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【摘 要】火力发电厂锅炉受热面管由于其管壁薄、管子曲率大，整个探测范围处于超声场的近场，探测时易产生干扰信号，且反射信号复杂，给现场正确判定缺陷带来困难。另外，小径管壁厚在公差范围内正负相对变化较大，如不进行精确的壁厚测量，当根部出现缺陷时，难于定位判断，给探伤人员带来困难。故在本文中主要对锅炉小径管焊缝超声波探伤进行了详细的分析与探讨，以供参考。
【关键词】锅炉小径管；焊缝；超声波探伤；
前言：
实施锅炉小径管焊缝探伤操作通常是运用射线照相措施进行的，但是该操作措施存在较为明显的局限性，在探伤过程中容易检漏未熔合性裂纹和部分危险性较强的缺陷。除此之外，部分小径管缺陷部位不易察觉，导致探伤检测工作难度增大，而且一些裂缝不能获得合理的监控。然而，随着我国科学技术的发展，逐渐推行使用超声波小径管探伤技术，可以快速解决小径管在焊缝时容易出现的问题。因此，本文对超声波探伤操作方法在锅炉小径管裂纹等问题上的运用进行了分析，并为今后的探伤工作提供有效的经验和技术。
一、超声波对小径管焊缝的探伤方法
1、选择仪器探头。本次试验当中选择的仪器探头参数为：频率为5MHz，4—6mm的前沿，β=70°，k=3。在仪器探头使用之前，首先要采用打磨成斜面的方式针对端面与底面的棱角进行处理。保证不小于5mm的前沿距离，还要采用打磨成圆弧面的方式针对探头底面按管子的曲率进行处理，使其接触面积能够有所扩大。
2、调整扫描速度。对扫描速度进行调整的时候，利用小径管焊缝探伤专用试块来进行。同时，为了能够对荧光屏的整个屏幕进行充分的利用，保证具有容易辨别以及显示清晰的缺陷反射波，在对扫描速度进行调整的时候，还要以能够将整个荧光屏占满的管子厚度一次波、二次波作为参考标准。
3、调整起始灵敏度。小径管探伤专用试块中按照h=5mm深度的横通孔进行相应的调整，保证可以达到荧光屏满幅的五分之三以上的最强的反射波幅，同时将其作为基准波高，再增加14dB，这就是本次试验的探伤起始灵敏度。
4、处理探测表面。首先在焊缝两侧的探伤面上采用锉刀清除掉包括焊渣以及飞溅物等在内的杂物，随后针对其表面实施相应的除锈措施，使其具有光洁的表面。打磨的过程中，严禁利用电动砂轮。防止有不圆滑过渡的小平面出现在管子表面，这样会造成声耦合不良的问题。5、选择耦合剂。将一些较稠的机油作为耦合剂，并且适量的对之进行涂抹。避免出现过厚的现象，这样就会导致杂乱反射波的出现，最终使缺陷判别的准确度受到极大的影响。
6、补偿量。需要在被探管子上针对表面粗糙度补偿量进行实际的测定，保持在0～4dB的范围之内。应该以被探管子的具体规格作为根据，将二次波探测时的散射补偿量以及曲率折射确定下来。测定小径管专用对比试块的时候，将3～6dB作为确定范围，比如加热器管子的规格为42×5.5，通过测定，可以了解到8dB为二次波表面粗糙度补偿值，2dB；为一次波表面粗糙度补偿值。
二、检测前准备
1、探头的选用
小径管对接焊缝探伤时，应尽可能选择较大角度的探头，使声束能扫查到整个焊缝断面，要求一次波的主声束至少应扫查到焊缝下部占壁厚1/4的范围。为满足这一要求，除增大声束入射角外，还应缩短探头声束入射点至探头前沿的距离。因此，在探头选择上，晶片尺寸：实际检测中一般选用6mm×6mm尺寸的探头。探头频率：探头晶片尺寸小则指向性较差，管壁薄反射杂波多，为了改善探头指向性和提高分辨力，一般选择较高探测频率的探头（5MHz）。K值：选用K3的探头。前沿长度：由于管径较小，探伤过程中内壁反射发散严重，因此二次波的灵敏度明显低于一次波，为了尽可能保证一次波的扫查面积，应选择前沿长度较小的探头，实际检测中一般选择≤5mm。
