管道焊缝超声P扫描成像检测技术

管道焊缝超声P扫描成像检测技术（共4篇）

1.管道焊缝超声P扫描成像检测技术 篇一

5Ni钢焊缝超声波检测异常反射波分析

孙宝民 陆凯

【摘要】某厂5Ni钢大规模焊接产品，验收超声波探伤检测时发现在焊缝熔合线与钢材厚度方向偏中心位置，断断续续有异常回波产生，并且回波峰值超常。验收部门验收不合格，引发大批产品不合格，产生纠纷。针对该现象，采取宏观检查，金相观察，能谱分析等方法进行分析。结果表明，因焊接施工操作不当，使焊材熔敷金属与5Ni钢在熔融时冷却的时间产生异样，导致焊缝内局部区域存在母材金属，隔离了焊缝的连续性，在超声波探伤时产生了声阻抗反射波现象。关键词：5Ni钢；焊接缺陷；金相分析；能谱分析 1.概述 随着天然气（LNG）在全球消耗量的持续增长导致开采量井喷式急剧增长，国内外相续不断建造大型LNG储存设施。目前大型低温储罐和压力容器中镍钢基本取代了Ni-Gr不锈钢成为建设LNG低温储罐的主要材料，有效的焊接对于LNG储罐的安全和可靠性是非常关键的，而焊缝的检测则是保证焊缝质量的关键。本文所述的超声波探伤在焊缝区域有异常回波现象的焊接接头是某型号液罐上使用的X12Ni5钢板的对接接头。在施焊完毕后，接头经100%超声探伤（UT）及射线探伤（RT），发现焊接试板在超声波探伤时，有异常反射波且均超标，但经X光射线拍片底片未发现任何缺陷，且该现象为陆陆续续产生。通过在超声探伤有异常回波的位置采取宏观检查、金相观察、能谱分析等方法，分析了超声波探伤时产生回波的原因。5Ni钢焊接接头采用X形坡口，反面清根，双面焊。样品的形貌如图1所示，我们对图中焊缝标注异常区域进行了分析。2.焊接接头检测 图1 送检试样的宏观形貌 图2 低倍试样取样位置（1）宏观金相检测超声波探伤 根据超声波检测缺陷标识位置，截取焊缝低倍试样，焊缝低倍试样的取样位置如图2所示。每个焊接试样按图中标注的方向定义为上剖面和下剖面，a为上剖面，b为下剖面。试样经磨床磨光后，根据GB/T 226—1991标准进行冷酸侵蚀，试样的低倍组织形貌如图3~图7所示。根据GB/T 6417.1—2005标准对焊缝试面进行评定，所检试面焊缝与母材熔合良好，未见焊接缺陷。图3 1#试样上、下剖面焊缝低倍组织的宏观形貌 图5 3#试样上、下剖面焊缝低倍组织的宏观形貌（2）微观金相检测 分别按委托者提供的异常位置截取3#、4#金相试样，取样位置如图

