管座角焊缝超声波探伤工艺规程.doc

管座角焊缝超声波探伤工艺规程
1 通用部分
a）主题内容与适用范围

本规程规定了检验焊缝及热影响区缺陷，确定缺陷位置、尺寸和缺陷评定的一般方法及探伤结果的分级方法。
本规程适用于母材厚度不小于8mm的铁素体类钢全焊透熔化焊管座角焊缝脉冲反射法手工超声波检验。
本规程不适用于铸钢及奥氏体不锈钢焊缝；内径小于等于200mm的管座角焊缝。
b）文件控制
本规程为XX公司受控文件，未经允许不得复制、转让或使用。
c）引用标准

ZBY 344 超声探伤用探头型号命名方法
ZBY 231 超声探伤用探头性能测试方法
ZBY 232 超声探伤用1号标准试块技术条件
ZBJ 04 001 A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能测试方法
GB 11345—1989 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级

2 检验人员

2.1 从事焊缝探伤的检验人员必须掌握超声波探伤的基础技术，具有足够的焊缝超声波探伤经验，并掌握一定的材料、焊接基础知识。
2.2 焊缝超声检验人员应按有关规程或技术条件的规定经严格的培训和考核，并持有相应考核组织颁发的等级资格证书，从事相对应考核项目的检验工作。
2.3 超声检验人员的视力应每年检查一次，校正视力不得低于1.0。

3 探伤仪、探头及系统性能

3.1 探伤仪
使用A型显示脉冲反射式探伤仪，其工作频率范围至少为1～5MHz，探伤仪应配备衰减器或增益控制器，其精度为任意相邻12dB误差在±1dB内。步进级每档不大于2dB，总调节量应大于60dB，水平线性误差不大于1%，垂直线性误差不大于5%。
3.2 探头
3.2.1 探头应按ZBY 344标准的规定作出标志。
3.2.2 晶片的有效面积不应超过500mm2，且任一边长不应大于25mm。
3.2.3 声束轴线水平偏离角应不大于2°。
3.2.4 探头主声束垂直方向的偏离，不应有明显的双峰，其测试方法见ZBY 231。
3.2.5 斜探头的公称折射角β为45°、60°、70°或K值为1.0、1.5、2.0、2.5，折射角的实测值与公称值的偏差应不大于2°(K值偏差不应超过±0.1)，前沿距离的偏差应不大于1mm。如受工件几何形状或探伤面曲率等限制也可选用其他小角度的探头。
3.2.6 当证明确能提高探测结果的准确性和可靠性，或能够较好地解决一般检验时的困难而又确保结果的正确，推荐采用聚焦等特种探头。
3.3 系统性能
3.3.1 灵敏度余量
系统有效灵敏度必须大于评定灵敏度10dB以上。
3.3.2 远场分辨力
a.直探头：X≥30dB；
b.斜探头：Z≥6dB。
3.4 探伤仪、探头及系统性能和周期检查
3.4.1 探伤仪、探头及系统性能，除灵敏度余量外，均应按ZB J04 001的规定方法进行测试。
3.4.2 探伤仪的水平线性和垂直线性，在设备首次使用及每隔3个月应检查一次。
3.4.3 斜探头及系统性能，在表1规定的时间内必须检查一次。

表 1 斜探头及系统性能检查周期

检查项目
检 查 周 期
前沿距离折射角或K值偏离角
开始使用及每隔6个工作日灵敏度余量
灵敏度余量分辨力
开始使用、修补后及每隔1个月

3.3 试块

3.3.1 标准试块的形状和尺寸见附录A，试块制造的技术要求应符合ZBY 232的规定，该试块主要用于测定探伤仪、探头及系统性能。
3.3.2 对比试块的形状和尺寸见附录B。
3.3.2.1 对比试块采用与被检验材料相同或声学性能相近的钢材制成。试块的探测面及侧面，在以2.5MHz以上频率及高灵敏条件下进行检验时，不得出现大于距探测面20mm处的2mm平底孔反射回来的回波幅度1／4的缺陷回波。
3.3.2.2 试块上的标准孔，根据探伤需要，可以采取其他形式布置或添加标准孔，但应注意不应与试块端角和相邻标准孔的反射发生混淆。
3.3.2.3 检验曲面工件时，如探伤面曲率半径R小于等于时，应采用与探伤面曲率相同的对比试块,并以此为准作时基线扫描调节。反射体的布置可参照对比试块确定，试块宽度应满足式(1)：
(1)
式中 b——试块宽度，mm；
λ——波长，mm；
S——声程，m；
De——声源有效直径，mm。
3.3.2.4 探伤面曲率半径R大于时，可在平面对比试块上或与探伤面曲率相近的曲面对比试块上，进行时基线扫描调节。
3.4 现场检验，为校验灵敏度和时基线，可以采用其他型式的等效试块。
4 被检测件的准备
4.1 物理条件和表面准备
4.1.1 检验区域的宽度应是焊缝本身再加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区域，这个区域最小10mm，最大20mm见图1。

