CN109374755B - 不锈钢油管焊缝的超声波检测方法及标准试块 - Google Patents
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Abstract
本发明不锈钢油管焊缝的超声波检测方法及标准试块，标准试块通过第一试段中的两个弧面和第二试段中两个圆柱能对现有电厂油管路不锈钢油管的规格Φ18×2、Φ25×2.5、Φ25×3、Φ57×3.5mm实现覆盖，因此可以最大程度按照实际不锈钢油管尺寸进行仪器调试；标准试块的底面为平面，调试时稳固，设置的用于测试的横孔6便于标准试块的整体加工，保证探伤灵敏度和对缺陷的准确定位。通过标准试块对超声波探伤仪进行标定，从而能够保证其能够适用于不修改油管的焊缝检测，弥补了壁厚2mm～10mm的奥氏体不锈钢油管焊缝的超声波探伤技术，同时可以获得更接近实际被检工件的相关参数，使探伤灵敏度和缺陷判伤更加准确灵敏。
Description
技术领域
本发明涉及超声波无损探伤检测装置，具体为不锈钢油管焊缝的超声波检测方法及标准试块。
背景技术
火力发电厂油循环系统通常采用薄壁中、小管径不锈钢管，这些不锈钢管一般承受压力为25MPa、壁厚为2mm～5mm左右，采用氩弧焊方式对接。但由于焊缝焊接质量不佳，曾多次发生油管开裂造成被迫停机，甚至油泄露后酿成火灾造成设备及人员伤亡的事故，如某热电厂机组主油箱入口焊缝开裂漏油发生火灾，其事故原因是由于焊接未使用氩弧焊焊接、焊接强行对口、焊缝质量不合格等原因造成。目前这类焊口的焊接质量通常采用射线检测和着色检测两种方法检测；若采用射线检测，常由于操作空间受限，造成很多焊缝检测不到位，且射线检测工作量大，劳动强度高，检测效率低，防护要求高，检测费用也较高；若采用着色检测，其只能检测外表面缺陷，对于内部缺陷无法检测。为了能够更好的检测不锈钢油管焊缝缺陷，降低由于不锈钢油管焊缝质量缺陷而造成的各类事故，现尝试采用超声波探伤的方法对其进行检测。由于油管路管径普遍较小、管壁较薄，且属不锈钢材质，使用一般的超声波检测手段检测焊缝缺陷存在一定难度。根据NB/T 47013.3-2015《承压设备无损检测第3部分：超声检测》奥氏体不锈钢对接接头超声波检测方法和质量分级(附录I)中要求“奥氏体不锈钢焊缝检测的范围为10mm～80mm”，按照此标准要求无法对壁厚2mm～5mm薄壁油管焊缝进行检测，因此，对于壁厚2mm～5mm的奥氏体不锈钢油管焊缝的超声检测目前属于技术空白，由于没有配合超声波探伤仪的标准试块，使超声波探伤仪无法获得与被检材料相同的声速、零点等相关参数，无法得到比较准确的测试结果。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供不锈钢油管焊缝的超声波检测方法及标准试块，能够通过标准试块对超声波探伤仪进行标定，能够解决壁厚2mm～5mm的奥氏体不锈钢油管焊缝超声检测技术的空白，通过超声波真实有效的检测不锈钢油管焊缝质量缺陷问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
不锈钢油管焊缝的超声波检测标准试块，包括呈一体化依次设置的第一试段和第二试段；
所述第一试段的顶面呈阶梯设置，第一阶梯的顶面呈半径30mm的圆弧面设置，第二阶梯的顶面呈半径15mm的圆弧面设置，第一试段的底面呈平面设置，底面两边垂直设置有对称的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面的顶部分别与第一试段顶面的两段圆弧面侧边连接；
所述第二试段的呈同轴的阶梯轴设置，第一阶梯轴的直径为20mm，第二阶梯轴的直径为15mm；第一阶梯轴的圆形端面与第二阶梯连接端面的底边、第一侧边和第二侧边均相切；
所述第一试段和第二试段从第一侧面垂直开设有若干横孔；所述第一试段的自由端呈圆弧朝向底面的扇形设置；所述的第一侧面上分别对应第一阶梯的部分开设有直径5mm的横通孔。
