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【摘 要】M310和华龙一号核电站核岛钢衬里环吊钢牛腿T型焊接接头的超声波检测技术比较困难，在实际超声波检测中因超声波探头的选择、灵敏度调整、扫查的方式及缺陷的判断等影响着检测结果的正确性，其中探头的选择和扫查的方式尤为重要，所以对探头的合理选择和正确扫查的方式的要求就更严格。为了确保环吊钢牛腿的质量安全性能，本文就这些问题进行了深入的探讨。
【关键词】超声波；T型焊接接头；斜面；翼板；腹板
【中图分类号】TG40 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）08-0222-03
1.环吊钢牛腿T型焊接接头的超声波检测目的
由于环吊钢牛腿T型焊接接头结构的特殊性，对于体积型的缺陷采用射线检测方法来检测是很困难的，所以采用超声波检测环吊钢牛腿T型焊接接头就非常有必要了。
T型焊接接头的超声波检测不但要求对焊缝根部未焊透缺陷进行检测，而且还必须对整个焊缝截面上的缺陷进行检测，其目的是检测出焊缝中存在的缺陷，从而确保环吊钢牛腿的安全性能。
2.牛腿构造特点
悬臂体系的挂梁与悬臂间必然出现搁置构造，通常就将悬臂端和挂梁端的局部构造称为牛腿。牛腿的作用是衔接悬臂梁与挂梁，并传递来自挂梁的荷载。
安装在核岛钢衬里上的环吊钢牛腿采用手工电弧焊焊接，由翼板厚度为25mm，腹板有20mm、30mm和60mm斜面三种焊接的构件。结构如下图1：
图1
3.牛腿T型焊接接头的超声波检测方法方式
T型焊缝由翼板和腹板焊接而成，坡口开在腹板上，由于腹板较厚，施焊不易操作（与平板对接焊相比），因此焊接过程中易产生未焊透、未熔合、裂纹、夹渣、气孔等缺陷。
根据焊接接头结构形式，牛腿T型焊接接头的检测采用以下方法检测：
①采用直探头在翼板上进行探测，如下图二中探头位置1，可探测腹板与翼板间未焊透或者翼板侧焊缝下层状撕裂等缺陷。
②采用斜探头在翼板外侧如下图2中探头位置2用直射法或一次反射波法，可探测腹板与翼板间的未熔合、未焊透或者翼板侧焊缝下层状撕裂等缺陷。
采用斜探头在腹板上利用一、二次波进行探测缺陷, 如下图二中探头位置3，可检测焊缝内部的气孔、夹渣、裂纹、未熔合、未焊透等。
图2
4.探头的选择
4.1 T型焊接接头超声波检测直探头的选择
翼板厚度只有25mm，所以需要考虑的是直探头的近场区长度，因为在近场区内声压分布不均，这样就容易引起误判和漏检。一般采用双晶直探头或者是小晶片直探头在翼板上进行检测，比如选择2.5P10z。
4.2 T型焊接接头超声波检测斜探头的选择
（1）环吊钢牛腿T型焊接接头腹板厚度为20mm，30mm可选K2或K2.5，另增加K1斜探头检测。
（2）当腹板是斜面的时候，由于斜面的缺陷定位和判断很困难，所以尽量采取一次波检测缺陷，同时从两个面进行检测。所以从一侧用一次波检测的时候要考虑的是探头能检测到位置1和位置2之间所包含的区域。
①如下图3位置1所示：在斜面上使用一次波能检测到焊缝的焊角根部来计算K值。
图3
由tan r =60/15=4 可算出∠r=76°，∠β =180-(180-∠r)-(90-α)=α-14
Sin(α-14)=15/l1，得出l1=15/Sin(α-14)；
正弦定理：l2/sin(180-∠r)=30/sin(90-α)，得l2=30sin104/sin(90-α)
l1+l2=15/Sin(α-14)+30sin104/sin(90-α)；
sinβ=sin(α-14)=H/(l1+l2），得H=(l1+l2）sin(α-14)<15+60=75.（为了保证在斜面上一次波能检测到焊缝的焊角根部。）
综合上面的公式得出：sin（α-14）/sin（90-α）<2.1
当tanα=2.4时，α=67.4，算出sin（α-14）/sin（90-α）≈2.1
所以要满足在斜面上一次波能检测到焊缝的焊角根部，则α<67.4o。即tanα<2.4。
②如下图4位置2，在斜面上使用一次波能检测到焊缝一半以上的区域来计算K值。
图5
说明：图五是图四虚线框内的放大图。
设探头前沿lo为8～10mm.
