摘  要：介绍了堆焊层复合层侧的超声波探伤，以及本厂实践探伤。

关键词：堆焊层；超声波探伤

    在制造容器的过程中，对原子能压力容器设备和化工设备内表面都要求抗腐蚀，为了防止氢浸蚀和腐蚀，要求在工件的内表面堆焊一层不同于母体的材料，即复合层。堆焊材料一般为不锈钢或镍基合金等，对于其质量控制，一般是用渗透探伤检查表面质量状况，用超声波探伤检查内部质量状况。下面就我厂的产品浅谈一下堆焊层复合层侧的超声波探伤。

1     堆焊层简介

    在我厂生产的大部分热壁加氢反应中，均要求在内壁堆焊一层奥氏体不锈钢材料，内层为309，外层为347，堆焊采用埋弧自动焊，埋弧自动焊的基本原理同一般熔化焊堆焊原理相同，是熔化和熔敷焊接材料，使其成为焊件上的堆焊层，但堆焊层熔身要小，既熔敷率高，稀释率低。

    堆焊层的缺陷按出现的部位可分为四类：①表面缺陷，包括裂纹、气孔、夹渣等②堆焊层内的缺陷，一般为夹渣和未熔合③堆焊层与母材的未结合④堆焊层下的再热裂纹。

2     探伤

    为保证产品质量设计的要求，故必须严格控制产品堆焊层的质量。目前，对堆焊层的探伤方法主要有两种：超声波探伤、渗透探伤。

    ●超声波探伤：在产品上堆焊的奥氏体不锈钢的结晶主要为柱状结晶，其声学性能各向异性明显，对于这种材料，如采用常规横波斜探头探伤，则散射衰减严重，在仪器示波屏上出现草状回波，信噪比极低，无法探伤，故一般采用双晶纵波直探头、斜探头进行探测，声波沿柱状晶方向传播衰减小，从而有效地检出缺陷，保证堆焊层的质量。

    超声波探伤方法从堆焊层成形的方式可分为两类：①带极堆焊层超声波探伤，带极堆焊层表面光滑，耦合较好，故我们主要采用双晶纵波直探头、双晶纵波斜探头在复合层侧进行检测。②丝极堆焊层超声波探伤，由于丝极堆焊层表面成形后凹凸不平，探头耦合较差，故我们一般在母材侧采用单晶高频纵波直探头探伤。

    ●渗透探伤：主要检测堆焊层表面开口裂纹。

2．1超声波探伤设备

2．1．1超声波探伤仪器

    超声波探伤仪一般采用A型脉冲反射式超声波探伤仪，如CTS一22、CTS一23、SONICl200S等；

2．1．2．1复合层侧超声波探伤用探头

    主要采用SEB4E、SEB2E、2．5210×13×2LA45⁰、2．5210×13×2LA60⁰(其中2．5Z10×13×2LA45⁰、2．5210×13×2LA60⁰这两种探头都是本人设计，由汕头研究所制造，后经实践、检验论证，这两种探头具有优良的性能和较高的检测灵敏度，并且满足标准要求，现已逐步在我厂、大重等单位推广使用。)

2．1．2．2母材侧超声波探伤用探头

    主要采用5P20、5C10N。

2．1．3超声波探伤试块

    试块的形状和尺寸如图1、图2所示，试块的材料、堆焊工艺、母材厚度以及堆焊层厚度均应与工件相当。

2．1．3．1复合层侧超声波探伤用试块

    复合层侧进行超声波探伤，应采用T1试块，见图1。

2．1．3．2母材侧超声波探伤用试块

  从母材侧进行超声波探伤，应采用T2试块，见图2。

2．2仪器的调节方法(以下就CTS一22型仪器阐述)