图 1 检验区域

4.1.2 探头移动区应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其他外部杂质。探伤表面应平整光滑，便于探头的自由扫查，其表面粗糙度不应超过6.3μm，必要时应进行打磨。
a.采用一次反射法时，探头移动区应大于1.25P：
P＝2δtgβ (2)
或P＝2δK (3)
式中 P——跨距，mm；
δ——母材厚度，mm。
b.采用直射法探伤时，探头移动区应大于0.75P。
4.1.3 焊缝检验前，应划好检验区段，标记出检验区段编号。
4.2 被测区域和体积的描绘，包括参考数据

4.3 拟测出的缺陷
裂纹、未熔合、未焊透等
5. 检测的实施
5.1 应用的NDT技术和方法
5.1.1 根据焊缝结构形式，管座角焊缝的检验有如下五种探测方式，可选择其中一种或几种方式组合实施检验。探测方式的选择应由合同双方商定，并重点考虑主要探测对象和几何条件的限制(图2、3)。

图 2 管座角焊缝

图 3 管座角焊缝

a.在接管内壁表面采用直探头探伤(图2位置1)；
b.在容器内表面用直探头探伤(图3位置1)；
c.在接管外表面采用斜探头探伤(图3位置2)；
d.在接管内表面采用斜探头探伤(图2位置3，图3位置3)；
e.在容器外表面采用斜探头探伤(图2位置2)。
5.1.2 扫查方式
5.1.2.1 为探测纵向缺陷，斜探头垂直于焊缝中心线放置在探伤面上，作锯齿型扫查见图4。探头前后移动的范围应保证扫查到全部焊缝截面及热影响区。在保持探头垂直焊缝作前后移动的同时，还应作10°～15°的左右转动。

图 4 锯齿形扫查

5.1.2 .2 为探测焊缝及热影响区的横向缺陷应进行平行和斜平行扫查。
a.B级检验时，可在焊缝两侧边缘使探头与焊缝中心线成10°～20°作斜平行扫查(图5)；

图 5 斜平行扫查

b.C级检验时，可将探头放在焊缝及热影响区上作两个方向的平行扫查(图6)，焊缝母材厚度超过100mm时，应在焊缝的两面作平行扫查或者采用两种角度探头(45°和60°或45°和70°并用)作单面两个方向的平行扫查；亦可用两个45°探头作串列式平行扫查；

图 6 平行扫查

5.1.3.3 为确定缺陷的位置、方向、形状、观察缺陷动态波形或区分缺陷讯号与伪讯号，可采用前后、左右、转角、环绕等四种探头基本扫查方式(图7)。

图 7 四种基本扫查方法

5.2 设备的调整
5.2.1 管座角焊缝以直探头检验为主，对直探头扫查不到的区域或结构，缺陷方向性不适于采用直探头检验时，可采用斜探头检验。
5.2.2 直探头检验的规程
a.推荐采用频率2.5MHz直探头或双晶直探头，探头与工件接触面的尺寸W应小于2R；
b.灵敏度可在与工件同曲率的试块上调节，也可采用计算法或DGS曲线法，以工件底面回波调节。其检验等级评定见表2。

表 2 直探头检验等级评定mm

检 验 等 级
灵 敏 度
A
B
C
评定灵敏度

定量灵敏度

判废灵敏度

5.2.3 距离－波幅(DAC)曲线的绘制
5.2.4 距离－波幅曲线由选用的仪器、探头系统在对比试块上的实测数据绘制见图8，其绘制方法见附录D，曲线由判废线RL，定量线SL和评定线EL组成，不同验收级别的各线灵敏度见表3。表中的DAC是以3mm标准反射体绘制的距离-波幅曲线——即DAC基准线。评定线以上至定量线以下为Ⅰ区(弱信号评定区)；定量线至判废线以下为Ⅱ区(长度评定区)；判废线及以上区域为Ⅲ区(判废区)。