2、试块的选择
采用DL/T820—2002DL-1型试块，测定探头参数、系统组合性能及校准时基线。为了使超声波探傷更接近于现场特点，利用锅炉小径管焊前练习管在射线探伤中检查出存在的缺陷，如裂纹、未焊透、未熔合等，来辅助加强超声波探伤人员对危险性缺陷反射波的认识。
3、耦合剂的选择
常用的耦合剂有机油、浆糊等，实际检测中耦合剂用量比较大，一般选择机油。
4、探伤灵敏度的调整
根据DL/T820—2002标准中的小径管焊接接头探伤规定，在DL-Ⅰ试块上调整时基扫描、绘制DAC曲线，距离-波幅曲线增益10dB进行检测。
三、实际操作及影响因素
1、探伤前的工件表面处理
采用电动工具进行表面打磨（电动钢丝刷）。
2、影响缺陷定位的因素
（1）时基线调节不准
A型显示脉冲反射式超声波探伤仪屏显示传播时间和反射波波幅。调节时基线时，由于视差的影响，会造成反射波前沿与时基线刻度偏差，最终产生缺陷定位误差。
（2）斜探头磨损的影响
当斜探头使用力度前后不均时，造成斜探头前、后端磨损不一样，结果使K值减小或增大。探伤前要准确测定探头K值和前沿长度，以避免探头磨损造成的缺陷定位误差。
（3）曲面的影响
小径管对接焊缝探伤时，缺陷径向深度比仪器屏显小，而水平距离比仪器屏显大。若按平板、大管对接焊缝对缺陷定位，则可能把一次波探伤发现的根部缺陷误认为是二次波发现的内部缺陷，而二次波探伤发现的内部缺陷，也会被误认为是焊缝以外的反射而误判。
四、分析缺陷波形
1、分析焊缝内部缺陷。在利用一次波进行探伤的情况下，一次波标记点以前出现反射波，在利用二次波进行探伤的情况下，二次波、一次波标记点中间会出现反射波。这时候就要针对根部变型波以及变型表面波进行区分，同时还将由于扩散声束而造成的余高反射波区别开来。可以针对焊缝采用沾油的手指进行拍打来验证，还可以采用是否在焊缝上存在水平定位的方式进行验证。 2、焊缝根部缺陷的判定。如果一次波最大标记点上出现反射波，而在探头一侧或焊缝中心为水平定位，这时候就要对区分错边和焊瘤予以关注，要仔细的分析和观察其中的可疑信号，避免出现漏检以及误判的现象。采用沟槽试块针对根部缺陷进行测定，对其深度进行科学的验证。比如在对DB-1型对比试块进行测定的时候，反射波如果在内曲面V型槽当中达到了五分之三的基准波高，这时候就要增加36dB，并将之看作是内凹以及未焊透等焊缝根部缺陷的对比当量。
3、干扰波。在进行探伤的时候，不仅会有真正缺陷反射波出现在荧光屏当中，还会存在若干假信号。对小径管焊缝缺陷的判定会受到这些假信号的影响，这时候就要对荧光屏上的信号进行仔细的分析，从而能够有效的区分假信号。
（1）由于焊缝根部变形而出现的反射波。如果焊缝根部被声束扫查到，在某种特定的条件下就会导致变形波的出现。一旦经过焊缝余高的变形波标记返回探头的位置时，就会在二次波与一次波标记之间出现反射波，就容易导致误判現象的发生。这时候就要以探头的水平定位和位置作为根据对之进行区分，变形波水平定位点在通常情况下都处于焊缝之外的位置。