优选的，所述的第一侧面上分别对应第一阶梯和第二阶梯部分开设有第一半圆形槽和第二半圆形槽；第二试段上的第一阶梯轴和第二阶梯轴上分别开设有第三半圆形槽和第四半圆形槽；四个半圆形槽的轴向平行设置。
进一步，半圆形槽的半径为6mm。
再进一步，所述的横孔分布在四个半圆形槽内，同一半圆形槽内的横孔沿槽底依次设置。
进一步，第一半圆形槽内沿槽底设置有四个横孔，依次从下到上分别距离第一试段底面5mm、10mm、20mm和30mm；
第二半圆形槽内沿槽底设置有三个横孔，依次从下到上分别距离第一试段底面5mm、10mm和20mm；
第三半圆形槽内沿槽底设置有两个横孔，依次从下到上分别距离第一试段底面5mm和15mm；
第四半圆形槽内沿槽底设置有两个横孔，依次从下到上分别距离第二阶梯轴上第四半圆形槽下端面5mm和10mm。
优选的，所述横孔的直径为1mm，孔深为6mm；分别对应第一阶梯、第二阶梯、第一阶梯轴和第二阶梯轴上各设置一组；每一组内的横孔共线设置，且相对于底面的高度依次递增。
优选的，所述第一试段的扇形的半径为40mm，夹角为90°；第二侧面的同一端部开设有内凹的扇形台阶，扇形台阶的扇形半径为20mm，夹角为90°。
不锈钢油管焊缝的超声波检测方法，包括如下步骤，
步骤1，仪器连接：先将测试探头与超过声波探伤仪连接，通过参数设置将探头类型选定到斜探头；
步骤2，斜探头自动校准：选择超过声波探伤仪的自动校准功能，输入材料横波声速，利用标准试块扇形面端部R20mm及R40mm对超过声波探伤仪进行自动校准；
平行前后移动探头，找出波形显示，结合调整超过声波探伤仪零偏数值，将R40mm回波移进闸门中，找出R20mm及R40mm两个最大反射波，并不断调整自动增益，使R40mm最高波自动增益至80％波高，且保证R20mm波达到20％波高以上，此时仪器校准完毕，并用测量探头前端到R40端边距离x，40-x既为探头前沿；
步骤3，K值测试：选择自动K值测试功能，利用Φ5的横通孔进行K值测量；找到该横通孔的波形，微调探头位置找到最高波，将最高波自动增益到80％波高，此时K值为实际测试的K值，保存后，K值自动测试完毕；
步骤4，距离波幅曲线制作：以标准试块上从顶面向下不同深度横孔作为检测点，以各检测点波幅的80％波高确定为探测灵敏度，绘制距离波幅曲线；
步骤5，距离波幅曲线验证：通过辅助试块内外壁上的的人工缺陷槽对制作的距离波幅曲线检测能力进行验证；将测试探头放在辅助试块端头，利用外壁人工缺陷槽调整二次波，后移动测试探头用内壁人工缺陷槽调三次波；若距离波幅曲线制作规范，人工缺陷槽的缺陷波波幅应超过距离波幅曲线；若人工缺陷槽的缺陷波未超过距离波幅曲线，说明曲线制作有误，需重新校准仪器，进行距离波幅曲线制作；
步骤6，缺陷判定：经辅助试块对距离波幅曲线验证合格后，即可对实体油管焊缝进行检测，缺陷回波波幅超过距离波幅曲线即可视为缺陷波。
进一步，步骤1中，采用数字机或模拟A型脉冲式探伤仪。
再进一步，步骤4中，以标准试块上从顶面向下，将第一半圆形槽内深度为5mm、10mm、20mm和30mm的四个横孔作为检测点，将检测点各自最高波幅增益到80％波高位置确定为探伤灵敏度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述的标准试块上，通过第一试段中的两个弧面和第二试段中两个圆柱，能够对现有的电厂油管路不锈钢油管的规格Φ18×2、Φ25×2.5、Φ25×3、Φ57×3.5mm实现覆盖；因此可以最大程度按照实际不锈钢油管尺寸进行仪器调试，不仅可以探测2mm～5mm的奥氏体不锈钢油管焊缝，同时对5～10mm壁厚奥氏体不锈钢油管焊缝同样可以检测。标准试块的底面为平面，调试时稳固，不需要采用探头架；设置的用于测试的横孔便于标准试块的整体加工，且保证了探伤灵敏度和对缺陷的准确定位。标准试块材质选择与电厂不锈钢油管常用材质声速相近的1Cr18Ni9Ti钢，以便仪器获得与被检工件相同的参数。
