奧氏體不銹鋼管焊接過程中焊縫質(zhì)量的超聲波檢測(cè)

奧氏體不銹鋼管廣泛應(yīng)用于核、石油、化工等行業(yè)，其焊縫質(zhì)量直接影響特種承壓設(shè)備（鍋爐、壓力容器、壓力管道）的安全。焊縫失效會(huì)引起爆炸、燃燒、環(huán)境污染等重大事故，給國(guó)家和人民財(cái)產(chǎn)造成巨大損失，甚至嚴(yán)重危及人民生命。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于小口徑薄壁奧氏體不銹鋼管對(duì)接焊縫質(zhì)量的超聲波檢測(cè)尚無專門的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。實(shí)際檢測(cè)主要采用和依賴碳鋼管無損檢測(cè)技術(shù)或各種企業(yè)檢測(cè)程序。對(duì)于超聲波焊接質(zhì)量檢測(cè)工藝和大口徑厚壁奧氏體不銹鋼管的實(shí)施，國(guó)內(nèi)不同行業(yè)不同，整體水平較低，檢測(cè)效果較差。這種情況對(duì)奧氏體不銹鋼管焊縫的檢驗(yàn)和試驗(yàn)非常不利。

對(duì)于小口徑奧氏體不銹鋼管，由于其焊接結(jié)構(gòu)不均勻、壁薄、彎曲大等原因，目前進(jìn)行超聲波探傷非常困難，尚無有效的超聲波探傷方法。為此，迫切需要開發(fā)一種針對(duì)奧氏體不銹鋼管焊縫的超聲波檢測(cè)方法和工藝，以提高管道焊縫缺陷的檢出率和檢測(cè)精度，大大提高檢測(cè)效率，降低檢測(cè)成本。

一般在不同材質(zhì)的不銹鋼管中存在三種不同的線彈性波，可以沿一定方向向前傳播。這三種波一般不是單一模式，因?yàn)槊恳环N波都有平行于法向波和垂直于法向波的質(zhì)點(diǎn)位移分量。一個(gè)組件通常比另一個(gè)大得多。平行分量較大的波稱為“準(zhǔn)縱波”，垂直分量較大的波稱為“準(zhǔn)橫波”。在各向同性材料中，所有傳播模式都是單一模式：粒子的位移平行于波法線或垂直于波法線。兩個(gè)準(zhǔn)模態(tài)退化為純模態(tài)。

能量通量矢量對(duì)于彈性波在各向異性材料中的傳播也很重要。與各向同性材料的情況不同，單位時(shí)間和單位面積的能量流動(dòng)方向（感知向量）不一定與同一波的法線重合。換句話說，即使超聲波束垂直于人，它也可以被折射。

當(dāng)超聲波在各向異性介質(zhì)中向前傳播時(shí)，存在線彈性波。但是，這種線彈性波既不是純縱波，也不是純橫波，而是第三種波形，即不同性質(zhì)的線彈性波的混合波。更準(zhǔn)確地說，在各向異性材料中，從這個(gè)超聲波束反射到單個(gè)缺陷的回波在超聲波探傷儀的屏幕上顯示時(shí)是一共粘波，一般是三個(gè)波。 一定有一個(gè)波的幅度要大得多與其他兩波相比。

在充分考慮超聲波束對(duì)奧氏體不銹鋼管壁內(nèi)表面幾何效應(yīng)的前提下，采用雙晶聚焦法制成的探頭最大直徑可超過32mm159mm，壁厚可達(dá)3.520mm 鋼管壁內(nèi)表面對(duì)超聲波束的幾何效應(yīng)有不利影響。

特制探頭可有效檢測(cè)小口徑管子切割尖端的缺陷，特制雙玻邊測(cè)量精度高。在測(cè)試中，檢測(cè)到的外表面缺陷的深度誤差小于內(nèi)表面缺陷的測(cè)量誤差。小口徑不銹鋼管的曲率和厚度會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。曲率越小，厚度越大，測(cè)量精度越高。不銹鋼焊縫晶體較厚，缺陷回波附近有多個(gè)草狀回波，但缺陷回波在檢測(cè)圖上仍能清晰區(qū)分，檢測(cè)靈敏度高。

試驗(yàn)證實(shí)，這種用于奧氏體不銹鋼管對(duì)接焊檢測(cè)的專用探頭具有以下特點(diǎn)：

(1)專用探頭用于檢測(cè)的超聲波束在工件上的折射角大，便于超高薄壁焊縫的超聲波檢測(cè)。

(2) 專用探頭與超聲波檢測(cè)器結(jié)合，具有綜合高靈敏度。它可以檢測(cè)回波清晰、雜波少、信噪比高的奧氏體不銹鋼管焊縫缺陷。

(3)專用探頭發(fā)射的檢測(cè)光束在不銹鋼管上具有良好的指向性，缺陷定位方便。

(4)管件弧度較大時(shí)，被測(cè)距離的幅度曲線更平滑，便于缺陷的量化。