电力建设施工及验收技术规范管道焊接接头超声波检验篇讲解.docx

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电力建设施工及验收技术规范管道焊接接头超声波检验篇讲解

电力建设施工及验收技术规范

管道焊接接头超声波检验篇

The Code of Erection and Acceptance forElectric Power Construction

Ultrasonic inspection section for butt welds of pipes 

DL/T5048-95

主编部门：

电力工业部建设协调司

    批准部门：

中华人民共和国电力工业部

前言

    根据电力工业部建质（1994）7号文的要求，部电力建设研究所组织部内有关专家组成规范修订小组，对《电力建设施工及验收技术规范（管道焊接接头超声波检验篇）》SDJ67—83进行了修订。

    修订后的规范保留了原规范中经长期实践，行之有效的有关探伤工艺方面的条款。

    小径管焊接接头超声波探伤的探伤工艺及质量标准曾以导则形式在电力系统试用一年。

在广泛听取国内有关单位的意见，参考国外相关标准的基础上进行了修改，修改后的条文强调了可操作性及准确性并以独立的一章收入规范。

    本规范从1996年4月1日起实施。

    本规范从生效之日起，同时代替SDJ67—83。

    本规范的附录A、附录B、附录C、附录D、附录E、附录F、附录G、附录H和附录J均为标准的附录。

附录K为提示的附录。

    本规范由电力工业部电力建设研究所提出并归口。

    本规范起草单位：

电力工业部电力建设研究所、武汉水利电力大学、江苏电建一公司、安徽电建一公司、湖北电建公司。

    本规范主要起草人：

陈平、毛森祥、徐亚澄、施汝才、王寰明、李其杰。

1 范围

    本规范规定了检验焊接接头缺陷，确定缺陷位置、尺寸、当量及缺陷评定的一般方法和探伤结果的分级方法。

    本规范适用于电力系统制作、安装和检修设备时壁厚为4~120mm，标称直径大于或等于32mm的钢制承压管道单面焊接双面成型的焊接接头超声波探伤。

    本规范不适用于铸钢、奥氏体不锈钢的焊接接头超声波探伤，以及壁厚为4~14mm、标称直径为32~89mm的小径管摩擦焊焊接接头探伤。

2 引用标准

    下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。

在标准出版时，所示版本均为有效。

所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

    ZBJ04001—84A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能测试方法

    ZBY230—84A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件

    ZBY231—84超声探伤用探头性能测试方法

    ZBY232—84超声探伤用1号标准试块技术条件

    GB11345—89钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级

    DL5007—92电力建设施工及验收技术规范（火力发电厂焊接篇）

3 探伤人员

3.1 资格

    探伤人员必须取得电力工业无损检测人员资格考核委员会颁发的资格证书，探伤报告必须由Ⅱ级或Ⅱ级以上的超声波探伤人员签发。

3.2 非规范探伤

    探伤人员应按本规范要求进行探伤，如果采用规范以外的方法探伤时，则事先应得到有关部门批准，并在报告中注明。

3.3 安全

    超声波探伤必须遵守现场安全规程和其他有关规定。

3.4 探伤条件

    当探伤条件不符合本规范的工艺要求或不具备安全作业条件时，探伤人员有权停止工作，待条件改善符合要求后再行探伤。

4 探伤仪和探头

4.1 探伤仪

4.1.1 探伤仪的性能指标和测试方法应符合ZBY230《A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件》及ZBJ04001《A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能测试方法》规定的相应条款，其工作频率为1~5MHz。

