引言

小径管通常指的是外径在32到89毫米之间，壁厚在14毫米以内的管道。该结构的管道可以承受较大的压力，一般是作为火力发电厂锅炉或者压力容器的连接管道被广泛应用。比如，火力发电厂中的锅炉再热器管、水冷壁管、过热器管等应用的都是小径管。这种零件的对接方式一般是焊接，由于其直径小，所以，其焊接部位容易存在缺陷，一旦压力过大就容易发生小径管炸裂，影响电厂锅炉的安全、稳定运行。本文主要探究了超声波检测技术在小径管对接焊缝探伤中的应用。

超声波无损探伤是超声波检测的初级阶段，它的作用是在不损坏零件结构的前提下，通过声波探测出人类肉眼无法检测到的零件内部的损伤，从而保证零件的质量和设备的安全。

超声波无损检测是近年来应用最广泛的精密零件的探伤技术，主要用于容器或者管道内部损伤的检测。超声波无损评价是超声波检测发展的最终目标，在未来超声波无损评价技术不仅可以检测零件的损伤，还能根据零件的材质评定其质量，包括材料的物理性质和力学性能等。 

1.1 用于检测小径管焊缝处是否存在气孔

检测人员可以通过观察仪器中超声波的反射波幅来判定焊缝处是否存在气孔，主要的判断依据是反射波的幅度大小。

反射波幅度与气孔的大小有关，当气孔直径小于1mm时，反射波幅度随着气孔尺寸的增大而增大；但是如果气孔尺寸大于1mm，反射波幅度反而减小而且形状由尖变宽。所以在判断焊缝处是否存在气孔时，不能仅通过反射波幅度大小判断，还要根据其形状并且结合其他设备作出准确判断。

此外，还可将超声波探头前后左右移动，如果反射波幅度相交于基准线出现较宽形状的波幅且反射波幅度较小，则可判定该区域存在较为密集的气孔。

1.2 用于检测焊缝处是否未熔合、未焊透或者裂纹

将探头沿着对接焊的部位扫描一周，如果发现有的部位波幅较低而有的部位波幅较高，这时便可判断焊缝处存在未熔合的部位；检测未焊透缺陷时，先对焊缝的两侧进行探测，若反射波出现类似于端角反射，且反射波较强，这时再将探头对准焊缝中间部位进行检测，如果反射波沿着焊缝长度方延伸，便存在未焊透缺陷；用探头分别检测焊缝的两端和中间部位，如果两端波形高、波幅大，而中心部位与其相反，则可判定焊缝中存在裂缝。

1.3 用于检测是否存在焊瘤

焊瘤一般存在焊缝的中间部位且厚度与焊缝相差不多，所以肉眼很难发现，使用超声波探测时，对准焊缝中间部位进行检测，如果波形宽且角度较大，便可判定焊缝中存在焊瘤。同时，在进行超声波检测时，要避免外界的干扰信号，以免影响判断。

2.1 小径管壁厚和焊缝宽度的影响

小径管的壁厚较薄但是焊缝较宽，如果采用一般的斜探头，进行一次声波检测，受小径管长度的影响，位于根部的焊缝往往无法被检测到；如果采用多次声波检测，由于声波次数多，导致声波出现横向分布，但由于管道直径小，横向波行程短，探头收集到的反射波复杂混乱，导致对焊缝存在缺陷的部位判断不准确。

2.2 管道曲率半径小

受小径管曲率半径的影响，普通的超声波探头深入之后其内部空间更为狭窄，降低了超声波探测的接触面积，在探头与小径管不能很好吻合的区域，声波发散严重，无法集中，导致检测声波无法折射到管壁上。而且还会出现横向声波，降低了超声波检测的灵敏度。

为了使其与小径管外壁较好地吻合，将一些探头的楔块做成圆弧形，但由于声波会在晶片边缘发生折射，也会导致声波散射，还是会对探头的灵敏程度造成影响。

2.3 接触面的耦合不好与几何散射

一般超声波探头楔块为平面，探头与管道内部的接触面积较小，在探头与管道内壁没有接触良好的部位，晶片发出的超声波在管道内壁就会出现不规则的发射情况。

此时超声波探头所发射的声波大部分都不会被吸收利用，从而导致超声波检测的工作效率降低，影响了探伤灵敏度，也会影响工作人员对焊缝缺陷的判断。

2.4 声波在管道内壁散射

小径管内表面为凸面，声波遇到凸面会发生散射现象。内表面的散射现象会导致声波能量分散，反射波也会非常杂乱，给缺陷的判定和定位造成影响，同时降低了检测灵敏度，容易出现缺陷漏检。 

3.1 选择合适的仪器

选择数字式超声波探测仪对小径管对接焊缝进行检测时，超声波检测仪的工作性能和其他指标都能够满足相关的技术要求，而且数字式的检测仪灵敏度较高，分辨声波能力较强，而且起始脉冲宽度较窄，有利于探伤工作的开展。

3.2 缩短探头前沿距离

超声波探头一般是根据工作需要进行定制的，普通探头的前沿长度一般在5毫米以内。在设计用于小径管超声波探测的探头时，要注意透声斜锲的造型设计。该零件的主要作用是使超声纵波以一定的角度倾斜入射至被探工件的探测表面，并且以一定的折射角度发射出横波，从而实现横波探伤。

但由于小径管的通用探头折射角大，按声学折射定律，为增加折射角，就需要增大斜锲的折射率，采用纵波声速较小的聚峰材料制造的斜锲可以满足要求。

3.3 选用折射角大的探头

超声波检测中横波折射角一般是由检测方法、超声波声程范围和小径管厚度情况决定的，为了提高超声反射波的利用率，进行探测时需要选用折射角较大的探头，使整个焊缝截面都能接触到横波声束，同时，为了避免探测时周围环境等因素对探测精准度的影响，应适当的增大横波在壁薄管中的声程。

此外，检测过程中尽量使用浆糊等纤维类耦合剂，以便提高探头的滑动性，既能满足探头的指向性探测，还能减少外界因素对超声波检测过程的干扰。同时，不要使用机械工具对小径管进行打磨而是对探头进行打磨，使其更好的与管道内壁耦合，因为对管道打磨之后，会改变焊缝原本的结构，影响探测的准确性。需要注意的是，对探头进行打磨时，注意打磨的程度，防止探头曲率半径小于管子曲率半径的情况。

3.4 选择合适的压电晶片

为减少因为晶片边缘的影响导致声束散射的情况发生，探头的压电晶片应该选择合适的尺寸，满足装配精度和检测灵敏度的要求。晶片厚度一般是6到10mm之间，晶片折射频率一般选择为 5 MHz。 

超声波检测仪以及探头部件的性能在不断提高，未来超声波探测技术也会朝着自动化、智能化、数字化、图像化和信息化发展，且设备的体积更小，功能更加丰富多样。由于超声波检测技术操作简单、无损探伤且判断准确，特别适合用于检测小径管等细小的封闭式的管道或容器内部损伤，因而其成为了检测火电厂发电机组小径管对接焊缝质量的重要技术手段。