2．2．1双晶纵波直探头的校对

    打开仪器，首先把仪器的工作方式选择为双探头工作方式，抑制旋纽置关，深度范围旋纽置50mm范围；然后把探头放在T1试块上，采用适当的灵敏度，利用水平移位旋纽，找到Ø4mm人工射体的反射波及底面反射波，然后将Ø4mm人工射体的反射波波高调至80％，采用深度细调旋纽把两个反射波的前沿调至22mm，关紧深度细调旋纽，此时仪器的相对水平时基线性已调好；最后提高适当的灵敏度，找到Ø2mm孔反射波，波高调至80％，并采用脉冲移位旋纽把Ø2mm孔反射波移到示波屏水平刻度8mm处，再锁紧脉冲移位旋纽；至此，仪器的探伤灵敏度已调好。

2．2．2双晶纵波斜探头的校对

    打开仪器，首先把仪器的工作方式选择为单探头工作方式，抑制旋纽置关，深度范围旋纽置50mm范围；然后把探头放在T1试块上，采用适当的灵敏度，找到Ø1．5mm孔的反射波，波高调至80％，如图3所示，然后采用脉冲移位旋纽把Ø1．5mm孔反射波移到波屏水平刻度8mm处，再锁紧脉冲移位旋纽：最后用增益旋纽提高10dB，至此，仪器的探伤灵敏度已调好。   

3      实践探伤

    在我厂生产的大型热壁加氢反应器筒节中，大部分均要求在内壁堆焊复合层，复合层的厚度一般要求在7mm左右，现以筒节复合层探伤为例论述。

3．1双晶纵波直探头检测

    带极堆焊属于自动化焊接，其焊接的缺陷有一定的规律性，一般焊接的缺陷均是由某个接头部位开始，顺沿堆焊方向条状连续或分散存在，长则达数米，短则几十毫米。探伤时，首先用仪器分析堆焊层的厚度，确定探伤的范围；由于堆焊层和母材属于不同材质，声阻抗不同，故会在熔合层界面反射回界面回波信号，在仪器示波屏上可以明显分辨出(如图4所示)，在确定堆焊层探伤范围后，再进行扫查探伤，一般要求扫查沿互为垂直的两个方向扫查。

    表1为我们在堆焊层试块上对不同孔径平底回波进行比较结果，所用双晶探头频率为2．5MHz，晶片尺寸为Ø24mm，焦点深度为10mm。

3．2双晶纵波斜探头检测

    斜探头主要用于探测堆焊层下的再热裂纹，这种裂纹主要产生在复合层下的母材中，一般成群出现，位于焊带这间凹槽周围约10mm的区域，裂纹方向垂直于表面且垂直于堆焊方向，裂纹长度<10mm，深度为堆焊层下l～2．5mm不等。探伤扫查时，探头一般沿四个相反方向进行扫查。

    在对三十多个筒节内壁堆焊层的检测后，没有发现任何裂纹类缺陷。

4  分析总结

    从我们的实践经验来分析，从堆焊层侧探伤的优点在于①缺陷信号易于辨别，界面部位的反射回波信号较弱，几乎不存在>Ø2mm人工缺陷的反射信号，如在母材侧检测，由于界面部位的反射回波信号较强，几乎普遍存在>Ø2mm人工缺陷的反射信号，个别部位的反射回波信号甚至达到Ø4mm人工反射体，造成识别缺陷困难，故而容易出现误判，导致不必要的返修、成本浪费、产品质量降低。②缺陷定位准确，由于系近表面探伤，探伤范围只有8mm左右，故要比母材侧探伤定位要更准确。③缺陷检出率高，由于扫查灵敏度为Ø2mm一6dB，在复合层侧完全能够采用Ø2mm一6 dB灵敏度探伤，而在母材侧探伤，由于界面回波信号较强，则不能够采Ø2mm一6dB灵敏度探伤，只能降低灵敏度探伤，故在复合层侧探伤比在母材侧探伤有更高的缺陷检出率。缺点是在进行在役检测的时候，操作不如母材侧检测方便。

    综上所述，对复合层的超声波探伤，我们要优先选择在复合层侧探伤，当如果在复合层侧不易实现的时候，才考虑选择在母材侧进行探伤。

                                           (中国第一重型机械集团大连加氢反应器制造有限公司)