【案例4】超声检测内坡口焊缝实战分析

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电站锅炉可以简单拆分为大管道、小管子以及容器等部件，即“四大管道”、“四小管”、锅筒（汽水分离器）等部件通过焊接的方式组成。电站锅炉部件承载高温、高压，服役于恶劣环境中，因此其焊缝检测要求也非常严格，焊缝中的缺陷大多在安装过程中得以发现并消除。而我们搞锅炉定期检验，大多以表面检测（磁粉检测）发现的问题为主，超声检测发现的问题相对较少。

前段时间，与菏泽安源工程检测有限公司技术负责人李福山，探讨无损检测现场发现的一些问题，李工拥有丰富的现场经验，善于分析问题与总结经验，对超声检测有着独到的见解。承蒙李工厚爱，分享了几篇超声检测案例，学习了一遍，似乎不过瘾，又反复学习了几遍，每次学习后，收获颇多。其中一篇《东明石化锅炉主蒸汽安装过程中的UT问题》的案例，存在许多共鸣之处，并征得李工本人同意后，将案例分享出来。

“2016年9月1日接到公司通知，要求去东明石化UT检测锅炉主蒸汽管线，规格为Φ370×30mm，于是，找了一个K1探头、一个K2探头、一个直探头，并做好曲线后来到现场。

按照惯例，还是先测试了厚度。直管段厚度为30mm，弯管段厚度为41mm，而且弯管的厚度也是不断变化的，外弯管最厚为41mm，内弯管最薄为30mm。

实际焊接过程中，如果焊口组装过程中已经形成错口，无疑是加大了后期UT的难度，观察焊口外表面，直管和弯管外径相同，没有明显错口趋势。这种情况如果没有内坡口，氩弧焊打底无法操作（30mm与40mm对接），于是要求焊接工人带我去组装车间。

通过观察发现，图（1）组装时有内坡口，而且内坡口角度没有任何规律，我用取型规取了几个弯管的截面图，发现即使相同位置，不同弯管截面图不同；图（2）双V型坡口；图（3）取型规。

因为现场取型的第一手资料遗忘在现场，我大概画了一下集中坡口形式：

这种坡口形式似将导致二次波对缺陷的定位失去准确性，仪器显示的水平定位将大于真实水平值。

弄明白大概的坡口形式后，开始着手UT探伤，在这过程中遇到一个焊口，K1、K2探头都能检测到极高的波幅，且超过RL16dB左右，水平定位在焊缝中心线与探头之间，深度显示K1为35mm，K2为37mm。探头拿到直管侧无法找到任何缺陷回波，只有余高反射回波。初步定性为缺陷。（K2探头波形图）

因为该管道为高温高压类铬钼钢，加上余高厚度在35mm左右，返修时为了避免出现裂纹类缺陷，不能使用高温切割工具，只能用磨光机局部打磨，耗时耗力，一旦误判，对工程造成的影响很大。

于是用SIUI2.5Z10×10A60度探头。此类探头可专用为判断根部缺陷（根部裂纹和根部未焊透），这个作用最先被发现，缘于一次在实验室百无聊赖的试验，但是拿出SIUI2.5Z10×10A70、SIUI2.5Z10×10A60、SIUI2.5Z10×10A45、SIUI5Z10×10A70、SIUI5Z10×10A60、SIUI5Z10×10A45六种规格的探头，在CSK-IIIA试块上利用端角反射测厚，无意间发现SIUI2.5Z10×10A60探头所测得CSK-IIIA试块厚度值与真实值相差极大，更换成同种规格探头校正后重新测试，所得试验结果未变，于是产生将SIUI2.5Z10×10A60探头用于测试根部缺陷的想法。后经过思考明白原因，并证明该方法可行。（注意：该方法仅对高度大于3mm端角有效，高度小于4mm的端角，60度探头显示深度和其他规格的探头相差无几）

由图可知，横波斜探头入射角度在35°~55°时，端角反射率最高，接近百分之百，SIUI2.5Z10×10A60因为存在大约10度左右的上下扩散角，所以发生端角反射时，回波最高处不是60°的主声束反射，而是端角反射率近百分之百的下扩散角55度左右出，这将导致仪器的显示值远小于反射面的真实值。

将规格为SIUI2.5Z10×10A60的探头，再次拿到该管口上进行UT检测，结果显示一极高的波幅，超过RL线16dB左右，水平定位在焊缝中心与探头之间，深度定位39.9mm。探头拿到管侧无法发现任何缺陷回波。（SIUI2.5Z10×10A60波形图）

目前出现的状况开始让我迷惑，如果判定“缺陷”是体积状态的，从弯管侧45°和60°探头都能找到，并有差不多的波幅可以解释，但是探头拿到对侧却无法找到该“缺陷”，无法解释。如果判定该“缺陷”是面积状的，可以解释从直管侧发现的与余高共存的波，但解释不了为何45°和60°探头有差不多的波幅。

因为管道内壁结构复杂，考试考虑内壁结构波，向一些老师请教后大多建议放行，均怀疑管道内壁结构波。为了保险起见，采用XXG3005射线机对该焊口进行RT。

因透照厚度接近80mm，为互相参考曝光，观察底片，不存在明显缺陷。经过和各位老师交流，各位老师认为由内壁结构引起的回波，建议放行。为了弄明白该回波到底来自哪里，找到一简易内窥镜（当时距离该管口3.5m处有一新焊口，吊装完成，只能组装。）

下图为内窥镜拍摄未有反射波处，此处焊缝成型良好。

内窥镜拍摄有反射波处，此处焊缝存在明显内凹。

因始终无法弄清楚反射回波来源，遂将情况反馈到安装方，经安装方领导同意，决定对该出修模，我同一名焊接师傅一同来到现场，个该师父沟通后，他一边打磨，我一边观察，直至磨透未发现所谓的大缺陷。使用2.5Z10×10A60探头对磨透的该处重新检测，该波幅仍存在，但波幅明显提高，超过RL线30dB，用钢尺占耦合剂拍打该坡口处，波幅明显跳动。经过思考，得到如下假设：

这种情况下端角发生了“转动”，我们采用45、60、70度探头扫查时，相当于入射端角的角度发生了改变，所以上文提到的采用60°探头测试根部反射的方法实际已经不适用。这也是为什么45°显示35mm（下扩散角），60°显示39mm（上扩散角），因为在35°~55°范围内端角反射率最高。转动的端角如下图，可以明显看到探头入射角未发生改变，但实际入射端角的角度已经改变。

综上所示，该回波时根部未焊透，导致的端角反射。”

PS：非常精彩的一篇现场检测案例，学习了几遍后，获得了许多收获。

在电站锅炉的检测中，发现大多管道存采用了内坡口的形式，母材厚度大多要比焊缝高度要高5mm左右。管道内壁存在内坡口，给超声检测带来诸多不便，特别对于焊缝的根部缺陷，由于机构复杂，根部缺陷反射波与余高反射波，以及内壁结构反射波掺杂在一起，难于辨别缺陷波与内壁结构波，因此大多根部反射不会判定为缺陷。

对于存在内坡口的焊缝，发现存在怀疑部位，可以将焊缝打磨平整，用直探头扫查该部位，测量是否是内壁台阶引起的结构波或内凹反射波，再或是缺陷反射波。

• 责任编辑：曹智
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