压力容器对接焊缝超声波的探讨范文

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摘要：

压力容器被广泛应用于能源工业和科研领域，焊接检测方法也受到重视。本文以超声波探伤为例，论述了这一方法的检测原理和方法，提出了应用过程中应用注意的要点，以期提高检测工作效率和检测精度。

关键词：

压力容器；超声波探伤；检测方法；

压力容器包含承受压力的壳体、不同连接件和密封件，现已被广泛应用于石油化工、科研和军工行业，也对压力容器的质量提出了较高的要求，压力容器生产过程中必须严格遵循国家行业规定。焊接工作是压力容器的重要加工程序，压力容器的质量与焊接有着直接的关系，因此焊接质量的检测也成为重点。随着科学技术的发展和进步，超声波探伤方法在焊接检测中获得了广泛的应用[1]。超声波探伤方法可以检测较大厚度范围内的工件的内部缺陷，应用过程十分简便，成本较低，不会对人体造成危害，且检测的灵敏度较高，缺陷定位十分准确，至今已成为压力容器生产中的重要检测方法。

1压力容器

压力容器主要借助焊接工艺组装，焊接工作成为压力容器生产过程中的重要环节，压力容器中的受压部件和承载压力的壳体部分焊接过程中应用全焊透的对接接头。针对压力容器内部缺陷而言，主要包含裂纹、气孔、夹渣、未熔合、未焊透几种。裂纹一般分为热裂纹和冷裂纹，主要是在熔焊冷却过程中因为应力变化产生，会严重影响到压力容器的静拉力和冲击载荷；气孔主要分为密集气孔、单一气孔和链状气孔几种，主要形成原因是在焊接过程中由于气体没有及时溢出，金属内部和表面形成空穴，气孔问题将会减少焊缝的有效工作截面，降低接头强度；夹渣问题主要分为非金属夹渣和金属夹渣两种，主要形成原因是在冷凝过程中没有及时排出熔渣，一部分熔渣留在焊缝中形成夹渣，严重影响到压力容器的力学性能，夹渣的数量越多，影响程度越大；未焊透问题主要分为根部未焊透和中间部分未焊透问题，主要原因是在焊接过程中母材之间存在局部未熔合问题，该类问题对应力集中分布十分敏感，影响压力容器的强度和疲劳。

2超声波探伤

2.1探伤原理和主要设备在均匀的材料中如果存在缺陷，将导致材料不连续，不连续材料将会导致声阻抗出现较大的差异，结合反射定理可以知道，超声波在不同声阻抗接触的交界面上发生反射，反射回的能量大小和交界面的声阻抗大小有着直接的联系，因此可以应用超声波反射回的能量大小判断出材料中的缺陷位置。检测方法应用过程中主要应用超声波探伤仪，该种设备主要是应用超声波的传播原理、声电转换原理和无线电原理设计制作，超声波探头是其中最重要的部分之一。超声波探头可以实现声信号与电信号之间的转换，一般也被称为超声波换能器。应用超声波方法探伤，探伤仪及时发出超声波频率的电振荡脉冲，探头会将电振荡脉冲转换为机械振动，将振动信号以超声波的形式发射出去，被检测工件会接收振动信号，之后工件及时将信号反射回去，探头将反射的振动信号转换为电信号，电信号经过超声波探伤仪的放大器放大，及时将信号显示出来，便于判断工件焊接中的问题[2]。

2.2应用过程

2.2.1探伤准备第一，修正探测面。及时清除探测面上的氧化皮、油垢和焊接飞溅，探头移动区域内检测面应有良好的声耦合，一次反射波法的检测宽度为2.5KT，直射波法为1.5KT，其中K表示探头的斜率，T表示母材厚度。第二，测定斜探头的入射点和斜率。在对接焊缝内部缺陷检测的过程中一般应用斜探头，先必须测出斜探头的入射点和斜率K。斜探头的入射点一般为声束轴线和探头楔块底面的交点，斜探头的斜率K一般为声束与板中折射角的正切值。检测过程中对缺陷的定位精度直接受到斜探头的入射点和斜率影响，由于制造和磨损的原因，标称值与实际值之间可能存在一定的误差，因此必须在每次焊缝检测之前都要进行测定。第三，绘制距离和波幅曲线。距离-波幅曲线应用的探头和设备需要以材料上的实测数据为基础，曲线中主要包含评定线、判废线和定量线等信息。

2.2.2现场探伤被检工件的焊缝和表面经过外观检查合格后可以应用超声波探伤检测方法，探伤检测之前，工作人员明确被检工件的材质、曲率、厚度、焊缝类型和焊接方法等，如果试块表面的耦合损失和材质衰减情况与被检工件不同，需要相应对探伤的灵敏度进行补偿。

2.3超声波探伤操作要点

2.3.1探头的应用在焊缝两侧涂刷耦合剂，工程检测中常用的耦合剂有甘油、浆糊、水等。在检测过程中，要保持探头在工件表面平稳移动及耦合良好，所以在手持探头时，在上部要有一定的压力使其贴合，同时夹持探头移动进行扫查。扫查速度与探头的有效直径及仪器的重复频率有关，焊缝的手工检测，扫查速度一般在150mm/s以下，相邻探头的移动区域需要保证有15%以上的覆盖区域[3]。

2.3.2扫查过程在检测缺陷的过程中，保证斜探头与焊缝中心线检测面垂直，之后进行锯齿形扫查，同时保证焊接接头的截面在探头前后移动的范围内，在探头垂直移动的过程中还需要做出10~15°的左右转动，图1为扫描轨迹示意。为了便于及时观察材料缺陷的动态波形，分辨出缺陷信号，确定工件的缺陷位置和形状，一般将左右扫查方式、转角扫查方式和环绕扫查方式结合起来[4]。在扫查过程中，由于探头的前后移动和左右移动导致探头在被测工件表面的运动轨迹为锯齿形，探头前后移动和左右移动的距离必须在相同方向覆盖区域的10%~20%。在初步扫查发现可能存在缺陷后，先用前后、左右扫查找到缺陷的最大回波，以此作为一个基准点，然后用前后扫查确定缺陷水平距离或深度，用左右扫查确定缺陷沿焊缝方向的长度，用转角扫查推断缺陷方向，用环绕扫查大致推断缺陷形状。

3结束语

随着科学技术的发展，超声波探伤技术在压力容器制造、使用中的应用越来越广泛，提高了生产效率和设备的安全性。在检测过程中重点是根据不同的材料、焊缝型式、厚度等参数，选择合适的检测面、仪器、探头和扫查方法。在检测中，要从人员、设备器材、技术文件、检测程序、检测环境几方面加强质量控制，保证产品质量和安全性能。

参考文献：

[1]夏智.对厚壁压力容器超声波周向检测工艺的分析[J].压力容器,2015,25(9):161.

[2]徐丽洁,高小青,徐时恩等.大型压力容器的超声波无损检测[J].中国科技纵横,2015,26(16):192.

[3]王辉.钢制压力容器焊缝内裂纹的超声波检测技术[J].焊接,2014,12(4):130.

[4]胡效东,刘宪福,姜蓉,张景坡.对接焊缝超声波辅助探伤机器人研制[J].现代制造技术与装备,2015,No.22502:65-68.

作者：周修立 单位：广东省特种设备检测研究院汕头检测院