塔设备人孔接管与筒体插入式角接接头常规超声检测

游芹

（四川佳诚油气管道质量检测有限公司，四川 成都 610213）

0 引言

承压设备接管与筒体插入式角接接头在筒体上加工坡口，接头形式属于角接接头，焊缝形式属于对接焊缝。按NB/T 47013.3-2015标准《承压设备无损检测 第3部分：超声检测》[1]6.3条分类，属于Ⅰ型焊接接头，适用于筒体直径大于等于500mm且内外径之比大于等于70%，接管公称直径大于等于80mm的工件，检测技术等级按NB/T 47013.3-2015标准6.3.2条分为A、B、C三个等级，一般执行B级检测技术。人孔接管由于直径较大，应执行NB/T 47013.3-2015标准附录L和附录N的规定。

一塔设备人孔接管角接接头筒体规格为Di3000×96，接管规格为φ813×168，坡口形式为K型，筒体内侧焊缝宽度30mm，筒体外侧焊缝宽度70mm。本文给出塔设备人孔接管与筒体插入式角接接头常规超声检测工艺要点，分析其可能存在的检测盲区，并针对上述具体工件解析参数选择原则和盲区范围[1]。

1 检测人员

按照NB/T 47013.1-2015标准《承压设备无损检测第1部分：通用要求》[2]，超声检测人员应持有特种设备无损检测人员超声检测Ⅱ级及Ⅱ级以上资格，具备Ⅱ级持证后三年以上工作经历，未经矫正或经矫正的近距视力和远距视力应不低于4.8。

2 检测技术等级

按相关技术规范和NB/T 47013.3-2015标准6.3.2条规定，采用B级检测技术。

3 检测设备

使用A型脉冲反射式数字式超声波探伤仪。仪器可依据探头在试块上实测的数据自动绘制距离-波幅曲线，可存储一定数量的静态图像。

4 耦合剂

从透声性、粘滞性、流动性、使用方便性考虑，选用TM-100医用超声耦合剂。调试仪器与现场检测使用同一种耦合剂。

5 试块

CSK-ⅠA标准试块用于测定探伤仪和探头系统性能，调节和校准仪器，调节仪器时基线，测定探头前沿和K值。CSK-ⅡA和CSK-ⅣA对比试块用于测定探头K值和制作距离-波幅曲线。不同工件厚度使用的试块规格见表1。

表1 不同工件厚度选用的试块规格

6 探头

B级检测技术需要两个不同K值横波斜探头和一个纵波直探头。考虑到接管内表面有一定幅度，为利于耦合，宜选用直径较小的直探头。针对该工件，探头规格如下：2.5PK1 13×13；2.5PK1.5 13×13；2.5MHzΦ14直探头。两个不同K值探头折射角相差11.3°。

7 检测面

确定三个检测面，筒体外表面A面、筒体内表面B面、接管内表面C面。检测面示意图见图1，不同检测面使用的探头数量及类型见表2。

图1 检测面示意图

表2 不同检测面使用的探头类型、规格及数量

8 检测区域

检测区的宽度应是焊缝本身再加上焊缝熔合线外10mm。

9 扫查方式

不同检测面不同探头位置示意见图2。

图2 不同扫查位置示意图

筒体外表面（A面）位置a使用2.5PK1 13×13和2.5PK1.5 13×13采用直射波和一次反射波扫查。探头前后移动最小距离按式（1）计算。

式中：S1代表探头前后移动最小距离，mm；T1代表筒体壁厚，mm；K代表斜探头折射角正切值。

筒体外表面（A面）位置x、位置y使用2.5PK1 13×13和2.5PK1.5 13×13采用直射波和一次反射波作45°斜向扫查。声束方向与顺时针方向夹角45°扫查一次（x位置），声束方向与逆时针方向夹角45°扫查一次（y位置）。探头沿45°方向前后最小移动距离按式（2）计算。

