段 偉，王振忠，陳建春

（西安核設(shè)備有限公司，西安 710021）

筆者所在公司曾在2008年初承攬了一臺(tái)鍋爐給水預(yù)熱器的修復(fù)工作，該設(shè)備管板中部φ600mm范圍因堆焊層與基材脫離而鼓包，致使設(shè)備無(wú)法運(yùn)行。該管板基材為20MnMo鍛件，在鍛件上采用帶極電渣自動(dòng)焊堆焊不銹鋼，鉆孔后與不銹鋼換熱管焊接。返修方案要求將管板堆焊層和換熱管去除后重新堆焊不銹鋼，堆焊層表面經(jīng)加工后進(jìn)行超聲波檢測(cè)，這給修復(fù)工作帶來(lái)很大的困難，特別是帶孔管板堆焊層的超聲波檢測(cè)是亟待解決的問(wèn)題。

1 返修方案

首先，用機(jī)械加工的方法徹底清除原有堆焊層，去除換熱管，焊上堵頭，機(jī)加待堆焊面，按JB／T 4730標(biāo)準(zhǔn)［1］對(duì)待堆焊面進(jìn)行磁粉檢測(cè)，要求Ⅰ級(jí)合格。然后清理待堆焊面，按堆焊工藝堆焊過(guò)渡層（EQ309L，δ＝2.5～4mm），焊完過(guò)渡層后按JB／T 4730進(jìn)行著色滲透檢測(cè)，要求Ⅰ級(jí)合格。最后堆焊耐蝕層（EQ347L，δ≥4mm，Ra＝6.3μm，堆焊層總厚度為7.5～8.5 mm），再按JB／T 4730進(jìn)行著色滲透檢測(cè)，要求Ⅰ級(jí)合格。合格后即可進(jìn)行超聲波檢測(cè)，主要檢測(cè)堆焊層與母材的熔合情況，要求熔合率為100%。

管板的換熱管孔徑為φ25.25mm＋0.15mm，堵頭規(guī)格為φ25mm×30mm。返修中的管板結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 超聲試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)分析

在堆焊不銹鋼的過(guò)程中，常出現(xiàn)的缺陷有：堆焊層與母材未熔合、堆焊層下母材裂紋（界面缺陷）、堆焊層內(nèi)缺陷。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于第一種缺陷，主要由縱波單晶直探頭或雙晶直探頭檢出；對(duì)于第二種缺陷，主要由縱波單晶斜探頭或雙晶斜探頭檢出；對(duì)于第三種缺陷，主要由雙晶縱波斜探頭或雙晶縱波直探頭檢出。

圖1 管板結(jié)構(gòu)示意圖

雖然該管板超聲波檢測(cè)要求主要對(duì)未熔合作出判定，但是為了保證產(chǎn)品使用質(zhì)量，筆者仍按JB／T 4730標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)堆焊層內(nèi)缺陷、堆焊層與母材未熔合缺陷和層下母材裂紋缺陷同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格。標(biāo)準(zhǔn)要求：使用雙晶直探頭和縱波雙晶斜探頭（β＝70°）從堆焊層側(cè)對(duì)堆焊層進(jìn)行超聲檢測(cè)；使用單晶直探頭和縱波單晶斜探頭（β＝45°）從基材側(cè)對(duì)堆焊層進(jìn)行超聲檢測(cè)。根據(jù)工件實(shí)際情況，該管板只能從堆焊層側(cè)進(jìn)行超聲檢測(cè)。

由于該管板管橋的最小尺寸只有5 mm，且管橋與堵頭之間約有0.2mm 的間隙，當(dāng)用雙晶直探頭和縱波雙晶斜探頭對(duì)堆焊層進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，首先要確定0.2mm 間隙的位置，然后要區(qū)分0.2mm間隙反射波與缺陷反射波。在此過(guò)程中，由于雙晶直探頭和縱波雙晶斜探頭的聚焦特性，對(duì)間隙反射較為敏感，使得檢測(cè)速度非常緩慢。所以僅使用雙晶直探頭和縱波雙晶斜探頭對(duì)該管板進(jìn)行超聲檢測(cè)，將不能保證在較短時(shí)間完成對(duì)堆焊層的檢測(cè)任務(wù)。

分析認(rèn)為，影響檢測(cè)速度的關(guān)鍵是0.2 mm 間隙所產(chǎn)生的反射波是否能被快速識(shí)別。由于0.2mm間隙產(chǎn)生的反射波固定地存在于堆焊層下，它容易與堆焊層下母材裂紋的反射波相混淆，那么，如果能找到一種對(duì)0.2mm 間隙的反射不敏感，而對(duì)缺陷反射足夠敏感的探頭，就能夠提高檢測(cè)速度。