8、图9所示。试样经镶嵌、磨抛、化学侵蚀后，置于显微镜下观察，3#试样的焊缝内可见与母材金属一致的显微组织，母材的显微组织形貌则存在偏析现象；4#试样的焊缝内可见与母材金属一致的显微组织，母材的显微组织形貌存在偏析现象（见图10~图17）。图4 2#试样上、下剖面焊缝低倍组织的宏观形貌 图6 4#试样上、下剖面焊缝低倍组织的宏观形貌 图7 5#试样上、下剖面焊缝低倍组织的宏观形貌 图8 3#金相试样的取样位置 图9 4#金相试样的取样位置 图10 3#试样焊缝区域剖面侵蚀态形貌 图11 3#试样焊缝区域剖面侵蚀态形貌 图12 3#试样基体的显微组织 图13 3#试样的焊缝显微组织 图14 4#试样焊缝区域剖面侵蚀态形貌 图15 4#试样焊缝区域剖面侵蚀态形貌 图16 4#试样基体显微组织形貌 图17 4#试样焊缝显微组织（3）能谱分析 将3#、4#金相试样置于扫描电镜下观察，对焊缝、母材以及焊缝内异常组织进行元素定性及半定量分析，能谱分析结果如附表所示。能谱分析结果注：该表只显示质量分数。元素 3#焊缝母材异常焊缝母材异常3#3#4#4#4#Si 0.68 0.19 0.45 0.62 0.36 0.47 Mo 2.07— —1.97— —Cr 18.82— —17.55— 0.63 Mn 4.2 0.58 0.79 3.68 0.61 0.65 Fe 57.10 95.05 94.01 61.99 94.65 93.93 Ni 17.13 4.17 4.75 14.18 4.39 4.32 由此可见，3#试样的焊缝金属具有一定量的Cr元素及相当规模的Ni含量，而母材金属的Ni含量较焊缝金属Ni的含量低，只在4.0%~5.0%之间，而在焊缝中异常存在的金属组织的能谱分析结果与母材金属接近，4#试样与3#的分析结果一致。3.结语（1）截取探伤异常区域的焊接低倍试样，低倍组织未见焊接缺陷。（2）金相检测显示在焊缝内存在异常金属组织与母材金属显微组织一致的显微组织。（3）能谱分析结果表明，焊缝内异常组织所含元素与母材金属元素一致。综上可知，超声波探伤发现焊缝异常原因是焊缝内局部区域存在母材金属，隔离了焊缝的连续性，在超声波探伤时产生了声阻抗反射波现象。参考文献： [1] 张文钺.焊接物理冶金[M].天津：天津大学出版社，1991.[2] 陶达天.金相检测实例[M].北京：机械工业出版社，1993.[3] 杨川，等.金属材料零部件失效分析[M].北京：国防工业出版社，2012.作者简介：孙宝民、陆凯，上海船舶工艺研究所。

2.管道焊缝超声P扫描成像检测技术 篇二

关键词：超声波探伤,直埋供热管道,无损检测,焊缝缺陷

1概述

随着我市新市区建设的快速发展和老电厂供热机组的相继关停, 供热需求的矛盾日益凸显。2009年底, 城市集中供热管网工程开工建设, 我公司承接了豫联园区至新市区供热主干线四、五标段和老市区供热管网改造工程。在对焊口的无损检测中, 我们结合直埋供热管道的施工特点, 提出了以超声波探伤为主并结合射线探伤复检的无损检测手段, 有效保证了焊接质量, 在焊口检测中得到较好实践。本文通过对施工中常见的四种无损检测技术进行对比, 着重论述超声波探伤在直埋供热管道焊缝检测中的可靠性。

2供热管道技术参数 (见表1)

3超声波探伤提出的背景

直埋供热管道的施工特点是管线敷设距离长, 作业面大;工期一般安排在供暖间歇期 (4～10月份) , 工程受雨季和汛期的影响较大, 一般采用分段开挖, 快速回填的施工方式, 各道工序的衔接十分紧凑。由于管道采用地埋敷设, 一旦发生泄漏检修难度大, 尤其是在市内发生泄漏, 对市容市貌和交通通行均造成较大影响。因此, 直埋供热管道的焊口质量控制尤为重要, 而无损检测作为焊口质量控制的最后一个环节, 发挥着至关重要的作用。

目前施工中常用的无损检测技术有四种, 分别为射线检测、超声波检测、磁粉检测和渗透检测。在直埋供热管道焊缝检测中, 需要结合焊缝结构、部位及每种检测技术的特点综合考虑, 同时要兼顾到对施工工期和施工成本的影响。在四种检测方法中, 磁粉、渗透两种检测方法, 只能检查焊缝表面和近表面缺陷, 对焊缝内部的缺陷无法检测, 因此在供热管道焊缝检测中常用的检测手段为射线检测和超声波检测。

在供热主管网前期工程建设中, 我们按照图纸技术要求采用X光射线对焊口进行检测。施工结束后, 通过总结分析, 我们发现射线探伤存在以下局限性:

3.1由于射线辐射危害大, 在进行检测时, 必须设置隔离区域, 杜绝非检测人员进入, 特别是在老市区供热管网改造阶段, 施工区域位于闹市区, 人员密集且流动量大, 施工安全管理压力大。