4.1.2 仪器和斜探头的组合灵敏度：

在所探焊件最大声程处，有效探伤灵敏度余量不小于6dB。

4.1.3 组合分辨力：

应能将附录A的标准试块上φ50与φ44两孔的反射信号分开，当两孔反射波幅相同时，其波峰与波谷的差值不小于6dB。

4.2 探头

4.2.1 探头性能必须按ZBY231《超声探伤用探头性能测试方法》进行测定。

4.2.2 对斜探头声束水平偏离角的要求：

将探头置于标准试块上探测棱边，当反射波幅最大时，探头中心线与被测棱边的夹角应在90°±2°的范围内。

4.2.3 斜探头主声束在垂直方向：

不应有明显的双峰或多峰。

4.2.4 探头的中心频率允许偏差为±0.5MHz。

5 试块

5.1 标准试块

    标准试块的形状和尺寸见附录A，试块制造的技术要求应符合ZBY232《超声探伤用1号标准试块技术条件》的规定。

该试块主要用于探伤仪、探头及系统性能的测定。

5.2 对比试块

5.2.1 对比试块的形状和尺寸见附录B。

5.2.2 对比试块采用与被探管材相同或声学性能相近的钢材制作。

试块的探测面及侧面用直探头以2.5MHz以上频率探伤时，不得出现大于距探测面20mm处的φ2平底孔反射回波幅度1/4高度的缺陷回波。

5.2.3 锯齿槽对比试块的形状和尺寸见附录C，该试块用被探管材制作，用作焊接接头根部缺陷的对比测定。

5.2.4 当探伤面曲率半径R≤W２/4时（W为探头宽度），应采用与探伤面曲率相同的对比试块。

反射体的布置可参照对比试块确定，试块宽度应满足：

式中b——试块宽度，mm；

    λ——波长，mm；

    S——声程，mm；

——声源有效直径，mm。

5.2.5 现场探伤时为校核灵敏度和扫描线性，可以采用附录D所示的携带式试块。

5.2.6 在满足灵敏度要求的条件下，可以采用其他型式的试块，但事先应得到有关部门批准并在报告中注明。

6 工艺要求

6.1 探伤前的准备

    探伤前应了解焊件名称、材质、规格、焊接工艺、热处理情况、坡口型式（内坡口单侧长度不小于0.6t），以及焊接接头中心位置的标定。

    注：

t为管壁厚度，下同。

6.2 焊接接头

6.2.1 焊接接头表面质量及外形尺寸需经检查合格。

6.2.2 焊接接头两侧应清除飞溅、锈蚀、氧化物及油垢，表面应打磨平滑，打磨宽度至少为探头移动范围（见图7.2.2及图7.2.3）。

6.2.3 焊接接头两侧的母材，探伤前应测量管壁厚度，至少每隔90°测量一点。

6.2.4 焊后需热处理的焊接接头，应在热处理后探伤。

6.3 耦合剂

    耦合剂应具有良好的润湿能力和透声性能，且无毒、无腐蚀性、易清除。

常用的耦合剂为机油、甘油和浆糊等。

6.4 探伤接触面

    探头的工作面与管道外表面应紧密接触，必要时应进行修磨。

修磨后的探头应重新测定入射点及折射角。

7 探伤

7.1 探头选择及扫描速度调节

7.1.1 管道焊接接头超声波探伤时，斜探头折射角的选择以直射波声束中心线至少能扫查焊接接头厚度的2/5为原则（参考表7.1.1）。

探测根部缺陷时，不宜使用折射角为60°左右的探头。

7.1.2 探头频率一般采用2.5MHz，当管壁厚度较薄时易采用5MHz的探头。

7.1.3 管道焊接接头探伤时，扫描速度的调节可在标准试块或对比试块上进行。

7.1.4 扫描速度比例依据工件厚度和选用探头角度来确定。

表7.1.1斜探头折射

7.2 探伤位置及探头移动范围

7.2.1 一般要求从焊接接头两侧探伤。

因条件限制只能从焊接接头一侧探伤时，应采用两种以上经批准的不同折射角的探头探伤，并在报告中注明。

