T型接头与管座角接头焊缝超声波探伤技术

1 T型接头与管座角接头焊缝超声波探伤 姚志忠

1. T型接头与管座角接焊缝的结构形式

① T型接头类型：按JB/T4730-2005标准图24、图25和图26规定。

② 管座角接头焊缝按JB/T4730-2005标准图22和图23规定。

③ T型接头焊缝超声波探伤几个标准应用范围：

标准 适用厚度范围 适用T型接头类型 检测范围

T规 8～25mm，＞25～35mm时参照执行 Ⅰ类、Ⅱ类 T型接头及热影响区

JB/T7602-94 卧式内燃锅炉平管板与

炉胆或筒体T型接头 Ⅰ类K型坡口

Ⅲ类 T型接头及热影响区

GB11345-89 8～300mm Ⅰ类、Ⅱ类

内径大于200mm

的管座角焊缝 焊缝本身宽度加上两侧各相当于母材厚度30％区域

（最小10mm，最大20mm）

JB/T4730-2005 T型焊缝：6～50mm

管座角焊缝：8～300mm Ⅰ类、Ⅱ类

内径大于200mm

的管座角焊缝 焊缝本身宽度加上两侧各相当于母材厚度30％区域

（最小5mm，最大10mm）

JB3144-82 40～120mm 筒体内径≥800mm

接管内径≥200mm

接管外径≥250mm 焊缝两侧熔合线外5mm区域

及焊缝本身

2. 探伤仪、探头及系统性能

① 探伤仪：A型显示脉冲反射式探伤仪，推荐采用数字探伤仪。

要求：频率1～5MHz。

T 水平线性误差不大于1％。

垂直线性误差不大于5％。

其余：动态范围不小于26 dB。

衰减器精度：任意相邻12 dB误差≤1 dB，最大累计误差不超过1 dB。

衰减器总量80 dB以上，且连续可调，步进档级≤2dB。

采用数字式探伤仪的优点：

a. 可准确测出缺陷波声程，有利于区分缺陷波与非缺陷波，有利于判伤。

b. 缺陷深度和水平距离可随时转换，有利于定位。 2 c. 有利于准确测出缺陷本身高度和埋藏深度。

d. 可打印出缺陷回波图像及缺陷参数和检验报告，提供真实缺陷纪录数据。

e. 可储存数据，在复测时核查对比。

② 探头

探头晶片尺寸：园晶片直径≤14mm，方晶片任一边长≤13mm（T规规定）、≤16mm（GB/T7602规定）。

直探头和双晶直探头：盲区不大于5mm，双晶直探头声束交点应与翼板厚度相对应。

斜探头K值：规和GB/T7602规定：K＝1.0～2.5。

GB11345规定：板厚＜25mm，β＝70°（K2.5）

板厚在25～50mm，β＝60°（K2.5、K2.0）

板厚＞50mm，β＝45°（K1、K1.5）

JB/T4730和JB3144规定：

板厚8～25mm，K＝3.0～2.0（β＝72°～60°）

＞25～46mm，K＝2.5～1.5（β＝68°～56°）

＞46～120mm，K＝2.0～1.0（β＝60°45°）

实际探伤时斜探头要求：

前沿不应过大，一般取≤10mm。

对根部未焊透等缺陷，尽量选用K1探头。

探测频率：板厚δ＞25mm时采用2.5MHz。

16mm＜δ≤25mm时采用2.5MHz较好，也可用5 MHz。

δ≤16mm时应采用5MHz。

③ 系统性能

灵敏度余量：系统有效灵敏度必须大于评定灵敏度10dB以上。

远场分辨力：斜探头Z≥6dB。

直探头X≥30dB。

3. 试块：

① CSK-ⅠA 测定仪器、探头及系统性能。

② CSK-ⅢA（Φ1×6短横孔）调节扫描线比例、灵敏度，绘制距离－波幅曲线。

③ RB-T（Φ2×40长横孔）T规推荐，与CSK-ⅢA作用相同。

