奧氏體不銹鋼管焊接過程中焊縫質量的超聲波檢測

奧氏體不銹鋼管廣泛應用于核、石油、化工等行業，其焊縫質量直接影響特種承壓設備（鍋爐、壓力容器、壓力管道）的安全。焊縫失效會引起爆炸、燃燒、環境污染等重大事故，給國家和人民財產造成巨大損失，甚至嚴重危及人民生命。目前，國內外對于小口徑薄壁奧氏體不銹鋼管對接焊縫質量的超聲波檢測尚無專門的標準和規范。實際檢測主要采用和依賴碳鋼管無損檢測技術或各種企業檢測程序。對于超聲波焊接質量檢測工藝和大口徑厚壁奧氏體不銹鋼管的實施，國內不同行業不同，整體水平較低，檢測效果較差。這種情況對奧氏體不銹鋼管焊縫的檢驗和試驗非常不利。

對于小口徑奧氏體不銹鋼管，由于其焊接結構不均勻、壁薄、彎曲大等原因，目前進行超聲波探傷非常困難，尚無有效的超聲波探傷方法。為此，迫切需要開發一種針對奧氏體不銹鋼管焊縫的超聲波檢測方法和工藝，以提高管道焊縫缺陷的檢出率和檢測精度，大大提高檢測效率，降低檢測成本。

一般在不同材質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，因為每一種波都有平行于法向波和垂直于法向波的質點位移分量。一個組件通常比另一個大得多。平行分量較大的波稱為“準縱波”，垂直分量較大的波稱為“準橫波”。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。兩個準模態退化為純模態。

能量通量矢量對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，單位時間和單位面積的能量流動方向（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。

當超聲波在各向異性介質中向前傳播時，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，即不同性質的線彈性波的混合波。更準確地說，在各向異性材料中，從這個超聲波束反射到單個缺陷的回波在超聲波探傷儀的屏幕上顯示時是一共粘波，一般是三個波。 一定有一個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奧氏體不銹鋼管壁內表面幾何效應的前提下，采用雙晶聚焦法制成的探頭最大直徑可超過32mm159mm，壁厚可達3.520mm 鋼管壁內表面對超聲波束的幾何效應有不利影響。

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

試驗證實，這種用于奧氏體不銹鋼管對接焊檢測的專用探頭具有以下特點：

(1)專用探頭用于檢測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。

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

(3)專用探頭發射的檢測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，被測距離的幅度曲線更平滑，便于缺陷的量化。