图 8 距离－波幅曲线示意图

表 3 距离－波幅曲线的灵敏度

级 别
板厚，mm
DAC
A
B
C
8～50
8～300
8～300
判废线
DAC
DAC－4dB
DAC－2dB
定量线
DAC－10dB
DAC－10dB
DAC－8dB
评定线
DAC－16dB
DAC－16dB
DAC－14dB

5.2.5 仪器调整的校验
5.2.5.1 每次检验前应在对比试块上，对时基线扫描比例和距离波幅曲线(灵敏度)进行调节或校验。校验点不少于两点。
5.5.2 检验过程中每4h之内或检验工作结束后应对时基线扫描和灵敏度进行校验，校验可在对比试块或其他等效试块上进行。
5.2.5.3 扫描调节校验时，如发现校验点反射波在扫描线上偏移超过原校验点刻度读数的10%或满刻度的5%(两者取较小值)，则扫描比例应重新调整，前次校验后已经记录的缺陷，位置参数应重新测定，并予以更正。
5.2.5.4 灵敏度校验时，如校验点的反射波幅比距离波幅曲线降低20%或2dB以上，则仪器灵敏度应重新调整，并对前次校验后检查的全部焊缝应重新检验。如校验点的反射波幅比距离-波幅曲线增加20%或2dB以上，仪器灵敏度应重新调整，而前次校验后，已经记录的缺陷，应对缺陷尺寸参数重新测定并予以评定。
5.3 检测的实施
5.3.1 一般要求
5.3.1.1 超声检验应在焊缝及探伤表面经外观检查合格并满足4.1.2条的要求后进行。
5.3.1.2 检验前，探伤人员应了解受检工件的材质、结构、曲率、厚度、焊接方法、焊缝种类、坡口形式、焊缝余高及背面衬垫、沟槽 等情况。
5.3.1.3 探伤灵敏度应不低于评定线灵敏度。
5.3.1.4 扫查速度不应大于150mm／s，相邻两次探头移动间隔保证至少有探头宽度10%的重叠。
5.3.1.5 对波幅超过评定线的反射波，应根据探头位置、方向、反射波的位置及5.3.1.2条了解的焊缝情况，判断其是否为缺陷。判断为缺陷的部位应在焊缝表面作出标记。
5.3.2 检验频率
检验频率f一般在2～5MHz范围内选择，推荐选用2～2.5MHz公称频率检验。特殊情况下，可选用低于2MHz或高于2.5MHz的检验频率，但必须保证系统灵敏度的要求。
5.3.3 探头角度
5.3.3.1 斜探头的折射角β或K值应依据材料厚度，焊缝坡口型式及预期探测的主要缺陷种类来选择。对不同板厚推荐的探头角度和探头数量见表2。
5.3.3.2 串列式扫查，推荐选用公称折射角均为45°的两个探头， 两个探头实际折射角相差不应超过2°，探头前沿长度相差应小于2mm。为便于探测厚焊缝坡口边缘未熔合缺陷，亦可选用两个不同角度的探头，但两个探头角度均应在35°～55°范围内。
5.3.4 耦合剂
5.3.4.1 应选用适当的液体或糊状物作为耦合剂，耦合剂应具有良好透声性和适宜流动性，不应对材料和人体有损伤作用，同时应便于检验后清理。
5.3.4.2 典型的耦合剂为水、机油、甘油和浆糊，耦合剂中可加入适量的“润湿剂”或活性剂以便改善耦合性能。
5.3.4.3 在试块上调节仪器和产品检验应采用相同的耦合剂。

5.3.5 检测面为曲面时的要求
5.3.5.1 按3.3.2.3和3.3.2.4条的规定选用对比试块，并采用平板焊缝扫查方法进行检验，C级检验时，受工件几何形状限制，横向缺陷探测无法实施时，应在检验记录中予以注明。
5.3.5..2 探头接触面修磨后，应注意探头入射点和折射角或K值的变化，并用曲面试块作实际测定。
5.3.5.3 当R大于采用平面对比试块调节仪器时，检验中应注意到荧光屏指示的缺陷深度或水平距离与缺陷实际的径向埋藏深度或水平距离弧长的差异，必要时应进行修正。
5.3.6 a.尽可能采用平板焊缝检验中已经行之有效的各种方法；
b.在选择探伤面和探头时应考虑到检测各种类型缺陷的可能性，并使声束尽可能垂直于该结构焊缝中的主要缺陷。