④ RB-Z（平底孔Φ2、Φ3、Φ4）直探头或双晶直探头对比试块。

⑤ 当探伤面曲率半径小于或等于42W时，（W–探头接触宽度），应采用与探伤面曲率相同对比试块。 3 4. 耦合剂：（T规和JB/T7602已作出规定）

① 推荐采用机油、甘油、浆糊，使用温度≤50℃。

② 试块上调节仪器和产品上检测应采用相同耦合剂。

5. 检测面与扫查范围

检测面和扫查范围确定的原则有两点，一是确保声束入射方向尽量与所欲检测的主要缺陷垂直，二是声束的扫查范围必须确保扫查到T型接头焊缝和管座角接焊缝的全体积及热影响区范围。为此，必须合理选择探测面和斜探头的入射角度。

① T型接头焊缝的检测面和斜探头K值

第一种检测方法：用一种K值（K1或K2）的斜探头在JB/T4730-2005图24、25和26所示翼板外侧位置1利用直射波作单面双侧探伤，当发现缺陷后再用另一种K值探头作进一步复查，确定缺陷方向、位置和埋藏尺寸。

第二种检测方法：用直探头或双晶直探头在JB/T4730-2005图24、25和26所示位置3检测焊缝与翼板间未焊透或未熔合，翼板侧面焊缝下层状撕裂及焊缝中其它缺陷。

第三种检测方法：用斜探头在JB/T4730-2005图24、25和26所示的腹板上位置2和位置4利用直射波和反射波（一、二次波）进行探测，可探测根部和中间未焊透，腹板侧未熔合及焊缝中其它缺陷。当腹板厚度大于25mm时，可用K1和K2探头联合探测，当腹板厚度小于或等于25mm时，可用K1和K2.5探头联合探测。

对根部未焊透和腹板侧未熔合及热影响区裂纹等缺陷，用K1探头效果较好，当一次波探不到焊缝根部时，可适当增加探头K值或减小探头前沿距离。

在实际探测时，可选用第一种探测方法为主，并辅以第二种探测方法为辅进行联合探测，也可选用第三种探测方法为主并辅以第二种探测为辅进行联合探测。

② 管座角接头焊缝的检测面和斜探头K值

a. 插入式管座角焊缝检测方法：按JB/T4730-2005图22所示，采用直探头在接管内壁于位置1进行探测；采用斜探头在筒体外壁位置2利用一次波与二次波进行探测；对厚壁筒体也可在筒体内壁探测；采用斜探头在接管内壁位置3利用一次波进行探测，也可喜爱接管外侧利用二次波探测。斜探头K值可根据板厚选择，当板厚小于或等于20mm时可选用K1和K2.5联合探测，当板厚大于20mm时可选用K1和K2联合探测。

b. 安放式管座角焊缝如JB/T4730-2005图23所示，按下列方法探伤：

采用直探头在筒体内壁于位置1进行探测，采用斜探头在接管外侧利用二次波于 4 位置2利用一次波与二次波进行探测；对厚壁筒体也可在接管外侧利用二次波探测。斜探头K值可根据板厚选择，当板厚小于或等于20mm时可选用K1和K2.5联合探测，当板厚大于20mm是可选用K1和K2联合探测。

③ 探测面宽度

斜探头在翼板外侧位置1探测，筒体移动区P1为：P1≥K（T＋δ）＋t。

式中：K——斜探头K值

T——翼板厚度（mm）

δ——焊缝宽度（腹板厚度方向mm）

t——腹板厚度（mm）

斜探头在腹板两面作单侧单面探测，筒体移动区P2为：P2≥2Kt＋δ

式中：δ——焊缝宽度（翼板厚度方向mm）

直探头或双晶直探头在翼板面扫查时，筒体移动区为焊缝轮廓线之间区域。

6. 关于扫描线比例

① T型接头焊缝探伤扫描线比例调节：

当板厚小于或等于25mm时，扫描线比例利用CSK-ⅢA试块推荐按深度2:1，水平2:1或水平1:1调节。当板厚大于25mm时，扫描线比例利用CSK-ⅢA试块推荐深度1:1调节。

