厚壁管超声检测方法

① 无缝钢管是如何检测的

参考资料：无缝钢管质量检验方法：1．化学成分分析：化学分析法、仪器分析法（红外C—S仪、直读光谱仪、zcP等）。 ①红外C—S仪：分析铁合金，炼钢原材料，钢铁中的C、S元素。 ②直读光谱仪：块状试样中的C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni、Cn、A1、W、V、Ti、B、Nb、As、Sn、Sb、Pb、Bi ③N—0仪：气体含量分析N、O 2．钢管几何尺寸及外形检查： ①钢管壁厚检查：千分尺、超声测厚仪，两端不少于8点并记录。 ②钢管外径、椭圆度检查：卡规、游标卡尺、环规，测出最大点、最小点。 ③钢管长度检查：钢卷尺、人工、自动测长。 ④钢管弯曲度检查：直尺、水平尺（1m）、塞尺、细线测每米弯曲度、全长弯曲度。 ⑤钢管端面坡口角度和钝边检查：角尺、卡板。 3．钢管表面质量检查：100% ①人工肉眼检查：照明条件、标准、经验、标识、钢管转动。 ②无损探伤检查： a. 超声波探伤UT： 对于各种材质均匀的材料表面及内部裂纹缺陷比较敏感。 标准：GB/T 5777-1996 级别：C5级 b. 涡流探伤ET：（电磁感应） 主要对点状（孔洞形）缺陷敏感。 标准：GB/T 7735-2004 级别：B级 c. 磁粉MT和漏磁探伤： 磁力探伤，适用于铁磁性材料的表面和近表面缺陷的检测。 标准：GB/T 12606-1999 级别： C4级 d. 电磁超声波探伤： 不需要耦合介质，可以应用于高温高速，粗燥的钢管表面探伤。 e. 渗透探伤： 荧光、着色、检测钢管表面缺陷。 4．钢管理化性能检验： ①拉伸试验：测应力和变形，判定材料的强度（YS、TS）和塑性指标（A、Z） 纵向，横向试样 管段、弧型、圆形试样（￠10、￠12.5） 小口径、薄壁 大口径、厚壁 定标距。 注：试样断后伸长率与试样尺寸有关 GB/T 1760 ②冲击试验：CVN、缺口C型、V型、功J 值J/cm2 标准试样10×10×55（mm） 非标试样5×10×55（mm） ③硬度试验：布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV等 ④液压试验：试验压力、稳压时间、 p=2Sδ/D 5．钢管工艺性能检验： ①压扁试验：圆形试样 C形试样（S/D>0.15） H=（1+2）S/（∝+S/D） L=40～100mm 单位长度变形系数=0.07～0.08 ②环拉试验：L=15mm 无裂纹为合格 ③扩口和卷边试验：顶心锥度为30°、40°、60° ④弯曲试验：可代替压扁试验（对大口径管而言） 6．钢管金相分析： ①高倍检验（微观分析）：非金属夹杂物100x GB/T 10561 晶粒度：级别、级差 组织：M、B、S、T、P、F、A-S 脱碳层：内、外 A法评级：A类-硫化物 B类-氧化物 C类-硅酸盐 D-球状氧化 DS类 ②低倍试验（宏观分析）：肉眼、放大镜10x以下 a. 酸蚀检验法、 b. 硫印检验法（管坯检验，显示低培组织及缺陷，如疏松、偏析、皮下气泡、翻皮、白点、夹杂物等。 c. 塔形发纹检验法：检验发纹数量、长度及分布。