图7.2.2一般管道焊接接头

探伤时探头移动区

7.2.2 采用直射波及一次反射波法探伤，探头移动区应大于1.25p（见图7.2.2）。

式中p——跨距，mm；

    t——管壁厚度，mm；

    β——折射角，°。

图7.2.3厚壁管道焊接接头

探伤时探头移动区

7.2.3 当管壁较厚（壁厚大于50mm）时，采用直射波探伤，但还需增加一个折射角度大的探头探伤（参见表7.1.1）。

探头移动区应大于0.75p（见图7.2.3）。

7.2.4 如需检测横向缺陷，一般应在去除余高的焊接接头上探伤。

7.3 母材的检查

7.3.1 斜探头扫查声束通过的母材区域应用直探头检查，以便确定是否有影响斜角探伤结果解释的分层性或其他类型的缺陷存在。

该项检查仅作记录，不属于对母材的验收检验。

检查的要点如下：

    ——方法：

接触式脉冲反射法，采用频率为2～5MHz的直探头，晶片直径10～25mm；

    ——灵敏度：

将无缺陷处二次底波调节到荧光屏满刻度；

    ——记录：

凡缺陷信号超过荧光屏满刻度20%幅度的部位，应在工作表面作出标记，并记录。

7.3.2 探测管壁较薄的管材，或探测近表面缺陷时，若单晶探头达不到所要求的近表面分辨力，可选用双晶探头。

7.4 扫查方式

7.4.1 一般采用探头沿焊接接头作矩形移动的基本扫查方式。

扫查时，探头每次移动的距离s不得超过探头晶片的直径。

在保持探头移动方向与焊缝中心线垂直的同时，根据管径曲率大小还要作小角度的摆动（见图7.4.1）。

7.4.2 为了确定缺陷的位置、方向、形状，观察缺陷动态波形或区分缺陷信号与伪信号，可采

图7.4.1探头的基本扫查方式

图7.4.2其他扫查方式

用前后、左右、转角等扫查方式（见图7.4.2）。

7.4.3 探伤速度应小于150mm/s。

7.5 距离—波幅曲线的绘制

图7.5.1距离—波幅曲线示意图

7.5.1 距离—波幅曲线除可用探伤仪自绘外，应以所用探伤仪和探头在对比试块上实测的数据绘制（见附录E）。

该曲线由RL（判废线）、SL（定量线）和EL（评定线）组成。

EL与SL之间称Ⅰ区，SL与RL之间称Ⅱ区，RL以上称Ⅲ区，如图7.5.1所示。

7.5.2 不同管壁厚度的距离—波幅曲线灵敏度按表7.5.2规定。

7.5.3 距离—波幅曲线的校验以所用探伤仪和探头在对比试块上进行，校验应不少于两点。

表7.5.2距离—波幅曲线的灵敏度

    注：

管壁厚度小于或等于14mm的距离-波幅曲线的灵敏度见表9.3.2。

7.5.4 探伤时由于管件表面耦合损失、材料衰减以及内外曲率的影响，应对探伤灵敏度进行综合补偿，综合补偿量必须计入距离—波幅曲线。

补偿的测量方法参考附录F。

7.5.5 探伤灵敏度不得低于EL线，探伤过程中应注意对探伤灵敏度进行校对。

7.6 缺陷的定量

7.6.1 探伤中出现在SL线和SL线至RL线之间的缺陷反射波信号，应进行波幅和缺陷指示长度的测定。

7.6.2 缺陷波幅的测定：

将探头移至缺陷出现最大反射波信号的位置，根据波幅确定它的距离—波幅曲线图中的区域。

图7.6.3-1相对灵敏度测长法

7.6.3 缺陷指示长度的测定：

    ——当缺陷反射波信号只有一个高点且缺陷处声束宽度小于缺陷长度时，用降低6dB相对灵敏度法测量缺陷的指示长度（见图7.6.3-1）。

    ——在探头移动过程中，当缺陷反射波信号起伏变化有多个高点，缺陷端部反射波幅位于SL线或Ⅱ区时，用端点峰值法测量缺陷的指示长度（即探头移动过程中，以缺陷两端反射波信号最大值之间的距离确定为缺陷指示长度，见图7.6.3-2）。