經(jīng)過(guò)對(duì)多種探頭進(jìn)行篩選，最后選中了德國(guó)K K 公司產(chǎn)MB5F 單直探頭：晶片直徑為10 mm、頻率為5 MHz、近場(chǎng)長(zhǎng)度為19 mm。在限定的條件下，對(duì)φ2 mm 平底孔反射體的探測(cè)范圍為5～6 200mm，當(dāng)IIW 試塊25mm 的底面回波為80%屏高時(shí)，其始波占寬為2.5mm。

為了滿足試驗(yàn)和檢測(cè)的需要，筆者制作了堆焊層對(duì)比試塊（圖2）及管板模擬堆焊試塊（圖3）。其基材、管板孔徑、堵頭尺寸、堆焊材料和焊接工藝均與返修工件（管板）相同。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

使用儀器為PXUT－350＋。探頭為MB5F 單直探頭、MSEB4H 雙晶直探頭和VSY70縱波雙晶斜探頭。試塊為堆焊層對(duì)比試塊（圖2），試塊寬度為40mm。耦合劑為機(jī)油。

2.3 試驗(yàn)過(guò)程

按一定比例調(diào)節(jié)掃描線，用MB5F單直探頭探測(cè)圖2中不同深度的φ3mm 平底孔，使其各反射波在適當(dāng)位置（30mm 厚堵頭的底面反射波要出現(xiàn)在掃描線上合適的位置，并觀察和記錄），并將其最高波調(diào)至滿刻度的80%，連接各點(diǎn)即為DAC 曲線，以此作為基準(zhǔn)靈敏度。在此靈敏度時(shí)，8 mm 深φ1.5mm橫孔的反射波高比8mm 深φ3mm 平底孔反射波高約高6dB，在掃描線上的位置稍有提前。

同時(shí)，使用儀器的其他兩個(gè)通道，按JB／T 4730—2005標(biāo)準(zhǔn)要求，用MSEB4H 雙晶直探頭探測(cè)圖2中不同深度的φ3mm 平底孔，用VSY70雙晶縱波斜探頭探測(cè)φ1.5mm 橫孔，其余同MB85F探頭，此不贅述。以便復(fù)檢和精確檢測(cè)時(shí)使用。

使用圖2試塊，檢測(cè)系統(tǒng)在信噪比基本相同的情況下，MB5F單直探頭和MSEB4H 均能清晰地識(shí)別不同深度的φ3mm 平底孔反射波；MB5F單直探頭和VSY70探頭均能清晰地識(shí)別φ1.5 mm 橫孔反射波，而且MB5F 單直探頭的靈敏度要高于MSEB4H 和VSY70。這表明在8mm 探測(cè)范圍內(nèi)，體積型和平面型缺陷用MB5F 單直探頭是可以發(fā)現(xiàn)的，尤其是堆焊層與母材未熔合缺陷。

使用以上探頭，分別將圖2 試塊中8 mm 深φ3mm平底孔的最大反射波調(diào)到滿刻度的80%時(shí)，雙晶直探頭MSEB4H 對(duì)管板模擬試塊中0.2 mm間隙探測(cè)，其反射波為滿刻度的30%；而MB5F 單直探頭對(duì)管板模擬塊中0.2mm 間隙探測(cè)，反射波低于滿刻度的30%，將其調(diào)為滿刻度的30%時(shí)，須提高18dB（圖4）。

當(dāng)使用以上探頭，分別將圖2試塊中8 mm 深φ1.5mm橫孔最大反射波調(diào)到滿刻度的80%時(shí)，縱波雙晶斜探頭VSY70對(duì)管板模擬試塊中0.2 mm間隙探測(cè)，其反射波為滿刻度的80%；而用MB5F單直探頭對(duì)管板模擬試塊中0.2mm 間隙探測(cè)，反射波低于滿刻度的20%，將其調(diào)為滿刻度的20%時(shí)，須提高18dB（圖5）。

這表明在所關(guān)注的探測(cè)范圍內(nèi)，單直探頭MB5F對(duì)平行于聲束的小缺陷具有較低的檢出靈敏度。利用MB5F 單直探頭對(duì)平行于聲束的缺陷檢出靈敏度低的特點(diǎn)，來(lái)減少管橋與堵頭0.2mm 間隙反射波對(duì)缺陷判定引起的影響。

試驗(yàn)表明，當(dāng)使用MB5F 單直探頭以φ3 mm平底孔（DAC曲線）為基準(zhǔn)靈敏度（當(dāng)φ3mm 平底孔反射波為滿刻度80%）進(jìn)行探測(cè)時(shí)，管橋與堵頭0.2mm 間隙所產(chǎn)生的反射波在深度8mm 處出現(xiàn)，其波高不足滿刻度的4%。當(dāng)反射波高≥20%DAC時(shí)，其反射波深度在8mm，則可能存在堆焊層與母材未熔合缺陷；當(dāng)反射波深度＞8mm，則母材中可能存在缺陷；當(dāng)反射波深度＜8mm，則堆焊層中可能存在缺陷。

