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摘要:笔者介绍了压力容器无损检测技术中的超声检测技术。其无损检测的最大特点是在不损伤材料、工件和结构的前提下进行检测，具有一般检测所无可比拟的优越性。本文结合压力容器的超声检测特点，针对换热器壳体的超声检测进行了详细论述。
关键词:压力容器；无损检测；超声检测；换热器检测
为了确保压力容器的质量，从压力容器使用的原材料开始就要通过无损检测进行质量控制。压力容器使用的原材料包括金属板材、管材、棒材、锻件和铸件等，应根据这些材料制造工艺和几何形状采用不同的无损检测技术。本文主要探讨了压力容器超声检测技术的相关问题。
1压力容器超声检测技术
1．1压力容器板材超声检测
板材主要用于制造压力容器的壳体，一般厚度为6～250mm，大多数压力容器用的钢板厚度为8～40mm。钢板制造厂多采用超声局部水浸法检测，压力容器制造厂多采用接触法复验。在用压力容器一般不进行钢板超声检测， 当发现测厚异常以及鼓包等特殊情况时再做该项工 。
(1)厚度<6mm薄板的超声检测。对于厚度<6mm的薄板， 如果用单晶直探头法， 由于其板厚可能在盲区内，缺陷难以分辨，因此改用兰姆
波(板波)进行探伤。
(2)6～20mm钢板的超声检测。此类钢板应采用双晶直探头检测，探头频率选用5MHz效果比2．5MHz要好， 晶片面积要求不小于150mm 。采用阶梯试块(CBI标准试块)调整灵敏度，使阶梯试块上与工件等厚的底面第一次底波达到满幅度的50％，再提高10dB作为探伤灵敏度。CBI标准试块如图1所示。
(3)厚度>20ram钢板的超声检测。此类钢板应采用2．5MHz(板厚<40mm)或5MHz(板厚<250mm)的单晶直探头(圆晶片直径为cI)14mm~25mm)。用单直探头检测厚度>20mm的钢板时，CBII标准试块应符合规定。
(4)压力容器钢板横波检测。原则上选用K1斜探头，圆晶片直径应在13mm．25mm之间，方晶片面积应不小于200mm 。如有特殊需要也可选用其他尺寸和K值的探头，检测频率为2MHz一5MHz。
(5)复合板超声检测。扫查方式如下：①扫查方式可采用100％扫查或沿钢板宽度方向， 间隔为50mm的平行线扫查。②根据合同、技术协议书或图样的要求，也可采用其他扫查形式。③ 在坡口预定线两侧各50mm内应作100％扫查。
(6)承压设备用铝及铝合金和钛及钛合金板材的超声检测。可选板材的任一轧制表面进行检测。若检测人员认为需要或设计上有要求时，也可选板两轧制表面分别进行检测。探头沿垂直于板材压延方向，间距不大于40mm的平行线进行扫查。在板材剖口预定线两侧各50mm内应作100％扫查。将探头置于待检板材完好部位，调节第一次底波高度为荧光屏满刻度的80％， 以此作为基准灵敏度。耦合方式可采用直接接触法或液浸法。
1．2承压设备用无缝钢管超声检测
(1)钢管的检测主要针对纵向缺陷。横向缺陷的检测可按JB／T 4730—2005附录D(规范性附录1的规定， 由合同双方协商解决。
(2)钢管的检测可根据钢管规格选用液浸法或接触法检侧。
(3)检测纵向缺陷时超声波束应由钢管横截面中心线一侧倾斜入射，在管壁内沿周向呈锯齿形传播。检测横向缺陷时超声波束应沿轴向倾斜入射呈锯齿形传播。
探头相对钢管螺旋进给的螺距应保证超声波束对钢管进行100％扫查时， 有不小于15％的复合率。自动检测应保证动态时的检测灵敏度，且内、外槽的最大反射波幅差不超过2dB。每根钢管应从管子两端沿相反方向各检测一次。
1.3锻件超声检测