本发明首先通过标准试块对超声波探伤仪进行标定，从而能够保证其能够适用于不修改油管的焊缝检测，弥补了壁厚2mm～10mm的奥氏体不锈钢油管焊缝的超声波探伤技术，同时可以获得更接近实际被检工件的相关参数，使探伤灵敏度和缺陷判伤更加准确灵敏。
附图说明
图1是本发明实例中所述的标准试块的正视图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的右视图。
图4是用于测试经不锈钢油管焊缝标准试块校验完后的同材质辅助试块形貌。
图5是本发明实例中所述的超声波探伤现场检测后的缺陷波型。
图6是本发明实例中所述的对超声波探伤现场检处的缺陷的射线复验示意图。
图中：第一阶梯1，第二阶梯2，第一阶梯轴3，第二阶梯轴4，横通孔5，横孔6，第一半圆形槽7，第二半圆形8，第三半圆形槽9，第四半圆形10，扇形台阶11。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供一种不锈钢油管焊缝的超声波检测方法，以及与电厂油管相同材质的超声波检测不锈钢油管焊缝标准试块，目的使超声波探伤仪获得与被检材料相同的声速、零点等相关参数，以便得到比较准确的测试结果。
本发明所述的标准试块上，通过第一试段中R30和R15的两个弧面和第二试段中Φ20和Φ15两个圆柱，能够对现有的电厂油管路不锈钢油管的规格Φ18×2、Φ25×2.5、Φ25×3、Φ57×3.5mm实现覆盖；因此可以最大程度按照实际不锈钢油管尺寸进行仪器调试，不仅可以探测2mm～5mm的奥氏体不锈钢油管焊缝，同时对5～10mm壁厚奥氏体不锈钢油管焊缝同样可以检测。
具体的，如图1和图3所示，超声波检测不锈钢油管焊缝标准试块，包括呈一体化依次设置的第一试段和第二试段；所述第一试段的顶面呈阶梯设置，第一阶梯1的顶面呈半径30mm的圆弧面设置，第二阶梯2的顶面呈半径15mm的圆弧面设置，第一试段的底面呈平面设置，底面两边垂直设置有对称的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面的顶部分别与第一试段顶面的两段圆弧面侧边连接；所述第二试段的呈同轴的阶梯轴设置，第一阶梯轴3的直径为20mm，第二阶梯轴4的直径为15mm；第一阶梯轴3的圆形端面与第二阶梯2连接端面的底边、第一侧边和第二侧边均相切；所述第一试段和第二试段从第一侧面垂直开设有若干横孔6；所述第一试段的自由端呈圆弧朝向底面的扇形设置；所述的第一侧面上分别对应第一阶梯1的部分开设有直径5mm的横通孔5。本优选实例中，第一试段的第一、二阶梯面长度分别为105mm和70mm，第二试段的第一、二阶梯轴长度分别为65mm和60mm。
如图1和图2所示，所述的第一侧面上分别对应第一阶梯1和第二阶梯2部分开设有第一半圆形槽7和第二半圆形8槽；第二试段上的第一阶梯轴3和第二阶梯轴4上分别开设有第三半圆形槽9和第四半圆形10槽；四个半圆形槽的轴向平行设置。如图2所示，半圆形槽的半径为6mm。
如图1所示，所述的横孔6分布在四个半圆形槽内，同一半圆形槽内的横孔6沿槽底依次设置；第一半圆形槽7内沿槽底设置有四个横孔6，依次从下到上分别距离第一试段底面5mm、10mm、20mm和30mm；第二半圆形8槽内沿槽底设置有三个横孔6，依次从下到上分别距离第一试段底面5mm、10mm和20mm；第三半圆形槽9内沿槽底设置有两个横孔6，依次从下到上分别距离第一试段底面5mm和15mm；第四半圆形10槽内沿槽底设置有两个横孔6，依次从下到上分别距离第二阶梯轴4上第四半圆形10槽下端面5mm和10mm。
如图1所示，所述横孔6的直径为1mm，孔深为6mm；分别对应第一阶梯1、第二阶梯2、第一阶梯轴3和第二阶梯轴4上各设置一组；每一组内的横孔6共线设置，且相对于底面的高度依次递增。
如图1和图2所示，所述第一试段的扇形的半径为40mm，夹角为90°；第二侧面的同一端部开设有内凹的扇形台阶11，扇形台阶11的扇形半径为20mm，夹角为90°。