当前沿是9.5时，即lo=9.5mm，Sin76°=H/9.5,得H=9.2；
l1=9.5cos76，得l1=9.5cos76=2.3；
l2=2.3+15=17.3；
tanα=（9.2+15）/17.3=1.4,得α=54.5；
β= 180-76-90=14；
K=tan（α+β）=tan(54.5+14)=2.475
同理可证，前沿lo为8的时候K=tan（α+β）=2.4
前沿lo为9的时候K=tan（α+β）=2.47
前沿lo为10的时候K=tan（α+β）=2.58
所以根据以上数据分析，要想检测到焊缝一半以上的部分则需要选lo小、K值大探头。
假若要考虑使用一次反射波来检测的话，计算起来得出K=tan（180-76-90+a）=14+a，其中a是上面①和②中斜探头入射角的角度。分别从①和②中取值验证：如果取K2探头，算出K=4.48；如果取K2.5，算出K=7.3。所以K值很大，表面影响太大，同时由于板厚很厚，所以检测的范围也很大，衰减很大，检出率很低，所以根本不实用。
综合①、②和，选择探头K2.4（lo=8mm）从斜面腹板两侧检测时能够覆盖到整个焊缝区域，实际检测中由于探头型号和前沿的影响以及不同方向的缺陷最有利于检测时探头的角度等因素，我们选择的是两种K值的探头从斜面腹板两侧进行检测，这样能更好的覆盖整个焊缝检测区域，例如选择K2和K2.5两种探头。
（3）翼板外侧探伤。常用斜探头的折射角为45度，经验和研究告诉我们选K1探头的好处是用直射波探测焊缝根部的未熔合、未焊透和裂纹等缺陷。
5.灵敏度调整
根据NB/T20003.2-2010，任何一个缺陷显示其幅值H≥DAC-10dB时，宜加以估判，所以最低检测灵敏度为DAC-10dB。
6.扫查方式
（1）直探头探伤时，探头应在焊缝及热影响区内扫查。
（2）斜探头探伤时，探头基本要求是在焊缝两侧做垂直于焊缝的锯齿形扫查，每次移动的间距不大于晶片直径， 同时在移动过程中作10°～15°。
（3）对于腹板厚度为25mm的角焊缝，斜探头在翼板处（图2位置2）画出焊缝的形状，横向和纵向两个方向进行扫查；斜探头于腹板（图2位置3）处时同平板焊缝扫查方式。
（4）对于腹板厚度为60mm的斜面角焊缝，由于斜面的存在，应优先考虑焊缝焊角的反射波来确定缺陷波的位置，一般缺陷波在焊角反射波的前面。实际操作中可以做出相应的模拟试块，在焊角处打磨成反射强烈的槽，从示波屏上面读出焊角反射波的水平或者深度，于是可以判断出在焊角反射波以前的波是缺陷波。
7.缺陷的定位定量方法
缺陷位置测定应以获得缺陷最大反射波的位置为准。定量时应根据缺陷最大反射波幅以及采用6db法测出缺陷的指示长度。
8.缺陷的判断和实例验证
8.1 直探头
（1）层状撕裂出现在翼板厚度略小的位置。
（2）未焊透和根部未熔合出现在声程等于翼板厚度的位置。
（3）夹杂气孔和层间的未熔合根据实际的水平深度和波幅进行判断。
8.2 斜探头
（1）根据水平深度来确认波形是否在焊缝区域，如果在则是缺陷。
（2）当探头与焊缝成一角度扫查时(探头做横向扫查时), 出现底波以前的波则为缺陷波。
（3）对于腹板厚度为60mm的斜面角焊缝，当探头声束垂直焊缝探测, 缺陷波出现在焊角反射波前。
（4）对于缺陷性质判别与平板焊缝相同。
8.3 实例验证
对福清核电现场环吊钢牛腿T型焊接接头的超声波检测结果中发现，不同检测面和不同探头联合起来能全方面的检测出各种缺陷。福清核电4#核岛总共有36个环吊钢牛腿，检测结果发现部分角焊缝内有夹杂和气孔，但是在允许的范围以内。有1条焊缝发现有未焊透，经解剖验证属实，分析出现这种未焊透的情况主要是由于焊接的电流过小，钝边过大造成的。
9.结语
环吊钢牛腿在制作的过程中由于条件的不允许，焊接难度偏大，所以容易产生缺陷。同样环吊钢牛腿构造的复杂性对超声波检测也有很大的难度，所以要确保环吊钢牛腿的质量，必须采用正确的合理的超声波检测技术。除此以外对检测人员的技术水平和工作经验也很重要。
参考文献
[1]全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会组织编写，超声波探伤[J].中国锅炉压力容器安全杂志社，2005年.
[2]中华人民共和国行业标准JB/T4730-2005.3,超声检测部分，2005年.
[3]0426JT0315，安全壳防泄衬里和空气闸门建造-无损检测，中国核电工程有限公司， 版次A.
论文作者:罗雅,叶冰
论文发表刊物:《建筑知识》2017年8期
论文发表时间:2017/6/21
标签：腹板论文; 缺陷论文; 斜面论文; 超声波论文; 位置论文; 反射论文; 厚度论文; 《建筑知识》2017年8期论文;