3.2直埋供热管道焊接属于隐蔽工程, 在焊口探伤结果未知的情况下不得进行下道工序施工。由于射线检测时间长, 往往会对后续施工造成影响, 造成窝工。

3.3射线检测一般安排在夜间进行, 造成检测人员劳动强度大, 长期疲劳作业。

3.4射线探伤需设置洗片暗室, 检测人员奔波于暗室和施工现场, 工作效率低。另外还需配置交通运输车辆, 无形增加了施工成本。

3.5无法检测管道角焊缝。

而超声波检测由于其检测速度快、灵敏度高, 携带、操作方便, 对人体无害的优势可有效解决以上问题。

对于挖眼三通部位的角焊缝, 由于焊缝表面粗糙及焊缝的特殊结构, 超声波在角焊缝中发生折射和衍射的现象较多, 回波特性比较复杂, 不利于检测人员分辨缺陷, 因此角焊缝部位的超声波探伤同样存在检测困难的缺点。为达到100%检测的技术要求, 可采取磁粉或渗透检测消除角焊缝表面及近表面的缺陷, 然后在角焊缝部位焊接δ≥8mm的补强圈, 可有效控制挖眼三通部位角焊缝的焊接质量。

因此, 在本期供热管网工程中, 通过与设计院及建设方沟通, 我们提出了对直管道对接环焊缝进行100%超声波探伤, 并结合10%射线探伤抽检;对于挖眼三通部位的角焊缝, 采用渗透探伤结合焊接补强圈的措施。

4供热管道焊缝常见缺陷的波形特征

由于供热管道对接焊缝采用手工向下施焊, 在自重力等作用下会在根部形成焊瘤和内凹缺陷;焊接工艺不良也会产生未焊透、未熔合和裂纹等缺陷。因此, 管道焊缝根部超声波检测时会出现焊瘤、内凹、未焊透、未熔合及裂纹等缺陷反射波。此外, 还会在根部附近出现气孔、夹渣及烧穿等缺陷反射波, 能否区分这些反射波是供热管道对接焊缝超声波检测可靠与否的关键。

4.1气孔

气孔发射波发射率高, 波幅因球形发射体所致, 不会很高。波形为单峰, 较稳定, 探头稍一移动, 波形即消失, 从各个方向探测, 可得到大致相同的反射波。

4.2夹渣

夹渣发射波发射率低, 波幅一般也不高。波峰为毛粗, 主峰边上有小峰, 探头移动时, 波形变化明显, 从各个方向探测时, 反射当量各不相同。

4.3未焊透

未焊透反射波反射率高, 波幅较高。因为有一定长度和固定的位置, 探头水平移动时波形较稳定;从焊缝两侧探伤时, 能得到大致相同的反射当量。

4.4未熔合

未熔合反射波反射率高, 波幅较高。探头平移时, 波形较稳定, 从焊缝两侧探伤时, 反射当量不同, 有时只能从一侧探到。

4.5裂纹

裂纹反射波反射率高, 当探测方向好时波幅极高。波形较宽, 且有多峰出现, 探头平行或垂直移动时, 反射波连续出现, 探头摆动时, 多峰波交替出现最大值, 摆动角度较大。

焊缝中存在缺陷的形式是不一样的, 在超声波检测中凭借反射波的波幅、静态波形以及动态波形判定缺陷的性质是需要一段时间积累基础经验的。如果一旦判定为危害性缺陷, 如裂纹、未熔合等, 则不受缺陷发射波幅和指示长度的限制, 必须判废返修;如果确定是气孔、夹渣等缺陷, 可测定其波幅和指示长度, 根据《承压设备无损检测第3部分:超声检测》 (JB/T4730.3-2005) 的质量评定标准对缺陷进行评估。

另外, 焊缝根部出现的反射波很多, 单凭缺陷波的某些特征来判定其性质比较片面, 还必须在探测前了解焊接接头坡口形式、焊接工艺、方法特点、热处理状态等加以综合分析判定, 这就对超声检测人员的综合素质要求较高。检测人员需要具备丰富的现场检测经验, 并不断地总结分析, 寻求更加高效、准确的判别依据。

5结论

实践证明, 采用超声波进行焊缝缺陷识别与分析, 可以方便的判断直埋供热管道焊缝的缺陷类型, 并对其进行定量分析, 确保管道的焊缝检测质量。另外, 结合射线复验和缺陷返修, 进一步比较以后记录各种缺陷波形的波幅、静态、动态显示特征, 积累一定的典型缺陷反射波形图, 以不断提高超声波检测缺陷的分析、评定水平。总之, 使用超声波探伤直埋供热管道焊缝, 是一种高效、可靠、安全、经济的检测方法。

参考文献

[1]承压设备无损检测第3部分:超声检测.JB/T4730.3-2005) .