锻件超声检测适用于承压设备用碳钢和低合金钢锻件，不适用于内外半径之比小于80％的环形和筒形锻件的周向横波检测。双晶直探头的公称频率应选用5MHz，探头晶片面积不小于1 50mm ，单晶直探头的公称频率应选用2MHz一5MHz，探头晶片一般为中14mm．25mm。锻件缺陷主要有缩孔残余、疏松、夹杂、白点和裂纹等。
JB／T 4730—2005标准采用了双晶直探头和双晶探头校准试块，利用实测的距离波幅曲线来校正灵敏度，从而回避了双晶直探头的回波特性和声场规律的变化，使检测结果能基本如实地反映工件实际情况， 同时由于双晶直探头盲区较小，可以检测近表面缺陷。因此，该标准对检测厚度范围不再加以限制， 以满足各类中小锻件的检测需要。
1．4高压螺栓的超声检测
在用高压螺栓或螺柱， 由于清洗困难，磁粉检测效果不好，常采用超声检测。在用螺栓或螺柱的超声检测，除按规定外，还应对螺纹根部是否有裂纹进行检测，其主要检测内容如下：
(1)在螺栓或螺柱端部采用纵波小K值斜探头进行纵波斜入射检测。
(2)在螺栓或螺柱无螺纹部位应采用K1．5～K2．5，频率为2．5MHz的横波斜探头进行轴向检测。
(3)纵波斜入射检测和横波轴向检测的对比试样应采用与被检工件材料、形式和规格相同或相近的螺栓或螺柱制作。人工缺陷反射体(切槽)位于最大探测声程处并应垂直于螺栓或螺柱的轴线。
(4)在用螺栓或螺柱超声检测时，如在螺纹根部出现比切槽回波高的缺陷反射波时，应予以判废。
1．5焊缝的超声检测
焊缝质量直接影响产品的使用寿命及安全性，超声波探伤是保证焊缝质量的重要检测手段之一。焊缝内部质量一般用射线来检测，但对于厚壁容器或焊缝中的裂纹、未熔合等危险性缺陷，超声检测方法优于射线检测。JB／T 4730．2005标准对母材厚度为8．400mm的全焊透熔化焊对接焊缝的超声检测进行了明确规定，并指出应检测到整条焊缝、熔合线和热影响区。
2 换热器壳体的超声检测
某车间的1台换热器，管程和壳程的简体材料為l5CrMo，简体壁厚为42—45mm，封头壁厚为44．46mm；管箱简体材料为20CrMo，壁厚为37—44ram；管箱封头材料为15CrMo，壁厚为50—52mm； 内衬及堆焊层材料为不锈钢(牌号不详)。
对该换热器进行外观检查、内衬检漏、壁厚测定、金相分析、磁粉检测、着色检测以及气密性试验，所有检验均正常，判为合格。
用2．5 P13×13 K1斜探头从换热器壳体外壁对焊缝进行超声检测，用CSK-IA标准试块测定探头的前沿和K值，用CSK—IIIA标准试块确定灵敏度、制作距离一波幅曲线，最大壁厚为44mm板的定量线灵敏度为 1×6-3dB，对接焊缝采用B级检测等级，单面双侧探伤， 检测区域的宽度为焊缝本身宽度加上焊缝两侧相当于母材厚度30％的区域，最大为10mm，探头移动区域应大于1．25P，扫查速度应小于150mm ／S，相邻两次探头移动间隔保证有探头宽度10％的重叠，对波幅超过定量线的回波，根据探头的位置确定出缺陷的位置，缺陷位置测定应以获得缺陷最大反射波的位置为准，缺陷的深度和水平距离从仪器上可以直接获得，用6dB法测量缺陷的指示长度，用缺陷估判程序和波形判断法确定缺陷的性质，用对接焊接接头质量分级来判断缺陷是否超标，板厚单个缺陷的指示长度最大不超过25mm，若是裂纹等危害性缺陷，直接判为不合格，共发现8个超标缺陷,按“合于使用”原则进行综合判定， 通过缺陷的断裂和疲劳评定，得出该换热器仍可安全运行4年的结论。
3 结语