② 简述使用超声波探伤判断金属内部裂纹的方法

钢结构在现代工业中占有重要地位，更是海洋石油行业重要的基础设施，在国民经济和社会发展中起到十分重要的作用。钢结构在建造焊接过程中受到各种因素的影响，难免产生各种缺陷，甚至是裂纹等危害性较大的缺陷，若在建造过程中不及时发现并将其移除，将可能发生重大突发事件，甚至危及生命安全。因此，无损检测在建造环节中尤为重要，目前常用的无损检测方法有：射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等，而超声波检测由于其效率高、灵敏度高、无辐射无污染等优点，在海洋钢结构的建造中得到广泛的应用。
1 超声波检测基础
超声检测是指超声波与工件相互作用，就反射、透射和散射波进行研究，对工件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。
1.1 超声波检测原理
利用超声波对材料中的宏观缺陷进行探测，依据的是超声波在材料中传播时的一些特性，如：声波在通过材料时能量会有损失，在遇到两种介质的分界时，会发生反射等等，其工作原理是：
1）用某种方式向被检试件中引入或激励超声波；
2）超声波在试件中传播并与其中的物体相互作用，其传播的方向或特征会被改变；
3）改变后的超声波又通过检测设备被检测到，并可对其处理和分析；
4）根据接收的超声波的特征评估试件本身及其内部存在的缺陷特征。
通常用以发现缺陷并对缺陷进行评估的基本信息为：
1）来自材料内部各种不连续的反射信号的存在及其幅值；
2）入射信号与接收信号之间的传播时间；
3）声波通过材料以后能量的衰减。
图1 超声检测示意图
1.2 超声波检测的优点和局限性
1.2.1 优点
与其他无损检测方法相比，超声检测方法的主要优点有：
（1）适用于金属、非金属、复合材料等多种材料的无损评价。
（2）穿透能力强，可对较大厚度范围的试件内部缺陷进行检测，可进行整个试件体积的扫查。
（3）灵敏度高，可检测到材料内部很小的缺陷。
（4）可较准确的测出缺陷的深度位置，这在很多情况下世十分必要的。
（5）设备轻便，对人体和环境无害，可作现场检测。
1.2.2 局限性
（1）由于纵波脉冲反射法存在盲区，和缺陷取向对检测灵敏度的影响，对位于表面和近表面的某些缺陷常常难以检测。
（2）试件形状的复杂性，如不规则形状，小曲率半径等，对超声波检测的课实施性有较大影响。
（3）材料的某些内部结构，如晶粒度，非均匀性等，会使灵敏度和信噪比变差。
2 横向裂纹检验
横向裂纹不仅给生产带来困难，而且可能带来灾难性的事故。裂纹焊接中最危险的缺陷之一，他严重削弱了工件的承载能力和腐蚀能力，即使不太严重的裂纹，由于使用过程中造成应力集中，成为各种断裂的断裂源。正因为裂纹有如此大的危害性，像JB/T 4730， GB 11345，AWS D1.1， API RP 2X等国内外各大标准中都有“裂纹不可接受”等类似描述。而超声波检测对缺陷性质判定没有射线检测直观，如果检测方法不当等原因造成横向裂纹的漏检或误判，其都有不良结果：若把其他缺陷判为横向裂纹造成不必要的返修，进而影响材料韧性等性能；把裂纹判为点状缺陷放过，则工程就存在较大的安全隐患。所以正确选择探测方法和对回波特性分析，对横向裂纹的超声波检测尤为重要。
2.1 探头角度的选择
纵波直探头：横向裂纹属面状缺陷，一般和探测面垂直，而0°直探头适用于发现与探测面平行的缺陷，所以直探头不能有效的探测出横向裂纹。