3.管道焊缝超声P扫描成像检测技术 篇三

关键词：角焊缝；超声波检测；卡块

目前P91、P92的材料主要用于主蒸汽管道及再热热段管道上，这些部件的安全性要求极高。但这种材料的性能还不能完全肯定，对于这两种材料的焊接也难以控制。对角焊缝的焊接要时刻注意。

1 缺陷类型

P91、P92材料的卡块角焊缝较其他材料易产生裂纹、层状撕裂及夹渣等缺陷。并且由于坡口形式及尺寸的影响，焊条难以完全放到卡块与母材的接触面，经常出现接触面的材料没有融化融合，双面成型后在中间形成一条未融合线，即卡块坡口钝边未焊透；P91、P92材料的管座易产生气孔、夹渣、焊口裂纹及边缘未融合等。

2 检测方法

2.1 对于卡块的检测

可归纳为三结合法：即使用横波检测与纵波检测相结合，使用直探头在卡块上表面与母管下表面相结合进行扫查，使用斜探头在卡块两侧及母管上下表面相结合进行扫查。

2.2 当能进入管内检测时，就直接用直探头从内壁进行检测，如不可行，可在管外其他位置检测。而热段与主蒸汽管道的卡块的厚度大多大于20mm高度大多小于150mm，因此可以利用频率5MHZ直径14mm的直探头在卡块上表面进行钝边未焊透的检测。例如：已知P92中纵波声速约为6010m/s，可得

半扩散角θ0=70入/Ds=70×6010×103/（5×106×14）=6.01，

近场区长度N= Ds2f/4CL=14×14×5×106/4×6010×103=40.77；

未扩散区长度b=1.64N = 1.64×40.77=66.86mm。

主声束扩散至侧壁时声束达到的扫描深度计算公式如下： h=b+0.5t/tanθ0=66.86+94.98=161.84mm>150mm（卡块高度）。

卡块的高度小于此深度，而且在声波主声束到达根部未焊透区域时未扩散至侧壁，避免了侧壁反射的干扰，同时根据仪器的回波距离显示可以排除根部端角反射的影响。

2.3 另外利用2.5P13×13K2.5单晶斜探头在卡块两侧及母管上表面进行扫查，在卡块两侧的扫查可以用于检测焊缝内部夹渣裂纹等缺陷，在卡块两侧的检测主要是探测是否存在角焊缝热影响区边缘产生的层间撕裂。

当k=2.5，卡块厚度t=20mm，探头前沿L=10mm时，要使探头主声束扫查到钝边未融处焊缝上下宽度应小于L1=0.5kt-L=0.5×2.5×20-10=15mm.而焊缝上下宽度一般情况不会小于15mm，所以斜探头检测时一般使用二次波，以保证各种缺陷的检出率。

角焊缝检测时，外表面的打磨平整度比较高，因此打磨时应考虑不同位置所需的检测面宽度。

3 缺陷判定

P91、P92材料中各种缺陷的显示特点不一，每一个缺陷的回波都各具特点，但根据其动态回波的特点可以大致总结如下。

3.1 裂纹

用超声波进行检测时，裂纹的回波高度是最高的，其波形高而且较窄根部较干净。

3.2 夹渣

点状夹渣多出现在长度方向的焊跟两侧有很多存在于焊缝近表面，波束无法达到。在内表面的夹渣波形较杂乱，多存在两个峰顶或更多，波宽较宽。

3.3 气孔

气孔的静态回波是单个尖锐并且相对较平滑的回波。转动探头时会忽隐忽现，根部较干净。角焊缝中很容易形成群状气孔，由于声束被分散至不同角度，缺陷波回波高度一般较低且有很多波峰。

3.4 钝边未焊透

由于钝边未焊透位于横截面中心线上，在上表面横波检测时，探头位于中心线部位时母管内表面的底波高度与未焊透的回波高度高低相差无几，大部分情况下底波高于缺陷波。当探头在卡块宽度方向上进行左右移动时，缺陷波逐渐消失，底波逐渐升高。

