超聲檢測在壓力容器定期檢驗中的應用

王艷玲，付文軍

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院安陽分院，河南安陽455000）

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超聲檢測在壓力容器定期檢驗中的應用

王艷玲，付文軍

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院安陽分院，河南安陽455000）

摘要：結合實際工作，根據新修訂的《承壓設備無損檢測第3部分超聲檢測》（NB/T47013.3-2015），闡述了無損檢測中超聲檢測的定義，范圍和優缺點，分析了超聲檢測在壓力容器定期檢驗中的應用，為超聲檢測在實際工作中的應用指出了方向。

關鍵詞：無損檢測；超聲檢測；壓力容器；定期檢驗

壓力容器定期檢驗，是指特種設備檢驗機構按照一定的時間周期，在壓力容器停機時，根據《壓力容器使用管理規則》（TSG R7001-2013）的規定對在用壓力容器的安全狀況所進行的符合性驗證活動。

目前壓力容器全面檢驗所用到的無損檢測方法由NB/T4730-2005中的五種增加到了NB/ T47013.3-2015中的12種，分別是：射線檢測，磁粉檢測，滲透檢測，超聲檢測，渦流檢測，泄露檢測，目視檢測，聲發射檢測，衍射時差法超聲檢測，X射線數字成像檢測，漏磁檢測和脈沖渦流檢測等。

1 超聲檢測的定義、范圍和優缺點

超聲檢測是在壓力容器定期檢驗中比較常用的無損檢測方法之一，即在不破壞檢測對象的前提下，利用超聲波與工件相互作用，就反射，透射和散射的波進行研究分析，從而對工件進行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量，組織結構和力學性能變化的檢測和表征，并進而對其特定應用性進行評價的技術。在特種設備檢測實際應用中，通常指的是宏觀缺陷檢測和材料厚度的確定。

超聲檢測的能力范圍很廣，主要集中在以下幾個方面。1）能檢測出原材料（板材、復合板材、管材、鍛件等）和零部件中存在的缺陷；2）能檢測出焊接接頭內存在的缺陷，面狀缺陷檢出率較高；3）超聲波穿透能力強，可用于厚度大于100mm以上的原材料和焊接接頭的檢測；4）能確定缺陷的位置和相對尺寸。但是它也有一定的局限性：1）較難檢測粗晶材料和焊接接頭中存在的缺陷；2）缺陷位置、取向和形狀對檢測結果有一定的影響；3）A型缺陷檢測不直觀，檢測記錄信息少；4）較難確定體積狀缺陷或面狀缺陷的具體性質。在實際檢測中，檢測人員要根據實際情況進行超聲作業。

壓力容器定期檢驗超聲檢測所采用的設備為A型脈沖反射式超聲檢測儀。主要利用顯示屏中顯示出的信號和波形來判斷缺陷的位置，利用分析計算得出缺陷的大小，形狀，從而利用《承壓設備無損檢測第3部分超聲檢測》（NB/T47013.3-2015）中缺陷評級來評定缺陷級別。

2 實際工作中的案例和檢測步驟

以某企業一臺貯液器的定期檢驗為例，如圖1所示。該設備主要由筒體和封頭組成，Ⅲ類容器，材料均為Q235C，壁厚均為16mm，設計壓力2.0MPa，設計溫度50℃，內徑長1600mm，高5672mm，盛裝介質為R717，X型坡口，埋弧自動焊。

圖1 貯液器示意圖

《承壓設備無損檢測第3部分超聲檢測》（NB/ T47013.3-2015）規定，針對設備中埋藏缺陷，應當選取超聲檢測或者射線檢測等方法，此次我們采取超聲檢測中脈沖反射法對該設備進行探傷，著重部位為環縫和縱縫的焊接接頭。

2.1 檢測技術等級和檢測比例的選取

由于不同類別焊接接頭的重要性、失效后果嚴重性和危害性存在差異，有必要根據實際情況采用相適應的超聲檢測技術等級對焊接接頭進行檢測。不同檢測技術等級對質量的保證是不一樣的。焊接接頭超聲檢測技術等級分為A、B、C三級。

A級檢測適用于工件厚度為6～40mm焊接接頭的檢測，可用一種折射角斜探頭采用直射波法和一次反射波法在焊接接頭的單面雙側進行檢測。如受條件限制，也可以選擇雙面單側或單面單側進行檢測。

B級檢測一般適用于工件厚度為6～200mm焊接接頭的檢測，一般進行橫向缺陷的檢測。

C級檢測一般適用于工件厚度大于等于6～500mm的焊接接頭的檢測，采用C級檢測要將焊縫余高磨平，工件厚度大于15mm一般在雙面雙側進行檢測，工件厚度大于40mm的對接接頭，還應增加直探頭檢測，還要進行橫向檢測。

依據《固定式壓力容器安全技術監察規程》（TSG R0004-2009）的要求［1］，該設備為第Ⅲ類壓力容器，設計壓力為2.0MPa，所以焊接接頭的超聲檢測比例為100%，技術檢測等級為B級。

2.2 試塊的選用

試塊分為標準試塊和對比試塊兩種。標準試塊是指具有規定化學成分、表面粗糙度、熱處理及幾何形狀的材料塊，用于評定和校準超聲檢測設備。對比試塊是指與被檢件或材料化學成分相似，含有意義明確參考反射體的試塊，用以調節超聲檢測設備的幅度和聲程，以將所檢測出的缺陷信號與已知反射體所產生的信號相比較，即用于檢測校準的試塊。