本文总结了生产中常见的几种典型承压设备的超声检测方法，举例说明了在换热器中超声检测的应用，介绍了各种检测方法的注意事项，可供工程技术人员参考。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词:压力容器；无损检测；超声检测；换热器检测
为了确保压力容器的质量，从压力容器使用的原材料开始就要通过无损检测进行质量控制。压力容器使用的原材料包括金属板材、管材、棒材、锻件和铸件等，应根据这些材料制造工艺和几何形状采用不同的无损检测技术。本文主要探讨了压力容器超声检测技术的相关问题。
1压力容器超声检测技术
1．1压力容器板材超声检测
板材主要用于制造压力容器的壳体，一般厚度为6～250mm，大多数压力容器用的钢板厚度为8～40mm。钢板制造厂多采用超声局部水浸法检测，压力容器制造厂多采用接触法复验。在用压力容器一般不进行钢板超声检测， 当发现测厚异常以及鼓包等特殊情况时再做该项工 。
(1)厚度<6mm薄板的超声检测。对于厚度<6mm的薄板， 如果用单晶直探头法， 由于其板厚可能在盲区内，缺陷难以分辨，因此改用兰姆
波(板波)进行探伤。
(2)6～20mm钢板的超声检测。此类钢板应采用双晶直探头检测，探头频率选用5MHz效果比2．5MHz要好， 晶片面积要求不小于150mm 。采用阶梯试块(CBI标准试块)调整灵敏度，使阶梯试块上与工件等厚的底面第一次底波达到满幅度的50％，再提高10dB作为探伤灵敏度。CBI标准试块如图1所示。
(3)厚度>20ram钢板的超声检测。此类钢板应采用2．5MHz(板厚<40mm)或5MHz(板厚<250mm)的单晶直探头(圆晶片直径为cI)14mm~25mm)。用单直探头检测厚度>20mm的钢板时，CBII标准试块应符合规定。
(4)压力容器钢板横波检测。原则上选用K1斜探头，圆晶片直径应在13mm．25mm之间，方晶片面积应不小于200mm 。如有特殊需要也可选用其他尺寸和K值的探头，检测频率为2MHz一5MHz。
(5)复合板超声检测。扫查方式如下：①扫查方式可采用100％扫查或沿钢板宽度方向， 间隔为50mm的平行线扫查。②根据合同、技术协议书或图样的要求，也可采用其他扫查形式。③ 在坡口预定线两侧各50mm内应作100％扫查。
(6)承压设备用铝及铝合金和钛及钛合金板材的超声检测。可选板材的任一轧制表面进行检测。若检测人员认为需要或设计上有要求时，也可选板两轧制表面分别进行检测。探头沿垂直于板材压延方向，间距不大于40mm的平行线进行扫查。在板材剖口预定线两侧各50mm内应作100％扫查。将探头置于待检板材完好部位，调节第一次底波高度为荧光屏满刻度的80％， 以此作为基准灵敏度。耦合方式可采用直接接触法或液浸法。
1．2承压设备用无缝钢管超声检测
(1)钢管的检测主要针对纵向缺陷。横向缺陷的检测可按JB／T 4730—2005附录D(规范性附录1的规定， 由合同双方协商解决。
(2)钢管的检测可根据钢管规格选用液浸法或接触法检侧。
(3)检测纵向缺陷时超声波束应由钢管横截面中心线一侧倾斜入射，在管壁内沿周向呈锯齿形传播。检测横向缺陷时超声波束应沿轴向倾斜入射呈锯齿形传播。
探头相对钢管螺旋进给的螺距应保证超声波束对钢管进行100％扫查时， 有不小于15％的复合率。自动检测应保证动态时的检测灵敏度，且内、外槽的最大反射波幅差不超过2dB。每根钢管应从管子两端沿相反方向各检测一次。
1.3锻件超声检测
锻件超声检测适用于承压设备用碳钢和低合金钢锻件，不适用于内外半径之比小于80％的环形和筒形锻件的周向横波检测。双晶直探头的公称频率应选用5MHz，探头晶片面积不小于1 50mm ，单晶直探头的公称频率应选用2MHz一5MHz，探头晶片一般为中14mm．25mm。锻件缺陷主要有缩孔残余、疏松、夹杂、白点和裂纹等。