图7.6.3-2端点峰值测长法

7.7 缺陷的定位

7.7.1 探伤时发现缺陷反射波信号时，应精确测量该处的管壁厚度。

7.7.2 缺陷位置以荧光屏上显示的缺陷最大反射波信号的位置表示。

根据探头的相应位置和反射波信号在荧光屏上的位置，确定缺陷沿焊接接头方向的位置；缺陷到探伤面的垂直距离及缺陷至探头入射点的水平距离等缺陷的位置参数。

7.7.3 缺陷的深度和水平距离两数值中的一个可由缺陷最大反射波信号在荧光屏上的位置直接读出，另一数值可用计算法、曲线法、作图法或缺陷定位尺求出。

7.7.4 初探发现不允许存在的缺陷时，必须校核探头的折射角、探伤灵敏度，重新调整探伤仪后进行评定探伤。

7.8 缺陷评定

7.8.1 最大反射波信号位于Ⅱ区的缺陷，其指示长度小于10mm时，按5mm计。

7.8.2 相邻两缺陷间距小于8mm时，两缺陷指示长度之和作为单个缺陷的指示长度。

7.8.3 根部未焊透的对比测定：

探伤时当发现根部缺陷，经综合分析确认为未焊透时，改用折射角为45°～50°、频率为5MHz的斜探头，以附录C锯齿槽对比试块上深1.5mm通槽的反射波幅调至荧光屏满刻度的50%作为对比灵敏度进行对比测定。