4 检测参数的确定

在CSK-IA或其它标准试块上校验仪器组合性能。距离—波幅曲线在对比试块上做。先用探头扫查试块另一面的槽，用一次波找到该槽的最大反射波幅，并增益到80%记录下来。再用探头扫查试块上探头所在面的槽，用二次波找到该槽的最大反射波幅并记录下来。将这两点连接起来，此线为距离—波幅曲线，即基准灵敏度。

实际探伤时，探伤灵敏度为距离-波幅曲线提高6dB。

5 结语

利用直探头在卡块的上表面进行角焊缝的检测，有效的弥补了由于结构和尺寸原因而不能在母管下表面用直探头进行扫查的不足，同时也是对斜探头进行钝边未焊透及焊缝中心处其它缺陷掃查的补充。

直探头扫查的同时，斜探头也是必不可少的，这两种探头的扫查结合能有效的避免缺陷的漏检。提高探伤的效率与质量。

对P91、P92材料而言，其角焊缝的结构千差万别，缺陷种类与出现频率也较高，检测时应根据实际情况找出合理有效的检测方法与检测位置。这样才能起到事半功倍的效果。

参考文献：

[1]中国机械工程学会无损检测学会.超声波探伤[M].机械工业出版社，1989.

4.管道焊缝超声P扫描成像检测技术 篇四

一、制订本标准的目的、意义

钢制压力管道应用极为广泛，化工、石油、制药、能源、航空、环保、钢铁、公用工程等各类工业企业都有不同程度的运用，号称现代社会除公路、、铁路、航空、航运之外的第五类运输工具。同时，钢制压力管道的检测是国内石油、化工及其他工业部门面临的重大课题。我国目前的压力管道数量巨大，据不完全统计，国内工业企业的各种生产装置中的工业管道长达数十万公里，用于石油天然气输送的大口径长输管道达数万公里，城市各种燃气管道系统也十分庞大，随着西气东输工程项目的开展和城市现代化进程的加快，压力管道的数量更是以几何级数增加。我国目前在用压力管道隐患较多。因管道的工作条件和安装环境一般比较恶劣，管道腐蚀不可避免，而管道检测存在诸多困难：

1、很多管道带有保温层，不去除保温层就无法进行检测，而去除保温层则花费巨大；

2、管道检测的作业距离长，线路变化复杂，安装埋设的环境变化多，管道沿线障碍物多，屏蔽多，很多地方无法接触或接近；

3、宏观目视检测受到限制：绝大数管道内部无法进入，外部又有防腐或保温层。

目前我国对钢制压力管道的检测主要有射线、超声等常规无损检测方法，不能实现对管道的100%检测，容易产生漏检、误判，准确性和检测效率低下。且必须全部拆除保温层，这样会造成很大的损失和延长检修时间。一般保温层拆除安装费用达到检测费用的数倍，大幅度增加了检测成本，而且无法达到对一些不可达的关键部位进行检测。因此为了解决压力管道腐蚀类缺陷快速检测的技术难题，研发一种低成本高效率的管道检测方法和设备，并制定相应的技术标准，对确保压力管道安全、可靠运行具有十分重要的意义。

导波检测技术由于其单点激发即可实现长距离检测的优点，能够在不拆除或拆除局部保温层的前提下实现压力管道快速检测，同时可以实现一些不可达区域的检测，很好满足了上述检测需求，具有广阔的市场前景和应用价值。但是，国 1

内外均没有制定对导波检测仪器及结果进行评价的标准，从而制约了该技术的推广应用。所以，制定有关超声导波检测的有关技术标准，对推广超声导波技术在压力管道检测上的应用，具有很强的现实意义。

二、制订过程

2013年7月，江西省锅炉压力容器检验检测研究院就该标准的制订向江西省质量技术监督局标准处提出申请。2013年9月3日，江西省质量技术监督局以《省质监督局关于下达2013第四批江西省地方标准制修订项目计划的通知》（赣质监标字［2013］19号）下达了《压力管道超声导波检测方法》地方标准项目计划，在江西省质量技术监督局的领导下，由江西省锅炉压力容器检验检测研究院承担标准起草任务。2013年9月份，我院正式成立了起草小组，制订了标准框架、工作计划，开始收集资料、调研论证和起草工作。起草小组先后对标准草稿内容进行了五次讨论和修改，于2013年11月完成了标准的征求意见稿。该标准的起草，得到了江西省质量技术监督局标准化处、特种设备处的大力支持。

