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奥氏体不锈钢管焊接过程中焊缝质量的超声波检测


奥氏体不锈钢管广泛应用于核、石油、化工等行业,其焊缝质量直接影响特种承压设备(锅炉、压力容器、压力管道)的安全。焊缝失效会引起爆炸、燃烧、环境污染等重大事故,给国家和人民财产造成巨大损失,甚至严重危及人民生命。目前,国内外对于小口径薄壁奥氏体不锈钢管对接焊缝质量的超声波检测尚无专门的标准和规范。实际检测主要采用和依赖碳钢管无损检测技术或各种企业检测程序。对于超声波焊接质量检测工艺和大口径厚壁奥氏体不锈钢管的实施,国内不同行业不同,整体水平较低,检测效果较差。这种情况对奥氏体不锈钢管焊缝的检验和试验非常不利。

对于小口径奥氏体不锈钢管,由于其焊接结构不均匀、壁薄、弯曲大等原因,目前进行超声波探伤非常困难,尚无有效的超声波探伤方法。为此,迫切需要开发一种针对奥氏体不锈钢管焊缝的超声波检测方法和工艺,以提高管道焊缝缺陷的检出率和检测精度,大大提高检测效率,降低检测成本。

一般在不同材质的不锈钢管中存在三种不同的线弹性波,可以沿一定方向向前传播。这三种波一般不是单一模式,因为每一种波都有平行于法向波和垂直于法向波的质点位移分量。一个组件通常比另一个大得多。平行分量较大的波称为“准纵波”,垂直分量较大的波称为“准横波”。在各向同性材料中,所有传播模式都是单一模式:粒子的位移平行于波法线或垂直于波法线。两个准模态退化为纯模态。

能量通量矢量对于弹性波在各向异性材料中的传播也很重要。与各向同性材料的情况不同,单位时间和单位面积的能量流动方向(感知向量)不一定与同一波的法线重合。换句话说,即使超声波束垂直于人,它也可以被折射。

当超声波在各向异性介质中向前传播时,存在线弹性波。但是,这种线弹性波既不是纯纵波,也不是纯横波,而是第三种波形,即不同性质的线弹性波的混合波。更准确地说,在各向异性材料中,从这个超声波束反射到单个缺陷的回波在超声波探伤仪的屏幕上显示时是一共粘波,一般是三个波。 一定有一个波的幅度要大得多与其他两波相比。

在充分考虑超声波束对奥氏体不锈钢管壁内表面几何效应的前提下,采用双晶聚焦法制成的探头最大直径可超过32mm159mm,壁厚可达3.520mm 钢管壁内表面对超声波束的几何效应有不利影响。

特制探头可有效检测小口径管子切割尖端的缺陷,特制双玻边测量精度高。在测试中,检测到的外表面缺陷的深度误差小于内表面缺陷的测量误差。小口径不锈钢管的曲率和厚度会影响测量的准确性。曲率越小,厚度越大,测量精度越高。不锈钢焊缝晶体较厚,缺陷回波附近有多个草状回波,但缺陷回波在检测图上仍能清晰区分,检测灵敏度高。

试验证实,这种用于奥氏体不锈钢管对接焊检测的专用探头具有以下特点:

(1)专用探头用于检测的超声波束在工件上的折射角大,便于超高薄壁焊缝的超声波检测。

(2) 专用探头与超声波检测器结合,具有综合高灵敏度。它可以检测回波清晰、杂波少、信噪比高的奥氏体不锈钢管焊缝缺陷。

(3)专用探头发射的检测光束在不锈钢管上具有良好的指向性,缺陷定位方便。

(4)管件弧度较大时,被测距离的幅度曲线更平滑,便于缺陷的量化。


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