式中：S2代表探头前后移动最小距离，mm；T1代表筒体壁厚，mm；K代表斜探头折射角正切值。

筒体内表面（B面）位置b使用2.5PK1 13×13和2.5PK1.5 13×13采用直射波和一次反射波扫查。探头前后移动最小距离按式（1）计算。

筒体内表面（B面）位置w、位置z使用2.5PK1 13×13和2.5PK1.5 13×13采用直射波和一次反射波作45°斜向扫查。声束方向与顺时针方向夹角45°扫查一次（w位置），声束方向与逆时针方向夹角45°扫查一次（z位置）。探头沿45°方向前后最小移动距离按式（2）计算。

接管内壁（C面）位置d位置e使用2.5PK1 13×13采用直射波扫查。探头前后移动最小距离按式（3）计算。

式中：S3代表探头前后移动最小距离，mm；T2代表接管壁厚，mm；k代表焊缝最大宽度，mm；K代表斜探头折射角正切值。

接管内壁使用2.5MHz Φ14直探头采用纵波扫查。探头上下移动最小距离不小于筒体壁厚。

10 探头移动区打磨宽度

横波斜探头检测，探头置于筒体外侧（A面）和筒体内侧（B面）时，工件厚度即筒体厚度，探头移动区宽度按1.25P计算。P值由式（4）确定。

式中：P代表探头移动区，mm；T代表壁厚，mm；K代表斜探头折射角正切值。

探头置于接管内侧（C面）时，超声声束先经过工件再进入焊缝，由于检测对象是焊缝，工件厚度为焊缝宽度加接管厚度，探头移动区宽度按0.75P计算。

探头置于A面、B面，筒体厚度为96mm，取最大K值1.5，按1.25P计算值为360mm。探头置于C面，工件厚度为焊缝宽度70mm加接管厚度168mm，即工件厚度为238mm，K值为1，按0.75P计算值为357mm。考虑还要检测热影响区，以及探头自身尺寸，计算值向上圆整后的探头移动区宽度见表3。

表3 不同检测面探头移动区宽度

11 距离-波幅曲线灵敏度选择

斜探头或直探头检测的评定线、定量线、判废线灵敏度见表4。检测和评定横向缺陷时，应将各线灵敏度提高6dB。

表4 距离-波幅曲线的灵敏度

12 检测盲区

当探头置于位置d，图3，超声波从n点位置进入焊缝，与焊缝熔合线相交于P点，声束可以扫查到np以下部分，图中阴影部分不能被扫查到。当斜探头置于位置e极端位置时，图4，超声波从m点进入焊缝，与焊缝熔合线相交于o点，声束可以扫查到mo以上部分。图中阴影部分不能被扫查到。e位置不能扫查的深度值按式（5）计算。

式中：H代表声束不能扫查深度，mm；T2代表接管壁厚，mm；K代表斜探头折射角正切值。

图3 d位置盲区示意图

图4 e位置盲区示意图

当KT2≥T1时，声束不能扫查到焊缝，则位置e的检测不能实施。人孔接管厚度为168mm，探头K值为1，KT2=168mm，大于筒体厚度96mm，不能实施检测，如图5。

图5 厚度96mm筒体、厚度168mm接管K1探头e位置盲区示意图

13 校准与复核

仪器、探头、仪器和探头系统的校准复核及时机详见表5。

表5 仪器、探头、仪器和探头系统的校准与复核

14 小结

按标准规定，应从三个检测面，使用两种K值横波斜探头、一种纵波直探头，采用15种扫查方式进行检测。直探头尺寸选择及斜探头楔块形状应考虑曲面的耦合状况，两种K值探头角度相差应大于10°。

由于结构尺寸原因，位置d和位置e都存在检测盲区。在筒体内壁检测时，由于检测对象为焊缝，工件厚度应按接管厚度加焊缝宽度计算。C面横波斜射检测时，用于计算的工件厚度大于B级技术条件的厚度范围，实际检测时可按C级检测技术条件选择对比试块和灵敏度。探头数量仍按B级技术要求[2]。