JB／T 4730—2005标准采用了双晶直探头和双晶探头校准试块，利用实测的距离波幅曲线来校正灵敏度，从而回避了双晶直探头的回波特性和声场规律的变化，使检测结果能基本如实地反映工件实际情况， 同时由于双晶直探头盲区较小，可以检测近表面缺陷。因此，该标准对检测厚度范围不再加以限制， 以满足各类中小锻件的检测需要。
1．4高压螺栓的超声检测
在用高压螺栓或螺柱， 由于清洗困难，磁粉检测效果不好，常采用超声检测。在用螺栓或螺柱的超声检测，除按规定外，还应对螺纹根部是否有裂纹进行检测，其主要检测内容如下：
(1)在螺栓或螺柱端部采用纵波小K值斜探头进行纵波斜入射检测。
(2)在螺栓或螺柱无螺纹部位应采用K1．5～K2．5，频率为2．5MHz的横波斜探头进行轴向检测。
(3)纵波斜入射检测和横波轴向检测的对比试样应采用与被检工件材料、形式和规格相同或相近的螺栓或螺柱制作。人工缺陷反射体(切槽)位于最大探测声程处并应垂直于螺栓或螺柱的轴线。
(4)在用螺栓或螺柱超声检测时，如在螺纹根部出现比切槽回波高的缺陷反射波时，应予以判废。
1．5焊缝的超声检测
焊缝质量直接影响产品的使用寿命及安全性，超声波探伤是保证焊缝质量的重要检测手段之一。焊缝内部质量一般用射线来检测，但对于厚壁容器或焊缝中的裂纹、未熔合等危险性缺陷，超声检测方法优于射线检测。JB／T 4730．2005标准对母材厚度为8．400mm的全焊透熔化焊对接焊缝的超声检测进行了明确规定，并指出应检测到整条焊缝、熔合线和热影响区。
2 换热器壳体的超声检测
某车间的1台换热器，管程和壳程的简体材料為l5CrMo，简体壁厚为42—45mm，封头壁厚为44．46mm；管箱简体材料为20CrMo，壁厚为37—44ram；管箱封头材料为15CrMo，壁厚为50—52mm； 内衬及堆焊层材料为不锈钢(牌号不详)。
对该换热器进行外观检查、内衬检漏、壁厚测定、金相分析、磁粉检测、着色检测以及气密性试验，所有检验均正常，判为合格。
用2．5 P13×13 K1斜探头从换热器壳体外壁对焊缝进行超声检测，用CSK-IA标准试块测定探头的前沿和K值，用CSK—IIIA标准试块确定灵敏度、制作距离一波幅曲线，最大壁厚为44mm板的定量线灵敏度为 1×6-3dB，对接焊缝采用B级检测等级，单面双侧探伤， 检测区域的宽度为焊缝本身宽度加上焊缝两侧相当于母材厚度30％的区域，最大为10mm，探头移动区域应大于1．25P，扫查速度应小于150mm ／S，相邻两次探头移动间隔保证有探头宽度10％的重叠，对波幅超过定量线的回波，根据探头的位置确定出缺陷的位置，缺陷位置测定应以获得缺陷最大反射波的位置为准，缺陷的深度和水平距离从仪器上可以直接获得，用6dB法测量缺陷的指示长度，用缺陷估判程序和波形判断法确定缺陷的性质，用对接焊接接头质量分级来判断缺陷是否超标，板厚单个缺陷的指示长度最大不超过25mm，若是裂纹等危害性缺陷，直接判为不合格，共发现8个超标缺陷,按“合于使用”原则进行综合判定， 通过缺陷的断裂和疲劳评定，得出该换热器仍可安全运行4年的结论。
3 结语
本文总结了生产中常见的几种典型承压设备的超声检测方法，举例说明了在换热器中超声检测的应用，介绍了各种检测方法的注意事项，可供工程技术人员参考。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看