7.8.4 缺陷的性质，可根据缺陷反射波信号的特征、部位，采用动态包络线波形分析法，改变探头角度或扫查方式，并结合焊接工艺等进行综合分析。

8 质量标准

8.1 评定单位

    管道焊接接头质量以每个焊接接头为评定单位，当量数计算按DL5007《电力建设施工及验收技术规范（火力发电厂焊接篇）》规定。

8.2 记录缺陷

    管道焊接接头探伤时，非裂纹类缺陷反射波幅达到EL线或I区时，应作记录但不作为质量评定。

缺陷位置记录见附录J和附录K。

8.3 超标缺陷

8.3.1 焊接接头中存在下列情况之一的缺陷时，该焊接接头评为Ⅲ级。

    ——当缺陷反射波幅位于RL线或Ⅲ区时。

    ——当缺陷反射波幅位于SL线或Ⅱ区时，且缺陷的指示长度（经修正后的圆周方向的弧长）超过表8.3.1-1中的Ⅱ级规定时。

    ——当缺陷累计指示长度经修正后超过表8.3.1-2的Ⅱ级规定时。

    ——当密集缺陷的反射波信号中，有一个波幅达到SL线以上时。

    ——当根部未焊透缺陷深度或长度超过表8.3.1-3中的Ⅱ级规定时。

 表8.3.1-1允许存在的缺陷指示长度                mm

    注：

管壁厚度不等的焊接接头，t取薄壁管厚度。

表8.3.1-2允许存在缺陷的累计指示长度            mm

表8.3.1-3根部未焊透缺陷的允许范围

8.3.2 根部未焊透的对比：

    ——当缺陷反射波幅大于或等于用锯齿槽试块调节的对比灵敏度反射波幅时，应评为不合格。

    ——当缺陷反射波幅小于用锯齿槽试块调节的对比灵敏度反射波幅时，用端点14dB法测量缺陷指示长度L，并按下式换算成未焊透在根部的长度l后，按8.3.1条进行评定。

式中D——管道外径，mm。

8.4 危险性缺陷

    探伤中如检验人员能判定缺陷性质为裂纹、未熔合等危险性缺陷时，不受8.3条限制，该焊接接头应评为不合格。

8.5 返修

    不合格的焊缝应返修，返修部位及返修时受影响的部位均应复探。

复探按原探伤条件进行，质量评定按8.3、8.4条规定。

9 小径管焊接接头的超声波探伤

9.1 探伤仪、探头和系统性能

9.1.1 探头应满足如下的要求：

    ——探头应满足小径管内、外壁曲率大，管壁薄（其规格为：

壁厚4～14mm，外径32～89mm）的要求。

应使用高阻尼，短前沿的单晶横波探头。

    ——探头晶片尺寸，一般不大于6mm×6mm。

    ——探头前沿距离小于或等于5mm，偏差小于或等于0.5mm，工作频率为5MHz。

9.1.2 使用的探头与探伤仪应有良好的匹配性能，在探伤灵敏度的条件下，探头的始脉冲占宽应尽可能小，一般小于或等于2.5mm（相当于钢中深度）。

9.1.3 为了提高根部缺陷探测结果的可靠性，推荐使用横波双晶聚焦探头或平晶片双倾角TR横波探头。

表9.1.4推荐的探头角度

9.1.4 选用的横波斜探头应满足直射波能扫查到焊接接头1/4以上壁厚范围。

折射角应根据管壁厚度确定，对不同管壁厚度的焊接接头探伤，可参考表9.1.4。

9.1.5 当组合灵敏度可以满足二次反射波法探伤灵敏度要求时，探头的晶片尺寸可为10mm×10mm或8mm×9mm，其前沿距离可为10mm，频率为2.5～5MHz，定位时推荐用晶片尺寸为6mm×6mm的探头。