5.4 缺陷的特性（定位、定量、定性）
5.4.1 规定检验只对初始检验中被标记的部位进行检验。
5.4.2 探伤灵敏度应调节到评定灵敏度。
5.4.3 对所有反射波幅超过定量线的缺陷，均应确定其位置，最大反射波幅所在区域和缺陷指示长度。
5.4.4 最大反射波幅的测定
5.4.4.1 对判定为缺陷的部位，采取10.2.3条的探头扫查方式、增加探伤面、改变探头折射角度进行探测，测出最大反射波幅并与距离波幅曲线作比较， 确定波幅所在区域。波幅测定的允许误差为2dB。
5.4.4.2 最大反射波幅A与定量线SL的dB差值记为SL±——dB。
5.4.5 位置参数的测定
5.4.5.1 缺陷位置以获得缺陷最大反射波的位置来表示，根据相应的探头位置和反射波在荧光屏上的位置来确定如下全部或部分参数。
a.纵坐标L代表缺陷沿焊缝方向的位置。以检验区段编号为标记基准点(即原点)建立坐标。坐标正方向距离L表示缺陷到原点之间的距离见图9；

图 9 纵坐标L示意图

b.深度坐标h代表缺陷位置到探伤面的垂直距离(mm)。以缺陷最大反射波位置的深度值表示；
c.横坐标q代表缺陷位置离开焊缝中心线的垂直距离，可由缺陷最大反射波位置的水平距离或简化水平距离求得。
5.4.5.2 缺陷的深度和水平距离(或简化水平距离)两数值中的一个可由缺陷最大反射波在荧光屏上的位置直接读出，另一数值可采用计算法、曲线法、作图法或缺陷定位尺求出。
5.4.6 尺寸参数的测定
应根据缺陷最大反射波幅确定缺陷当量值Φ或测定缺陷指示长度Δl。
5.4.6.1 缺陷当量Φ，用当量平底孔直径表示，主要用于直探头检验，可采用公式计算，DGS曲线，试块对比或当量计算尺确定缺陷当量尺寸。
5.4.6.2 缺陷指示长度Δl的测定推荐采用如下二种方法。
a.当缺陷反射波只有一个高点时，用降低6dB相对灵敏度法测长见图10；

图 10 相对灵敏度测长法

b.在测长扫查过程中，如发现缺陷反射波峰值起伏变化，有多个高点，则以缺陷两端反射波极大值之间探头的移动长度确定为缺陷指示长度，即端点峰值法见图11。

图 11 端点峰值测长法

5.4.7 超过评定线的信号应注意其是否具有裂纹等危害性缺陷特征：如有怀疑时应采取改变探头角度、增加探伤面、观察动态波型、结合结构工艺特征作判定，如对波型不能准确判断时，应辅以其他检验作综合判定。
5.4.7 最大反射波幅位于Ⅱ区的缺陷，其指示长度小于10mm时按5mm计。
5.4.7 相邻两缺陷各向间距小于8mm时，两缺陷指示长度之和作为单个缺陷的指示长度。

6. 验收准则

6.1 检验结果的等级分类

6.1.1 裂纹、未焊透、未熔合以及检验人员认为是危害性缺陷的不允许存在。
6.1.2 最大反射波幅位于Ⅱ区的缺陷，根据缺陷指示长度按表4的规定予以评级。

表 4 缺 陷 的 等 级 分 类

检 验 等 级
板厚，mm
评 定 等 级
A
B
C
8～50
8～300
8～300
Ⅰ
；最小12

Ⅱ
；最小12

Ⅲ
＜δ；最小20

Ⅳ
超 过 三 级 者

7. 检测后的工艺规程
a） 不合格产品处置
b） 加涂防护层
8. 检测报告的编制
8.1 检验报告主要内容：工件名称、合同号、编号、探伤方法、探伤部位示意图、检验范围、探伤比例验收标准、缺陷情况、返修情况、探伤结论、检验人员及审核人员签字等。
8.2 检验记录和报告应至少保存7年。
8.3 检验记录和报告的推荐格式见附录F。