3 驗(yàn)收準(zhǔn)則

根據(jù)JB／T 4730標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)堆焊層質(zhì)量的要求，結(jié)合上文所述管板堆焊的狀態(tài)，確定：在使用MB5F單直探頭檢測(cè)時(shí)，對(duì)于反射波高≥20%DAC的信號(hào)需予以關(guān)注并記錄，按表1準(zhǔn)則進(jìn)行驗(yàn)收。

表1 堆焊層驗(yàn)收準(zhǔn)則

為了確保檢測(cè)質(zhì)量，筆者在管板模擬試塊上對(duì)此工藝進(jìn)行了驗(yàn)證檢測(cè)。對(duì)于檢測(cè)的判定結(jié)果，進(jìn)行了解剖驗(yàn)證，檢測(cè)工藝方法得到了充分的肯定。

4 總結(jié)

通過(guò)以上分析和試驗(yàn)，制定了檢測(cè)工藝步驟：首先使用MB5F單直探頭，從堆焊層側(cè)對(duì)堆焊層進(jìn)行初步檢測(cè)，確定堵頭和管橋位置，對(duì)可疑部位再用雙晶直探頭MSEB4H 和縱波雙晶斜探頭VSY70 進(jìn)行復(fù)驗(yàn)和精確檢測(cè)。

（1）初步檢測(cè)

用單直探頭MB5F對(duì)堆焊層進(jìn)行初步檢測(cè)，只要信噪比滿足要求，且管橋與堵頭0.2mm 間隙所造成的反射波不影響對(duì)缺陷的判定，就應(yīng)適當(dāng)?shù)靥岣邫z測(cè)靈敏度。

檢測(cè)時(shí)找出30mm 堵頭底面回波的最高點(diǎn)，按6dB法測(cè)出其邊緣位置，即為管橋與堵頭之間的間隙，進(jìn)而確定管橋所處的部位，做出標(biāo)定，為精確檢測(cè)做好準(zhǔn)備。

檢測(cè)時(shí)對(duì)未出現(xiàn)堵頭底面回波的部位，即管橋部位進(jìn)行關(guān)注。對(duì)出現(xiàn)的非間隙部位的可疑信號(hào)均應(yīng)做出明確標(biāo)記，以便按JB／T 4730標(biāo)準(zhǔn)中3.3條的驗(yàn)收準(zhǔn)則進(jìn)行精確檢測(cè)。

（2）精確檢測(cè)

在單直探頭MB5F 檢測(cè)的基礎(chǔ)上，分別使用MSEB4H 雙晶直探頭和VSY70雙晶縱波斜探頭對(duì)初步檢測(cè)時(shí)確定的管橋部位可疑信號(hào)進(jìn)行精確檢測(cè)（即對(duì)深度為8mm 的反射信號(hào)、深度＜8mm 的堆焊層內(nèi)反射信號(hào)、對(duì)深度＞8～10 mm 的反射信號(hào)進(jìn)行校核）。以便確定反射信號(hào)是否屬于缺陷反射，進(jìn)而確定是否屬于堆焊層與母材未熔合、堆焊層內(nèi)缺陷、母材裂紋等超標(biāo)缺陷，且按JB／T 4730標(biāo)準(zhǔn)中3.3條進(jìn)行驗(yàn)收。

堆焊層下母材裂紋缺陷隨著材料的改進(jìn)和焊接工藝的成熟已很少見(jiàn)［2］。筆者所在公司自1987年以來(lái)承制的加氫、核電設(shè)備中不銹鋼堆焊的設(shè)備部件，經(jīng)超聲波檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)堆焊層下裂紋缺陷；其次該管板母材為20MnMo鍛件，只要焊接工藝正確，無(wú)再熱裂紋傾向，故筆者認(rèn)為該管板堆焊層下母材裂紋類缺陷只要措施得當(dāng)是可以避免的。即便如此，筆者仍對(duì)該缺陷出現(xiàn)的可能性加以了足夠的關(guān)注，在該管板的堆焊層檢測(cè)中未發(fā)現(xiàn)堆焊層下母材裂紋缺陷。

采用上述超聲波檢測(cè)工藝對(duì)鉆孔后管板堆焊層進(jìn)行檢測(cè)，極大地提高了檢測(cè)速度，保證了檢測(cè)質(zhì)量，確保了在最短的時(shí)間內(nèi)修復(fù)好設(shè)備，最大限度地減少了客戶的損失，截至目前該設(shè)備運(yùn)行良好。

［1］ JB／T 4730.3—2005 承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第3部分：超聲檢測(cè)［S］.

［2］ 強(qiáng)天鵬.承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)學(xué)習(xí)指南［M］.北京：新華出版社，2005：157.