（2）扩散声束造成的余高反射波：因为需要探伤的小径管往往具有较薄的壁厚，所以在二次波标记点与焊缝之间出现主声束的扩散声束底面发射，可能会出现被误判为焊缝上部或者中部的缺陷，这时候就要用沾油的手指对焊缝余高进行拍打的方式或者以探头的水平定位和位置对之进行有效判别。
（3）错边造成的反射波，如果存在有错边，就会有错边反射波产生，而且水平定位在大部分情况下处于焊缝中心的位置。然而因为缺乏反射条件，因此在焊缝的另一侧进行控测的时候，会出现没有信号的情况。
（4）焊缝根部成形的影响。如果焊缝根部具有较好的成形，往往就会具有较多的反射波强度或者无反射波；如果在成形不好的情况下，根部成形的反射信号就会分别在焊缝的两侧探伤时出现，而且随着根部成形所构成的反射条件的不同，其反射强度也会出现较大的变化，这种情况下如果没有注意到，就很可能将其判定为缺陷。在对区别进行判定的时候一共包括两种方法：首先是立足于水平定位进行区别，其次是立足于声程进行比较。见图1。
总之，超声波探伤方法没有定式，只有耐心、细致地对缺陷的回波声压进行分析、比较，同时，还要了解坡口形式、焊接方式、焊接材料等直接或间接影响探伤结果的因素。例如：高合金钢易产生裂纹，焊条潮湿、运条太快易产生气孔，焊渣清理不干净易出现夹渣，仰焊部位易出现内凹，平焊部位易出现焊瘤，水平固定焊易出现坡口未熔合，焊接应力大易产生根部裂纹等。对金属材料性能及焊接知识深入了解，结合使用根部波对比法，多探巧探积累经验，才能解决探伤中遇到的各种问题。
参考文献：
[1]姜世凯，曹幸卫，张瑞.锅炉小径管焊缝超声波探伤技术的探讨[J].水利电力机械，2005，05：32-34.
[2]白小云.小径管焊缝超声波探伤应用研究[J].西北电力技术，1996，01：8-11.
[3]龙会国，邓宏平.电站锅炉小径管焊缝超声波检测技术[J].锅炉技术，2012，04：59-62.
[4]崔志光，段前德，刘焕仁，李禄臣.同种不锈钢小径管焊缝超声波探伤的方法[J].河北电力技术，1998，06：46-49.
【关键词】锅炉小径管；焊缝；超声波探伤；
前言：
实施锅炉小径管焊缝探伤操作通常是运用射线照相措施进行的，但是该操作措施存在较为明显的局限性，在探伤过程中容易检漏未熔合性裂纹和部分危险性较强的缺陷。除此之外，部分小径管缺陷部位不易察觉，导致探伤检测工作难度增大，而且一些裂缝不能获得合理的监控。然而，随着我国科学技术的发展，逐渐推行使用超声波小径管探伤技术，可以快速解决小径管在焊缝时容易出现的问题。因此，本文对超声波探伤操作方法在锅炉小径管裂纹等问题上的运用进行了分析，并为今后的探伤工作提供有效的经验和技术。
一、超声波对小径管焊缝的探伤方法
1、选择仪器探头。本次试验当中选择的仪器探头参数为：频率为5MHz，4—6mm的前沿，β=70°，k=3。在仪器探头使用之前，首先要采用打磨成斜面的方式针对端面与底面的棱角进行处理。保证不小于5mm的前沿距离，还要采用打磨成圆弧面的方式针对探头底面按管子的曲率进行处理，使其接触面积能够有所扩大。
2、调整扫描速度。对扫描速度进行调整的时候，利用小径管焊缝探伤专用试块来进行。同时，为了能够对荧光屏的整个屏幕进行充分的利用，保证具有容易辨别以及显示清晰的缺陷反射波，在对扫描速度进行调整的时候，还要以能够将整个荧光屏占满的管子厚度一次波、二次波作为参考标准。