横波斜探头：对同一缺陷，70°和60°探头声程较大，声波能量由于被吸收和散射造成衰减严重，尤其只在检测母材厚度较大的焊缝时，回波高度较低，对发现缺陷波和波形分析不利，进而影响是否为横向裂纹的判定。而45°探头具有声束集中、声程短衰减小，声压往复透射率高的特点，所以选用45°探头具有良好的效果。图2是70°，60°和45°探头在相同的基准灵敏度的前提下，对同一横向裂纹的回波比较：
（a）70°探头回波 （b）60°探头回波
（c）45°探头回波
图2 70°，60°和45°探头对同一横向裂纹的回波
2.2 横向裂纹的扫查
图3 焊缝UT扫查方式平面图
常见的焊接缺陷（如夹渣、未熔合、未焊透等）大多与焊缝轴线平行或接近平行，或以点状形式存在，针对这种情况，综合使用图3中的方式A、方式B和方式C即可，但该三种扫查方式对横向裂纹等与焊缝轴线垂直（与声束方向平行）的横向缺陷无回波显示，即无法被检出。为能有效探出焊缝横向裂纹应尽可能使声束尽可能平行于焊缝。可用如下几种扫查方式探测横向裂纹：
2.2.1 骑缝扫查
如果焊缝较平滑或焊缝加强高已经打磨处理，探头“骑”在焊缝上探测是检查横向裂纹的极为有效的方法，可采用在焊缝上直接扫查的方式，如图3方式D所示。
2.2.2 斜平行扫查
若焊缝表面较为粗糙且不宜进行打磨处理，为探测出焊缝中的横向裂纹，可用探头与焊缝轴线成一个小角度或以平行于焊缝轴线方向移动扫查，如图3方式E所示。 2.2.3 用双探头横跨焊缝扫查法
将两个斜探头放在焊缝两侧，组成一发一收装置，此时若焊缝中有横向裂纹，发射的超声波经反射后会被接收探头接收从而检出缺陷，如图4所示。
图4 双探头横跨焊缝扫查法
该三种方法各有特点，斜平行扫查操作简单、效率高、焊缝无需处理、耦合较好，但由于声束方向与裂纹不能完全垂直而造成灵敏度不高；双探头横跨焊缝扫查法操作精度要求高困难大、效率不高；骑缝扫查对焊缝表面要求较高，对埋弧焊或其他焊接方法但焊缝表面进过处理的焊缝，表面相对较平滑，能够有效的耦合，该方法较为直接，且效率高，灵敏度高，所以在很多情况下“骑缝扫查”是首选。
2.3 扫查灵敏度
按照各项目业主所规定的标准调节。
3 横向裂纹的判别
根据形状，我们把缺陷分为点状缺陷、线状缺陷和面状缺陷（裂纹、未熔合）。显然，反射体形状不同，超声波反射特性必然存在一定的差异，反过来，通过分析反射波、缺陷位置、焊接工艺等信息，就可以推测缺陷的性质。
横向裂纹具有较强的方向性，当声束与裂纹垂直时，回波高度较大，波峰尖锐，探头转动时，声束与裂纹角度变化，声束能量被大量反射至其他位置而无法被探头接收，回波高度急剧下降，这一特性是判定横向裂纹的主要依据。
检测过程中横向裂纹的判别可以按以下步骤：
1）在扫查灵敏度下将探头放在的焊缝缝上扫查（参考2.2节扫查方式）；
2）发现横向显示后，找到最高波，确定是否为缺陷回波；
3）定缺陷回波后，定出缺陷的具体位置，并在焊缝上做出标记；
4）探头围绕缺陷位置做环绕扫查（如图5所示）；
图5 环绕扫查示意图 图6 动态波形图1
环绕扫查时回波高度基本相同，变化幅值不大，其动态波形如图6所示，则可以判定其为点状缺陷；若环绕扫查时其动态波形如图7或图8所示，结合静态波形，可判断为横向裂纹，在条件允许的情况下可用同样的方法到焊缝背面扫查确认。
图7 动态波形图2 图8 动态波形图3
5）若条件允许可打磨到裂纹深度，借助磁粉检验（MT）进一步验证。
图9 横向裂纹MT验证
4 结论
超声波探伤是检出焊缝横向裂纹的有效手段，尤其是厚壁焊缝，射线检测灵敏度下降，难以发现其中的横向裂纹。用超声波检测方法，选择正确的参数、合适的扫查方式，掌握横向裂纹的静态和动态波形特点，能够有效的判别横向裂纹，这已举措已经在海洋石油工程的各个项目中得到应用，并多次准确成功检测出横向裂纹，保证了多项工程质量。

