壓力容器的超聲檢測技術及應用

翁 荻

金華市特種設備檢測中心，浙江金華 321015

0 引言

為了確保壓力容器的安全質量，從壓力容器使用的原材料開始就要通過無損檢測來進行質量控制。壓力容器使用的原材料包括金屬板材、管材、棒材、鍛件和鑄件等，需根據這些材料制造工藝和幾何形狀采用不同的無損檢測技術，本文主要探討了壓力容器的超聲檢測技術相關問題。

1 壓力容器的超聲檢測技術

1.1 壓力容器板材超聲檢測

板材主要用于制造壓力容器的殼體，一般厚度為6mm～250mm，大多數壓力容器用的鋼板厚度為8mm～40mm。鋼板制造廠多采用超聲局部水浸法檢測，壓力容器制造廠多采用接觸法復驗。在用壓力容器一般不進行鋼板超聲檢測，當發現測厚異常以及鼓包等特殊情況時再做該項工作[1]。

1）厚度小于6mm 薄板的超聲檢測。對于厚度小于6mm的薄板，如果用單晶直探頭法，由于其板厚可能在盲區內，缺陷難以分辨，因此改用蘭姆波（板波）進行探傷；2）6mm～20mm 鋼板的超聲檢測。此類鋼板應采用雙晶直探頭檢測，探頭頻率選用5MHz 效果比2.5MHz 要好，晶片面積要求不小于150mm2；3）厚度大于20mm 鋼板的超聲檢測。此類鋼板應采用2.5MHz（板厚小于40mm）或5MHz（板厚小于250mm）的單晶直探頭（圓晶片直徑為Φ14mm～25mm）。用單直探頭檢測厚度大于20mm的鋼板時，CBII 標準試塊應符合規定；4）壓力容器鋼板橫波檢測。原則上選用K1 斜探頭，圓晶片直徑應在13mm～25mm 之間，方晶片面積應不小于200mm2。如有特殊需要也可選用其他尺寸和K 值的探頭，檢測頻率為2MHz～5MHz；5） 復合板超聲檢測。掃查方式如下：（1）掃查方式可采用100%掃查或沿鋼板寬度方向，間隔為50mm的平行線掃查；（2）根據合同、技術協議書或圖樣的要求，也可采用其他掃查形式；（3）在坡口預定線兩側各50mm 內應作100%掃查。6） 承壓設備用鋁及鋁合金和鈦及鈦合金板材的超聲檢測。可選板材的任一軋制表面進行檢測。若檢測人員認為需要或設計上有要求時，也可選板兩軋制表面分別進行檢測。探頭沿垂直于板材壓延方向，間距不大于40mm的平行線進行掃查。在板材剖口預定線兩側各50mm 內應作100%掃查。將探頭置于待檢板材完好部位，調節第一次底波高度為熒光屏滿刻度的80%，以此作為基準靈敏度。耦合方式可采用直接接觸法或液浸法。

1.2 高壓螺栓的超聲檢測

在役高壓螺栓或螺柱，由于清洗困難，磁粉檢測效果不是很好，常采用超聲檢測。在用螺栓或螺柱的超聲檢測，除符合規定外，還應對螺紋根部是否有裂紋進行檢測，其主要檢測內容如下：

1）在螺栓或螺柱端部采用縱波小K 值斜探頭進行縱波斜入射檢測；2）在螺栓或螺柱無螺紋部位應采用K1.5～K2.5，頻率為2.5MHz的橫波斜探頭進行軸向檢測；3）縱波斜入射檢測和橫波軸向檢測的對比試樣應采用與被檢工件材料、形式和規格相同或相近的螺栓或螺柱制作。人工缺陷反射體（切槽）位于最大探測聲程處并應垂直于螺栓或螺柱的軸線；4）在用螺栓或螺柱超聲檢測時，如在螺紋根部出現比切槽回波高的缺陷反射波時，應予以判廢。

1.3 焊縫的超聲檢測

焊縫質量直接影響產品的使用壽命及安全性，超聲波探傷是保證焊縫質量的重要檢測手段之一。焊縫內部質量一般用射線來檢測，但對于厚壁容器或焊縫中的裂紋、未熔合等危險性缺陷，超聲檢測方法優于射線檢測。

JB/T 4730-2005 標準對母材厚度為8mm～400mm的全焊透熔化焊對接焊縫的超聲檢測進行了明確規定，并指出應檢測到整條焊縫、熔合線和熱影響區。

2 換熱器殼體的超聲檢測

煉油廠加氫車間的一臺換熱器管程和殼程的筒體材料為15CrMo，筒體壁厚為42mm～45mm，封頭壁厚為44mm～46mm；管箱筒體材料為20CrMo，壁厚為37mm～44mm；管箱封頭材料為15CrMo，壁厚為50mm～52mm；內襯及堆焊層材料為不銹鋼（牌號不詳）。

對該換熱器進行外觀檢查、內襯檢漏、壁厚測定、金相分析、磁粉檢測、著色檢測以及氣密性試驗，所有檢驗均正常，判為合格。

用2.5P13×13K1 斜探頭從換熱器殼體外壁對焊縫進行超聲檢測，用CSK-IA 標準試塊測定探頭的前沿和K 值，用CSK-IIIA標準試塊確定靈敏度、制作距離-波幅曲線，最大壁厚為44mm板的定量線靈敏度為Φ1×6-3dB，對接焊縫采用B 級檢測等級，單面雙側探傷，檢測區域的寬度為焊縫本身寬度加上焊縫兩側相當于母材厚度30%的區域，最大為10mm，探頭移動區域應大于1.25P，掃查速度應小于150mm/s，相鄰兩次探頭移動間隔保證有探頭寬度10%的重疊，對波幅超過定量線的回波，根據探頭的位置確定出缺陷的位置，缺陷位置測定應以獲得缺陷最大反射波的位置為準，缺陷的深度和水平距離從儀器上可以直接獲得，用6dB法測量缺陷的指示長度，用缺陷估判程序和波形判斷法確定缺陷的性質，用對接焊接接頭質量分級來判斷缺陷是否超標，板厚單個缺陷的指示長度最大不超過25mm，若是裂紋等危害性缺陷，直接判為不合格，共發現八個超標缺陷。按“合于使用”原則進行綜合判定，通過缺陷的斷裂和疲勞評定，得出該換熱器仍可安全運行4年的結論。

3 結論

本文總結了生產中常見的幾種典型承壓設備的超聲檢測方法，舉例說明了在換熱器上超聲檢測應用，并且介紹各種檢測方法注意事項，對于工程人員參考具有一定價值。

[1]李衍.ASME 規范案例和焊縫超聲檢測新規定[J].無損檢測，2005，27(2).

[2]張萬嶺，沈功田.壓力容器無損檢測--換熱器的無損檢測技術[J].無損檢測，2005，27(6).