3、调整起始灵敏度。小径管探伤专用试块中按照h=5mm深度的横通孔进行相应的调整，保证可以达到荧光屏满幅的五分之三以上的最强的反射波幅，同时将其作为基准波高，再增加14dB，这就是本次试验的探伤起始灵敏度。
4、处理探测表面。首先在焊缝两侧的探伤面上采用锉刀清除掉包括焊渣以及飞溅物等在内的杂物，随后针对其表面实施相应的除锈措施，使其具有光洁的表面。打磨的过程中，严禁利用电动砂轮。防止有不圆滑过渡的小平面出现在管子表面，这样会造成声耦合不良的问题。5、选择耦合剂。将一些较稠的机油作为耦合剂，并且适量的对之进行涂抹。避免出现过厚的现象，这样就会导致杂乱反射波的出现，最终使缺陷判别的准确度受到极大的影响。
6、补偿量。需要在被探管子上针对表面粗糙度补偿量进行实际的测定，保持在0～4dB的范围之内。应该以被探管子的具体规格作为根据，将二次波探测时的散射补偿量以及曲率折射确定下来。测定小径管专用对比试块的时候，将3～6dB作为确定范围，比如加热器管子的规格为42×5.5，通过测定，可以了解到8dB为二次波表面粗糙度补偿值，2dB；为一次波表面粗糙度补偿值。
二、检测前准备
1、探头的选用
小径管对接焊缝探伤时，应尽可能选择较大角度的探头，使声束能扫查到整个焊缝断面，要求一次波的主声束至少应扫查到焊缝下部占壁厚1/4的范围。为满足这一要求，除增大声束入射角外，还应缩短探头声束入射点至探头前沿的距离。因此，在探头选择上，晶片尺寸：实际检测中一般选用6mm×6mm尺寸的探头。探头频率：探头晶片尺寸小则指向性较差，管壁薄反射杂波多，为了改善探头指向性和提高分辨力，一般选择较高探测频率的探头（5MHz）。K值：选用K3的探头。前沿长度：由于管径较小，探伤过程中内壁反射发散严重，因此二次波的灵敏度明显低于一次波，为了尽可能保证一次波的扫查面积，应选择前沿长度较小的探头，实际检测中一般选择≤5mm。
2、试块的选择
采用DL/T820—2002DL-1型试块，测定探头参数、系统组合性能及校准时基线。为了使超声波探傷更接近于现场特点，利用锅炉小径管焊前练习管在射线探伤中检查出存在的缺陷，如裂纹、未焊透、未熔合等，来辅助加强超声波探伤人员对危险性缺陷反射波的认识。
3、耦合剂的选择
常用的耦合剂有机油、浆糊等，实际检测中耦合剂用量比较大，一般选择机油。
4、探伤灵敏度的调整
根据DL/T820—2002标准中的小径管焊接接头探伤规定，在DL-Ⅰ试块上调整时基扫描、绘制DAC曲线，距离-波幅曲线增益10dB进行检测。
三、实际操作及影响因素
1、探伤前的工件表面处理
采用电动工具进行表面打磨（电动钢丝刷）。
2、影响缺陷定位的因素
（1）时基线调节不准
A型显示脉冲反射式超声波探伤仪屏显示传播时间和反射波波幅。调节时基线时，由于视差的影响，会造成反射波前沿与时基线刻度偏差，最终产生缺陷定位误差。
（2）斜探头磨损的影响
当斜探头使用力度前后不均时，造成斜探头前、后端磨损不一样，结果使K值减小或增大。探伤前要准确测定探头K值和前沿长度，以避免探头磨损造成的缺陷定位误差。
（3）曲面的影响
小径管对接焊缝探伤时，缺陷径向深度比仪器屏显小，而水平距离比仪器屏显大。若按平板、大管对接焊缝对缺陷定位，则可能把一次波探伤发现的根部缺陷误认为是二次波发现的内部缺陷，而二次波探伤发现的内部缺陷，也会被误认为是焊缝以外的反射而误判。
四、分析缺陷波形