其中，图1中R20和R40扇形面夹角为90°，可用来测定探头前沿尺寸、调整仪器扫描速度；11个Φ1×6mm的横孔6，可用来测定仪器扫描速度、测试探头折射角度和确定探伤灵敏度；深度15mm处Φ5是用来测定探头折射角。
本优选实例中采用上述标准试块，采用超声波双晶5P、K2-K2.5±2探头检验不锈钢薄壁油管焊缝；标准试块材质为与被检工件声速相近的1Cr8Ni9Ti钢制作；
辅助试块选用实际被检工件，分别在内壁和外壁用脉冲法加工尺寸长×深为3×1mm的槽；如图4所示的辅助试块，可用做辅助对比，是用于检测的管径在焊缝内外分别用电脉冲法加工3×1mm(长×深)尺寸的人工缺陷，其作用是验证DAC曲线对缺陷的判废能力。
仪器校准及探伤灵敏度调整以标准试块Φ1×6mm长的横孔6进行绘制距离波幅曲线，配合辅助试块内、外壁两人工缺陷槽对制作的DAC曲线的判废能力进行验证；
缺陷判伤依据：缺陷回波波幅超过DAC曲线即可视为缺陷波。
具体的检测方法包括如下步骤，
步骤1，仪器连接：以汉威HS610e型超声波探伤仪为例，先将探头与仪器连接好，将参数栏中的探头类型改为斜探头。
步骤2，斜探头自动校准：进入仪器自动校准页面输入材料横波声速3240m/s，利用标准试块扇形面端部R20mm及R40mm对仪器进行自动校准。平行前后移动探头，找出波形显示，结合调整仪器零偏数值，将R40mm回波移进闸门中，找出R20mm及R40mm两个最大反射波，并不断调整自动增益，使R40mm最高波自动增益至80％波高，且保证R20mm波达到20％波高以上，此时仪器校准完毕，并用直尺测量探头前端到R40端边距离x，40-x既为探头前沿。
步骤3，K值测试：选择自动K值测试方式，利用Φ5横通孔5进行K值测量，测试深度为30mm。找到该横通孔5的波形，微调探头位置找到最高波，将最高波自动增益到80％波高，此时K值为实际测试的K值，自动保存后，K值自动测试完毕。所述的K值为探头中超声波入射角度的正切值。
步骤4，距离波幅曲线(DAC曲线)制作：利用深度为5mm、10mm、20mm、30mm共4个Φ1×6mm(直径×长度)的横孔6各自最高波增益到80％波高位置为探伤灵敏度绘制DAC曲线(经对比试验与DL/T 820-2002《管道焊接接头超声波检验技术规程》中Φ1×15mm-4dB横通孔5中灵敏度相等)。
步骤5，DAC曲线验证：通过辅助试块内外壁上的3×1mm(长度×深度)的人工缺陷槽对制作的DAC曲线检测能力进行验证(即以Φ1当量为基准)。将测试探头放在辅助试块端头，利用外壁人工缺陷槽调整二次波，后移动测试探头用内壁人工缺陷槽调三次波。若DAC曲线制作规范，人工缺陷槽的缺陷波波幅应超过DAC曲线；若人工缺陷槽的缺陷波未超过DAC曲线，说明曲线制作有误，需重新校准仪器，进行DAC曲线制作。
步骤6，缺陷判定：经辅助试块对DAC曲线验证合格后，即可对实体油管焊缝进行检测，缺陷回波波幅超过DAC曲线即可视为缺陷波。
实际检测时，将调试好的探头进行现场检测，对判有缺陷的焊口进行超声探伤检测，缺陷波形如图5所示，并用射线进行复验，射线复验结果如图6所示，两者的结果显示能够对应，且一致，则表明超声探伤结果真实有效。
Claims (4)
1.不锈钢油管焊缝的超声波检测标准试块，其特征在于，包括呈一体化依次设置的第一试段和第二试段；
所述第一试段的顶面呈阶梯设置，第一阶梯(1)的顶面呈半径30mm的圆弧面设置，第二阶梯(2)的顶面呈半径15mm的圆弧面设置，第一试段的底面呈平面设置，底面两边垂直设置有对称的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面的顶部分别与第一试段顶面的两段圆弧面侧边连接；
所述第二试段的呈同轴的阶梯轴设置，第一阶梯轴(3)的直径为20mm，第二阶梯轴(4)的直径为15mm；第一阶梯轴(3)的圆形端面与第二阶梯(2)连接端面的底边、第一侧边和第二侧边均相切；
