度一般為大於等於2KT+50mm， （K：探頭K值，T：工件厚度）；

一般的根據焊件母材選擇K值為2.5 探頭。例如：待測工件母材厚度為10mm，那麼就應在焊縫兩側各修磨100mm。

（2)耦合劑的選擇應考慮到粘度、流動性、附著力、對工件表面無腐蝕、易清洗，而且經濟，綜合以上因素選擇漿糊作為耦合劑。

（3)由於母材厚度較薄因此探測方向採用單面雙側進行

（4)由於板厚小於20mm所以採用水平定位法來調節儀器的掃描速度。

（5)在探傷操作過程中採用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態、定量、定位就是精探傷。使用鋸齒形掃查、左右掃查、前後掃查、轉角掃查、環繞掃查等幾種掃查方式以便於發現各種不同的缺陷並且判斷缺陷性質。

④ 超聲探傷的超聲探傷方法詳解

a.始脈波b.底脈波c.缺陷脈波
圖 超聲探傷
超聲波在傳播過程中，當遇到兩種不同介質的界面或不同密度的材料時，便會在交界面上發生折射或反射。反射式探傷法是利用超聲波在工件的傳播中，能分別在工件的內部缺陷及其背面發生反射，而反射回來的超聲波通過超聲波接收器後，又將聲波轉為電能，在熒光屏上顯示三者各自的波形圖，始脈波「a」位置即是工件的表面，是發射超聲波的起點，進入工件內部的超聲波與工件背面的波形圖即底脈波「b」之間。若無其他波形出現，則說明在該工件中未發現缺陷。反之，在始脈波與工件底脈波之間，若有其他波形出現，則說明工件內部缺陷，即缺陷脈波「c」。此時，可根據波峰的位置、大小與形狀，估算出工件缺陷的位置、大小與形狀。 (1)耦合劑的選擇。
探傷時，為了克服探頭與工件表面之間的空氣膜，使超聲波順利傳入工件，需要在工件表面塗耦合劑。對耦合
劑的要求，應符合下列幾點。
①透聲性良好，耦合介質的聲阻抗應高一些。
②對工件應無腐蝕作用，對後道工序無影響。
③流動性好，來源方便，價格低廉。
④對操作人員的健康無損害。
目前常用的耦合劑有機油和水等。
(2)探傷操作。
先將超聲探傷儀放在鋼板上，用探頭沿垂直於鋼板的軋制方向，作間距為100mm的平行線移動，並用水或機油作為耦合劑探傷。當監視到有缺陷波形出現時，還應在其兩側進行探查，以確定缺陷面積，並用顯示筆記錄在鋼板上。
(3)缺陷的判定。
①熒光屏上無底脈波而只有缺陷脈波的多次反射。
②熒光屏上缺陷脈波和底脈波同時存在。
③熒光屏上無底脈波而只有缺陷脈波的多個紊亂的缺陷脈波。 用於製造壓力容器殼體的碳素鋼和低合金鋼鋼板，凡符合下列條件之一的，必須進行超聲檢測。
①盛裝介質毒性程度為極度、高度危害的壓力容器。
②盛裝介質為液化石油氣且硫化氫含量大於100mg/L的壓力容器。
③最高工作壓力大於等於10MPa的壓力容器。
④GB150第2章和附錄C、GB151《管殼式換熱器》、GB12337《鋼制球形儲罐》及其他國家標准和行業標准中規定的必須進行超聲檢測的。
⑤移動式壓力容器。
鋼板的超聲檢測應按JB4730《壓力容器無損檢測》的規定進行。用於①、②、⑤所述容器的鋼板的合格等級應不低於Ⅱ級;用於③款所述容器的鋼板的合格等級應不低於Ⅲ級，用於④款所述容器的鋼板，合格等級應符合GB150、GB151或GB12337的規定。