9.1.6 探头的接触面必须与管子外表面紧密接触，其边缘与管子外表面的间隙不大于0.1mm（如图9.1.6所示）。

可以通过在管子表面上铺上细砂纸沿轴向轻轻研磨，使探头表面与管子的外表面紧密接触。

图9.1.6探头接触面边缘与管子

外表面的间隙示意图

9.1.7 除上述要求外，其余参照4章的有关规定。

9.2 试块

9.2.1 专用试块：

用于测定探伤仪和探头的系统性能以及扫描速度和灵敏度的调整。

其形状和尺寸见附录G。

根据管子曲率的变化，试块共分4块，使用时可按表G的规定范围进行选择。

9.2.2 测量补偿量试块：

小径管焊接接头探伤中，探伤灵敏度除需测定材质衰减和工件表面粗糙及耦合情况造成的表面声能损失外，还需测定由于内曲率大造成声能散射损失。

因此，在小径管探伤中，必须对补偿量进行测量，并根据测量结果对灵敏度进行修正。

补偿量的测定试块参考附录H。

9.3 工艺及探伤要求

9.3.1 焊接接头余高宽度应满足：

式中β——探头折射角，°；

——探头前沿长度，mm；

    S——余高宽度，mm。

9.3.2 小径管焊接接头探伤时，距离—波幅曲线的灵敏度按表9.3.2规定。

9.3.3 扫查灵敏度不得低于φ2×15-18dB。

表9.3.2距离—波幅曲线的灵敏度

9.3.4 测长灵敏度为φ2×15-18dB。

9.3.5 探伤时用直射波和一次反射波法在焊接接头两侧对整个检验区进行同向扫查。

9.3.6 使用70°以上角度的探头时要注意识别表面波的干扰信号。

9.3.7 当管子表面比较粗糙时，应当进行打磨。

9.3.8 其余参照6、7章的有关规定。

9.4 质量标准

9.4.1 根据焊接接头存在缺陷类型、缺陷波幅的大小以及缺陷的指示长度，焊接接头的质量分为合格和不合格两类。

9.4.2 如探伤人员能判定为裂纹、坡口未熔合、层间未熔合或密集性缺陷等危险性缺陷时，评为不合格。

9.4.3 缺陷反射波幅大于或等于φ2×15-4dB时，评为不合格。

9.4.4 在φ2×15-18dB灵敏度下测长时，缺陷指示长度大于10mm时，评为不合格。

10 技术档案

10.1 技术档案应包括标有焊接接头编号的管道系统图、坡口型式、探伤报告及探伤记录等技术资料，探伤报告及探伤记录表格可参考附录J。

10.2 机组安装（或检修）结束后，应将探伤报告及探伤记录整理成册，并归档统一保管。

附录A标准试块

（标准的附录）

    用于管道焊接接头探伤的标准试块采用CSK-1B试块，其形状和尺寸如图A所示。

图ACSK-1B试块

附录B对比试块

（标准的附录）

    管道焊接接头探伤时，采用RB-3对比试块，其形状和尺寸见图B。

图BRB-3对比试块

注：

1.尺寸公差±0.1；

        2.各边垂直度不大于0.1；

          3.表面粗糙度不大于6.3μm；

               4.标准孔加工面的平行度不大于0.05。

附录C焊接接头根部缺陷对比试块

（标准的附录）

    采用SD-Ⅲ型对比试块，用于管道焊接接头根部缺陷的对比测定，型式见图C。

图CSD-Ⅲ型对比试块

附录D携带式试块

（标准的附录）

    现场使用的携带式试块可根据需要选择，如图D-1和图D-2为SD-Ⅳ型试块和IIW2型试块，可供选用。

图D-1SD-Ⅳ型试块

图D-2ⅡW2型试块

附录E距离—波幅曲线的制作

（标准的附录）

E1 试块

E1.1 采用附录B的对比试块。

E1.2 当R≤

时，采用探伤面曲率与管子探伤面曲率相同或相近的对比试块。

E2 绘制步骤

    （距离—波幅曲线可绘制在坐标纸上，也可以绘制在仪器面板上）

E2.1 将测试范围调整到探伤使用的最大探测范围，并按深度（水平或声程法）调整时基线扫描比例。

E2.2 根据工件厚度和曲率选择合适的对比试块，选取试块上孔深与探伤深度相同或相近的横孔为第一基准孔，将探头置于试块探伤面声束指向该孔，调节探头位置找到横孔最高反射波。

E2.3 调节增益或衰减器使该反射波幅为荧光屏刻度上某一高度（为满刻度的60%），该波幅即为“基准波高”。

E2.4 调节衰减器，依次测量其他横孔，并找出最大反射波高，分别记录各反射波的幅值。

E2.5 以波幅为纵坐标，探测距离为横坐标，将E2.3、E2.4记录数据描绘在坐标纸上。

E2.6 将各点连接成曲线，并延长到整个探测范围，最近探测点到0点面水平线，该曲线即φ3横孔距离—波幅曲线的基准线。

E2.7 依据正文规定的灵敏度，在基准线下分别绘出RL、SL及EL，并标记波幅的分区。

E2.8 为便于现场探伤校验灵敏度，在测量上述数据的同时，可对现场使用的携带式试块上某一参考反射体进行测量，记录其反射波位置和反射波幅并标记在距离—波幅曲线图上。

附录F补偿量测量试块

（标准的附录）

F1 试块

F1.1 制作与被探管道的材质、规格及表面粗糙度相同的试块（见图F1.1-2）

F1.2 在试块上钻φ3mm×40mm横孔，当管壁厚度小于或等于25mm时，钻一个孔，距内壁t/2（见图F1.1-1）；当管壁厚度大于25mm时，钻两个孔，距内壁分别为t/4和3/4t（见图F1.1-2）。

图F1.1-1补偿量测定试块

图F1.1-2补偿量测定试块

注：

1.尺寸公差±0.1；

        2.各边垂直度不大于0.1；

          3.表面粗糙度不大于6.3μm；

                4.标准孔加工面的平行度不大于0.05。

F2 测量方法

F2.1 以所用的仪器和探头在RB对比试块上作出距离—波幅曲线。

F2.2 相同的仪器和探头，在相同的起始灵敏度条件下探测试块上φ3mm×40mm横孔，直射波探下孔，一次反射波探上孔（图F1.1-2）。

    如试块只有一个孔时，均探同一横孔（图F1.1-1）；将波幅调至规定的高度，然后读取衰减器的分贝数N。

F2.3 在距离—波幅曲线上查出同距离的分贝数N，则综合补偿量ΔN由下式决定：

    dB

附录G小径管焊接接头超声波探伤专用试块

（标准的附录）

    小径管焊接接头超声波探伤专用试块，如图G所示。

试块一套共4块，其适用范围如表G所示，其材质、表面状态要求同5.1和5.2.1条的要求。

表G专用试块的适用范围