依據《承壓設備無損檢測第3部分超聲檢測》（NB/T47013.3-2015），焊接接頭超聲檢測采用標準試塊為CSK-IA，因為該設備筒體壁厚16mm，所以選取對比試塊為CSK-IIA-1。

2.3 耦合劑的選用

耦合劑的好壞決定著超聲能量傳入工件的聲強透射率高低。在焊縫檢測中，常用的耦合劑有：甘油、水、機油、化學糨糊等。甘油耦合效果最好，但價位較高。一般情況下，選用機油或化學糨糊。本次檢測選擇的耦合劑為化學糨糊。

2.4 探頭的選擇

特種設備焊縫一般晶粒較細，且超聲波各向同性。因此，檢測波形一般為橫波，頻率為2.5～5MHz。一般斜探頭K值根據母材的板厚來選取。板厚較薄的采用較大K值，以避免近場區檢測，提高定位、定量精度。板厚較厚選用較小K值，以便縮短聲程、減小衰減、提高檢測靈敏度，還可以減小探頭移動區、減小打磨寬度。經實際測量，焊縫寬度為20mm，依據《承壓設備無損檢測第3部分超聲檢測》（NB/T47013.3-2015）［4］的要求，此次選取探頭型號為2.5P13x13K2。

2.5 檢測區的確定和檢測面的準備

檢測區由焊接接頭寬度和焊接接頭檢測區厚度表征。檢測區寬度為焊縫本身加上焊縫熔合線兩側各10mm。該設備檢測區寬度為40mm。為保證超聲檢測可以檢測到整個檢測區，所以探頭移動區寬度應不小于1.25P，針對本次檢測，探頭移動區不小于80mm，所以本次檢測要求使用單位做檢驗前準備工作時，打磨寬度不小于80mm。

2.6 靈敏度的選擇

依據《承壓設備無損檢測第3部分超聲檢測》（NB/T47013.3-2015）的要求，工件厚度為6～200mm的焊接接頭，斜探頭檢測時，采用CSK-IIA試塊制作距離-波幅曲線，掃查靈敏度不低于φ 2x40-18dB，檢測范圍內最大聲程處的評定線高度不低于熒光屏滿屏刻度的20%。此次掃查靈敏度為φ2x40-18dB。

2.7 掃查方法的選擇

斜探頭掃查方法分為前后、左右、轉角和環繞等四種基本掃查方式。檢測橫向缺陷時，可在焊接接頭兩側邊緣使斜探頭與焊接接頭中心線成不大于10°作兩個方向的斜平行掃查。掃查速度不超過150mm/s。

2.8 缺陷的評定

超過評定線的信號都要記錄下來，經過計算分析確定缺陷的位置和特性，判斷其是否具有裂紋、未焊透、未熔合等類型的缺陷特征，如有懷疑，應采取改變K值，增加檢測面，觀察動態波形并結合結構工藝特征作評定，如對波形不能判斷時，應輔以其他檢測方法，如射線等作綜合評定。最后依據《承壓設備無損檢測第3部分超聲檢測》（NB/ T47013.3-2015）中鍋爐、壓力容器本體焊接接頭超聲檢測質量分級來進行缺陷評級。

2.9 缺陷處理

對超聲波檢測出的缺陷，告知使用單位，要求使用單位對這些缺陷進行處理，處理后繼續對缺陷部位作超聲檢測，若達到壓力容器使用許可的范圍，則可繼續投入使用，否則不得投入使用。

3 結束語

在壓力容器定期檢驗中，超聲檢測是目前最為簡便、有效的檢測手段之一，筆者認為，隨著檢測技術的日益發展，在實際工作中，對缺陷的定位、定量、定性將會更加精確，這對特種設備的安全將會是更大的一層保障。

參考文獻：

［1］國家質量技術監督檢驗檢疫總局.固定式壓力容器安全技術監察規程:TSG R0004-2009［S］.北京：新華出版社，2009.

［2］國家質量技術監督檢驗檢疫總局.壓力容器定期檢驗規則:TSG R7001-2013［S］.北京：新華出版社，2013.

［3］國家質量技術監督檢驗檢疫總局.壓力容器使用管理規則:TSG R5002-2013［S］.北京：新華出版社，2013.

［4］國家能源局.承壓設備無損檢測第3部分：超聲檢測: NB/T47013.3-2015［S］.北京：新華出版社，2015.

（責任編輯：郝安林）

On the Application of UT in Regular Inspection of Pressure Vessel

WANG Yanling，Fu Wenjun
（The Boiler and Pressure Vessel Safety Inspection Institute of Anyang branch of Henan Province，Anyang 455000，China）

Abstract：Combining with practical work and NBT/47013.3-2015，this article presents the definition，scope，advantages and disadvantages of NDT（Nondestructive Testing），analysis the application of UT（Ultrasonic Test）in the regular inspection of pressure vessel，guiding for ultrasonic testing in practice.

Key words：NDT；UT；pressure vessel；regular inspection

中圖分類號：TB55

文獻標志碼：A

文章編號：1673-2928（2016）02-0016-03

收稿日期：2015-12-10

作者簡介：王艷玲（1988-），女，河南洛陽人，河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院安陽分院助工，主要從事特種設備定期檢驗工作。