③ 超声波探伤标准

标准规定：对于图纸要求焊缝焊接质量等级为一级时评定等级为Ⅱ级时规范规定要求做100%超声波探伤；

对于图纸要求焊缝焊接质量等级为二级时评定等级为Ⅲ级时规范规定要求做20%超声波探伤；

对于图纸要求焊缝焊接质量等级为三级时不做超声波内部缺陷检查。

探伤过程中，首先要了解图纸对焊接质量的技术要求。钢结构的验收标准是依据GB50205- 2001《钢结构工程施工质量验收规范》来执行的。

(3)厚壁管超声检测方法扩展阅读

在每次探伤操作前都必须利用标准试块（CSK- IA、CSK- ⅢA）校准仪器的综合性能，校准面板曲线，以保证探伤结果的准确性。

（1)探测面的修整：应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等，光洁度一般低于▽4。焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为大于等于2KT+50mm， （K：探头K值，T：工件厚度）；

一般的根据焊件母材选择K值为2.5 探头。例如：待测工件母材厚度为10mm，那么就应在焊缝两侧各修磨100mm。

（2)耦合剂的选择应考虑到粘度、流动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗，而且经济，综合以上因素选择浆糊作为耦合剂。

（3)由于母材厚度较薄因此探测方向采用单面双侧进行

（4)由于板厚小于20mm所以采用水平定位法来调节仪器的扫描速度。

（5)在探伤操作过程中采用粗探伤和精探伤。为了大概了解缺陷的有无和分布状态、定量、定位就是精探伤。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式以便于发现各种不同的缺陷并且判断缺陷性质。

④ 超声探伤的超声探伤方法详解

a.始脉波b.底脉波c.缺陷脉波
图 超声探伤
超声波在传播过程中，当遇到两种不同介质的界面或不同密度的材料时，便会在交界面上发生折射或反射。反射式探伤法是利用超声波在工件的传播中，能分别在工件的内部缺陷及其背面发生反射，而反射回来的超声波通过超声波接收器后，又将声波转为电能，在荧光屏上显示三者各自的波形图，始脉波“a”位置即是工件的表面，是发射超声波的起点，进入工件内部的超声波与工件背面的波形图即底脉波“b”之间。若无其他波形出现，则说明在该工件中未发现缺陷。反之，在始脉波与工件底脉波之间，若有其他波形出现，则说明工件内部缺陷，即缺陷脉波“c”。此时，可根据波峰的位置、大小与形状，估算出工件缺陷的位置、大小与形状。 (1)耦合剂的选择。
探伤时，为了克服探头与工件表面之间的空气膜，使超声波顺利传入工件，需要在工件表面涂耦合剂。对耦合
剂的要求，应符合下列几点。
①透声性良好，耦合介质的声阻抗应高一些。
②对工件应无腐蚀作用，对后道工序无影响。
③流动性好，来源方便，价格低廉。
④对操作人员的健康无损害。
目前常用的耦合剂有机油和水等。
(2)探伤操作。
先将超声探伤仪放在钢板上，用探头沿垂直于钢板的轧制方向，作间距为100mm的平行线移动，并用水或机油作为耦合剂探伤。当监视到有缺陷波形出现时，还应在其两侧进行探查，以确定缺陷面积，并用显示笔记录在钢板上。
(3)缺陷的判定。
①荧光屏上无底脉波而只有缺陷脉波的多次反射。
②荧光屏上缺陷脉波和底脉波同时存在。
③荧光屏上无底脉波而只有缺陷脉波的多个紊乱的缺陷脉波。 用于制造压力容器壳体的碳素钢和低合金钢钢板，凡符合下列条件之一的，必须进行超声检测。
①盛装介质毒性程度为极度、高度危害的压力容器。
②盛装介质为液化石油气且硫化氢含量大于100mg/L的压力容器。
③最高工作压力大于等于10MPa的压力容器。
④GB150第2章和附录C、GB151《管壳式换热器》、GB12337《钢制球形储罐》及其他国家标准和行业标准中规定的必须进行超声检测的。
⑤移动式压力容器。
钢板的超声检测应按JB4730《压力容器无损检测》的规定进行。用于①、②、⑤所述容器的钢板的合格等级应不低于Ⅱ级;用于③款所述容器的钢板的合格等级应不低于Ⅲ级，用于④款所述容器的钢板，合格等级应符合GB150、GB151或GB12337的规定。