② 管座角焊缝探伤扫描线比例调节：

直探头探伤时，可利用工件上或试块上已知尺寸的底面回波来调整适当比例。斜探头探伤时，为有利于对缺陷判断，推荐声程比例法，即利用CSK-ⅠA或ⅡW2试块按声程比例调节，使最大探测声程位于探伤仪扫描线上第6～8格之间。

7. 关于检测灵敏度

T型接头和管座角接头焊缝超声波探伤时，检测灵敏度应根据所探产品规定执行的标准要求调节。

JB/T4730-2005标准规定斜探头按表19和表20规定。直探头按表21（管座角焊缝）和表22(T型接头)规定。

JB/T7602-94规定：用CSK-ⅢA，不用RB-T。

评定线Φ1×6－12dB

定量线Φ1×6－6dB

判废线Φ1×6＋2dB

T规规定：CSK-ⅢA和RB-T用途相同，其原因为：

① 两者反射体类型不同，RB-T为Φ2×30长横孔，CSK-ⅢA为Φ1×6短横孔，两者灵敏度 5 不相等。

② 两者距离－波幅曲线规律不同：

RB-T的Φ2×30长横孔遵循30lgX即（9 dB）距离－波幅曲线规律。CSK-ⅢA的Φ1×6短横孔在近场遵循30lgX即（9 dB）长横孔距离－波幅规律，在远场遵循平底孔40lgX即（12 dB）的距离－波幅曲线规律。

③ 两者的检测对象不同

RB-T控制未焊透等线状缺陷为主。

CSK-ⅢA控制点状缺陷为主，也可控制线状缺陷，对中厚板灵敏度偏高。

当探测曲面工件按下列办法执行：

ⅰ. 如图1所示，当探头与曲面工件接触面最大尺寸W及曲面工件直径D满足下式时，可按平板工件要求进行探测，一般可不必进行检测灵敏度曲面修正。

a. 一般要求时：

W＜D2 (1)

式中：W——探头与工件接触面最大尺寸，对直探头为探头直径（此时晶片尺寸比此值还要小），对斜探头，当作筒体纵向探测时为筒体宽度，作周向探测时为筒体接触面长度；

D——工件直径，在外部探测时为工件外径，内部探测时为工件内径。此时，筒体接触面与工件最大间隙h≤0.5mm。其耦合效果约为平板工件的50％左右。

（1）式推导为：设R为曲面半径（探头在内部探为内半径，探头在外部探为外半径），则R＝2D。

由图得R2＝（2W）2＋（R－h）2

得R2＝42W＋R2－2Rh－h2

当h＝0.5时得R2＝42W＋0.25＝42W

即W＝D2

当W≤D2或R≥42W时

可满足检测要求，故JB/T4730-2005等标准均运用这一结果。此时一般 6 不必进行修正，如要精确探伤，还可比平板试块提高3dB左右灵敏度。

图1探头与曲面工件接触示意图

b. 较高要求式

W≤D221 (2)

此时探头接触面与工件最大间隙h≤0.06mm，其耦合效果约为平板工件的80％左右。

（2）式中推导与（1）式相同，只要取h＝0.06mm即可求得，此时可不必进行灵敏度修正。

ⅱ. 当探头接触面尺寸与工件直径不能满足式（1）和式（2）时，就应采用曲面试块调节探伤条件。

a．直探头探伤，曲面试块的探头接触面曲率半径应与工件曲率半径相同，材质也应相同。试块反射体按所执行的标准要求。

b. 斜探头探伤曲面试块材质和曲率半径与工件相同。其反射体可为离探测面一定深度h的Φ2横孔。

此时斜探头入射点可在任一标准试块90°棱角上测试。斜探头折射角可按图2所示方法测试。

图2 斜探头用曲面试块测定折射角