所述第一试段和第二试段从第一侧面垂直开设有若干横孔(6)；所述第一试段的自由端呈圆弧朝向底面的扇形设置；所述的第一侧面上分别对应第一阶梯(1)的部分开设有直径5mm的横通孔(5)；
所述的第一侧面上分别对应第一阶梯(1)和第二阶梯(2)部分开设有第一半圆形槽(7)和第二半圆形(8)槽；第二试段上的第一阶梯轴(3)和第二阶梯轴(4)上分别开设有第三半圆形槽(9)和第四半圆形(10)槽；四个半圆形槽的轴向平行设置；
半圆形槽的半径为6mm；
所述的横孔(6)分布在四个半圆形槽内，同一半圆形槽内的横孔(6)沿槽底依次设置；
第一半圆形槽(7)内沿槽底设置有四个横孔(6)，依次从下到上分别距离第一试段底面5mm、10mm、20mm和30mm；
第二半圆形(8)槽内沿槽底设置有三个横孔(6)，依次从下到上分别距离第一试段底面5mm、10mm和20mm；
第三半圆形槽(9)内沿槽底设置有两个横孔(6)，依次从下到上分别距离第一试段底面5mm和15mm；
第四半圆形(10)槽内沿槽底设置有两个横孔(6)，依次从下到上分别距离第二阶梯轴(4)上第四半圆形(10)槽下端面5mm和10mm；
所述横孔(6)的直径为1mm，孔深为6mm；分别对应第一阶梯(1)、第二阶梯(2)、第一阶梯轴(3)和第二阶梯轴(4)上各设置一组；每一组内的横孔(6)共线设置，且相对于底面的高度依次递增；
所述第一试段的扇形的半径为40mm，夹角为90°；第二侧面的同一端部开设有内凹的扇形台阶(11)，扇形台阶(11)的扇形半径为20mm，夹角为90°。
2.不锈钢油管焊缝的超声波检测方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤1，仪器连接：先将测试探头与超过声波探伤仪连接，通过参数设置将探头类型选定到斜探头；
步骤2，斜探头自动校准：选择超过声波探伤仪的自动校准功能，输入材料横波声速，利用权利要求1所述的标准试块扇形面端部R20mm及R40mm对超过声波探伤仪进行自动校准；
平行前后移动探头，找出波形显示，结合调整超过声波探伤仪零偏数值，将R40mm回波移进闸门中，找出R20mm及R40mm两个最大反射波，并不断调整自动增益，使R40mm最高波自动增益至80％波高，且保证R20mm波达到20％波高以上，此时仪器校准完毕，并用测量探头前端到R40端边距离x，40-x既为探头前沿；
步骤3，K值测试：选择自动K值测试功能，利用Φ5的横通孔(5)进行K值测量；找到该横通孔(5)的波形，微调探头位置找到最高波，将最高波自动增益到80％波高，此时K值为实际测试的K值，保存后，K值自动测试完毕；
步骤4，距离波幅曲线制作：以标准试块上从顶面向下不同深度横孔(6)作为检测点，以各检测点波幅的80％波高确定为探测灵敏度，绘制距离波幅曲线；
步骤5，距离波幅曲线验证：通过辅助试块内外壁上的的人工缺陷槽对制作的距离波幅曲线检测能力进行验证；将测试探头放在辅助试块端头，利用外壁人工缺陷槽调整二次波，后移动测试探头用内壁人工缺陷槽调三次波；若距离波幅曲线制作规范，人工缺陷槽的缺陷波波幅应超过距离波幅曲线；若人工缺陷槽的缺陷波未超过距离波幅曲线，说明曲线制作有误，需重新校准仪器，进行距离波幅曲线制作；
步骤6，缺陷判定：经辅助试块对距离波幅曲线验证合格后，即可对实体油管焊缝进行检测，缺陷回波波幅超过距离波幅曲线即可视为缺陷波。
3.根据权利要求2所述的不锈钢油管焊缝的超声波检测方法，其特征在于，步骤1中，采用数字机或模拟A型脉冲式探伤仪。
4.根据权利要求2所述的不锈钢油管焊缝的超声波检测方法，其特征在于，步骤4中，以标准试块上从顶面向下，将第一半圆形槽(7)内深度为5mm、10mm、20mm和30mm的四个横孔(6)作为检测点，将检测点各自最高波幅增益到80％波高位置确定为探伤灵敏度。
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