三、制订原则

本标准主要根据江西省锅炉压力容器检验检测研究院近年来的研究成果和应用经验，主要依据江西省锅炉压力容器检验检测研究院的课题“国家质量监督检验检疫总局2005质量技术监督科技计划项目《超声导波快速检测压力管道的技术研究和产品开发》（编号：2005QK19）”的科研成果的有关内容

四、章节说明

1、标准名称

参照国家及行业标准中对检验规则的编制以及标准本身所涵盖的内容，将标准名称定为《钢制压力管道超声导波检测方法》。

2、适用范围

确定了检测对象的材质和规格；确定了主要能发现的缺陷类型。并提出本标准不建立评价判据，具体的判据由检测方和用户双方协商确定。

3、规范性引用文件

有关文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

4、术语和定义

GB/T 12604.1 确立的适用于本标准的有关术语和定义。

5、检测方法概要

对超声导波方法的原理与压力管道超声导波检测方法进行了概述。

6、检测人员、检测设备、对比试样

分别对检测人员资质、检测设备、对比试样提出了要求。

（1）检测人员应取得超声检测资格证书并经超声导波专业技术培训合格；

（2）检测设备应具备的功能；

（3）对检测对比试样提出了要求，如材质与检测工件的相似性等。

7、检测准备

（1）基本信息的获取

在进行检测前，需要通过资料审查和现场实地考察获取相应的基本信息，（2）检测设备的维护

对检测期间和检测过程中提出了检测设备的维护要求。

（3）检测区域

对超声导波一次检测的压力管道有效长度提出了要求。

（4）探头选取

根据被检压力管道材质、直径、壁厚选择相应超声导波探头。

（5）扫查方式的选择

根据管道可能存在的缺陷情况选择扫查方式，如检测管道的横向缺陷和纵向缺陷。同时规定了扫查面准备要求。

（6）耦合剂

对超声耦合剂提出的要求。

（7）温度

提出应保证在规定的温度范围内进行检测，否则应采取有效措施。

8、检测设置和校准

规定了检测设置和校准过程要求，如检测仪器调节、灵敏度设置、位置传感器的校准、检测系统复核

9、距离-波幅曲线

根据实际的工程经验，并参照JB/T4730.3-2005，距离—波幅曲线应采用对比试样实测绘制。该曲线族由评定线和判废线组成，判废线由深度为50%V型

槽或Φ10通孔的人工缺陷反射波幅绘制而成。评定线为判废线高度的一半，即减6dB。评定线以下（包括评定线）为I区，评定线与判废线之间为Ⅱ区，判废线及其以上区域为Ⅲ区，10、检测

（1）明确了检测时机、扫查速度、粗探、精探的要求

（2）在信号识别时，提出了具体的要求。

11、检测数据记录、分析

有效导波信号的记录、分析要求。

12、缺陷分级及复验

超声导波检测给出的是缺陷当量，由于腐蚀缺陷的大小和形状与人工缺陷不同，且被检构件的实际几何尺寸与对比试样间存在差异，因此检测结果显示的缺陷当量值与其真实缺陷会存在一定的差异，因此一旦发现需要复验的信号，首先必须采用目视和小锤敲击的方法进行检测，用以分辨是位于外表面或内部的缺陷；对于外表面缺陷可采用深度尺直接测量缺陷的深度；对于管状的内表面缺陷，应采用双晶直探头进行超声检测测量，以更精确的测量缺陷的深度，超声检测方法按JB/T 4730.3执行，对于其它形状的构件可以采用射线、超声、漏磁等各种无损检测方法进行复检。必要时，经用户同意，也可采用解剖抽查的方式进行验证。

13、检测报告

压力管道超声导波检测报告应至少包括的内容。

附录A（规范性附录）对比试样

由于本标准不建立评价判据，具体的判据由检测方和用户双方协商确定。但是根据超声导波的特点，对检测对比试样提出了相应的要求。

附录 B（资料性附录）压力管道超声导波检测报告

制定了压力管道超声导波检测报告格式模板，便于检测人员参考

《压力管道超声导波检测方法》起草小组