1、分析焊缝内部缺陷。在利用一次波进行探伤的情况下，一次波标记点以前出现反射波，在利用二次波进行探伤的情况下，二次波、一次波标记点中间会出现反射波。这时候就要针对根部变型波以及变型表面波进行区分，同时还将由于扩散声束而造成的余高反射波区别开来。可以针对焊缝采用沾油的手指进行拍打来验证，还可以采用是否在焊缝上存在水平定位的方式进行验证。 2、焊缝根部缺陷的判定。如果一次波最大标记点上出现反射波，而在探头一侧或焊缝中心为水平定位，这时候就要对区分错边和焊瘤予以关注，要仔细的分析和观察其中的可疑信号，避免出现漏检以及误判的现象。采用沟槽试块针对根部缺陷进行测定，对其深度进行科学的验证。比如在对DB-1型对比试块进行测定的时候，反射波如果在内曲面V型槽当中达到了五分之三的基准波高，这时候就要增加36dB，并将之看作是内凹以及未焊透等焊缝根部缺陷的对比当量。
3、干扰波。在进行探伤的时候，不仅会有真正缺陷反射波出现在荧光屏当中，还会存在若干假信号。对小径管焊缝缺陷的判定会受到这些假信号的影响，这时候就要对荧光屏上的信号进行仔细的分析，从而能够有效的区分假信号。
（1）由于焊缝根部变形而出现的反射波。如果焊缝根部被声束扫查到，在某种特定的条件下就会导致变形波的出现。一旦经过焊缝余高的变形波标记返回探头的位置时，就会在二次波与一次波标记之间出现反射波，就容易导致误判現象的发生。这时候就要以探头的水平定位和位置作为根据对之进行区分，变形波水平定位点在通常情况下都处于焊缝之外的位置。
（2）扩散声束造成的余高反射波：因为需要探伤的小径管往往具有较薄的壁厚，所以在二次波标记点与焊缝之间出现主声束的扩散声束底面发射，可能会出现被误判为焊缝上部或者中部的缺陷，这时候就要用沾油的手指对焊缝余高进行拍打的方式或者以探头的水平定位和位置对之进行有效判别。
（3）错边造成的反射波，如果存在有错边，就会有错边反射波产生，而且水平定位在大部分情况下处于焊缝中心的位置。然而因为缺乏反射条件，因此在焊缝的另一侧进行控测的时候，会出现没有信号的情况。
（4）焊缝根部成形的影响。如果焊缝根部具有较好的成形，往往就会具有较多的反射波强度或者无反射波；如果在成形不好的情况下，根部成形的反射信号就会分别在焊缝的两侧探伤时出现，而且随着根部成形所构成的反射条件的不同，其反射强度也会出现较大的变化，这种情况下如果没有注意到，就很可能将其判定为缺陷。在对区别进行判定的时候一共包括两种方法：首先是立足于水平定位进行区别，其次是立足于声程进行比较。见图1。
总之，超声波探伤方法没有定式，只有耐心、细致地对缺陷的回波声压进行分析、比较，同时，还要了解坡口形式、焊接方式、焊接材料等直接或间接影响探伤结果的因素。例如：高合金钢易产生裂纹，焊条潮湿、运条太快易产生气孔，焊渣清理不干净易出现夹渣，仰焊部位易出现内凹，平焊部位易出现焊瘤，水平固定焊易出现坡口未熔合，焊接应力大易产生根部裂纹等。对金属材料性能及焊接知识深入了解，结合使用根部波对比法，多探巧探积累经验，才能解决探伤中遇到的各种问题。
参考文献：
[1]姜世凯，曹幸卫，张瑞.锅炉小径管焊缝超声波探伤技术的探讨[J].水利电力机械，2005，05：32-34.
[2]白小云.小径管焊缝超声波探伤应用研究[J].西北电力技术，1996，01：8-11.
[3]龙会国，邓宏平.电站锅炉小径管焊缝超声波检测技术[J].锅炉技术，2012，04：59-62.
[4]崔志光，段前德，刘焕仁，李禄臣.同种不锈钢小径管焊缝超声波探伤的方法[J].河北电力技术，1998，06：46-49.