1.摘要  
在锅炉压力容器制造及压力管道的安装生产中，经常碰到管子对接焊缝的无损检测问题。一般情况下这


些焊缝多采用射线检测方法，但在一些特殊情况下，射线检测难以进行，就需要用超声波来进行检测。


对于大直径厚壁管对接焊缝，其超声波检测方法与平板对接焊缝无多大区别，而小直径薄壁对接焊缝的


超声波检测就有其特殊性。在实际探伤实践中要依据所探管子的直径、壁厚、焊缝的焊接方法和检测标


准，正确地选择仪器、探头、试块，并能在实际探伤探伤中对缺陷作出正确地判断。  关键词：小径薄


壁管 几何散射 几何反射波 缺陷  
2.小直径薄壁管对接焊缝超声波探伤的影响因素  
2．1几何散射的影响  几何散射的影响主要来自两个方面：  
2．1、1接触面的几何散射：由于小直径管其曲率较大而探头楔块多为平面，这样其与管子的接触面就变


小，在探头与管子不能很好吻合的部位，晶片发出的超声波在管子外表面就会产生散射。众所周知，超


声倾斜入射到异质界面时，会产生折射、反射和波型转换现象，折射方向遵循折射定律：  C1/C2=sinα


/sinβ  C1—介质中的声速  C2—第二介质中的声速  α—介质中的超声波入射角  β—第二


介质中的超声波折射角  在探头有机玻璃楔块与钢管不能完全吻合时，超声波探头所发射的声波就不能


完全折射到到管子里，在管子外表面产生反射。这样超声波的强度就大大降低，影响了探伤灵敏度。
 2．1．2探头边缘声束的散射  如果将有机玻璃楔块磨成圆弧，与管子外壁较好吻合，但晶片的边缘声


束在折射到管子时，也会产生强烈的散射现象。晶片越大，散射就严重。晶片1<晶片
2，折射到管子里的声波β1＜β2   亦即晶片2的散射较晶片1大。经过实践证明，对于小直径薄壁管超


声波探伤时，为了减小几何散射的影响，先将探头楔块磨成园弧状，晶片尺寸选择在6-10㎜之内，这样


散射现象不十分严重，且探伤灵敏度也能满足要求。  
2．2几何反射波的影响  由半扩散角公式θ＝arcsin（k?λ/D）可知，晶片尺寸变小时,θ角将增大，指


向性变差。频率增大时，λ变小，θ值变小，指向性较好。采用方形晶片时，K=1。圆形晶片时，K=1.22


。为了克服由于晶片小，指向性差，工件壁厚薄焊缝根部及焊缝表面几何反射波杂乱的现象，就需要提


高晶片的频率和适当增大晶片尺寸。所以选用晶片边长D不太小，频率为5MHZ的晶片，可使几何反射波大


大减小。  
2．
3缺陷定位的影响  由于几何反射信号的存在，在探伤中定位方法的选取就很重要。为了定位的准确，必


须在调整仪器时利用远场区进行定位。由横波声场第二介质中的近场长度公式N=（FS/πλ2）?


（cosβ/cosα）-（L1tgα/tgβ）可知，在探头晶片频率一定时，要使N变小，就必须减小FS。 通过计


算表明，当方形晶片D≤8㎜ 时，即可满足要求。比如，选用D=8㎜,频率为5MHZ,K=2.5, 斜探头入射点至


晶片距离L=12㎜, 探伤壁厚为6㎜的管子对接焊缝，其在第二介质中的近场长度 N=（8×8/3.14×0.646


）×0.6-（12×0.5）=12.93㎜,在6㎜壁厚的管子中，K=2.5探头一的声程S=6/cos68.3=16.2㎜，管


子中声程已大于探头的近场长度，可以满足远场定位的要求。  
3.1探伤操作：  3.1试块、仪器、探头的基本要求  
3．1．1目前无论是电力系统，还是石油系统，都在标准中规定了试块的型号，不同的直径有不同的试。 


3.1.2仪器  仪器选用数字式超声波探伤仪，其工作频率应该是1-10MHZ范围，分辨力要求在声程差2


㎜时，不低于26dB，仪器与探头的组合灵敏度在探测20㎜深的Φ1横通孔波高二格高时，仪器灵敏度至少


有20 dB以上的余量，仪器的始波宽度5MHZ时，不超过2.5㎜（相当于钢中深度）。  
3.1.3探头  晶片尺寸选用8×8㎜ 或者6×6㎜ , K值选用2.5~3.0，探头的楔块依照不同管径磨成不同园


弧，以使其与管子吻合好。探头前沿长度在5～8㎜范围，要求波必须能扫查到焊缝根部。JB4730-


2005标准推荐用双晶斜探头或线聚焦探头。 频率5MHZ。  
3.2仪器的调整  
3.2.1扫描比例调整：在小管探伤试块上，选择15㎜和5㎜深的两个孔，按水平1：1定位法调节扫描基线


，并用10㎜深的孔进行校准。（也可采用声程定位法进行调节）  
3.2.2探伤灵敏度的调节  探伤灵敏度的确定，不同标准有不同的要求。如电力行业DL/T820-2002标准中


对中小径管焊接接头管子壁厚小于6㎜时，DAC曲线的绘制方法是将h=5㎜的Φ1横通孔回波调节到垂直刻


度的80%高，画一条直线，用于波检验，然后降低 4dB 再画一条线用于二次波检验。检测灵敏度是


DAC-10dB。石油天然气行业的 SY4065-93标准DAC曲线的绘制方法和JB4730-94标准中规定的方法基本相


同,只是其判废灵敏度为DAC-2dB，定量灵敏度DAC-8dB ，评定灵敏度DAC-14dB。  对未焊透的评定，标


准要求用未焊透对比试块来进行评定，DL/T820-2002标准中规定用半月状刻槽试块,而SY4065-93标准用


宽度为1㎜,深度为管子壁厚10%的对比试块，只要波高超过人工刻槽的未焊透就是不允许存在的缺陷。  


3.3实际检测  
3.3.1观察区的确定  由于小管焊缝壁厚较薄，又常用水平或者声程定位，所以在探伤时，首先要分清一


次波，二次波及三次波出现的区域，用标记点标注在仪器荧光屏上。为了减少鉴别反射信号的工作量,把


荧光屏上经常出现的几何反射信号的区域称之为非观察区，而把缺陷信号经常出现的区域称之为观察区


。如根部未焊透经常出现在波前附近区域，沿坡口未熔合经常出现在一、二次波之间的区域。在管


子壁厚小于8㎜时，常常利用三次波来判断根部缺陷。  对于不开坡口或钝边不大于2㎜的V型坡口焊缝，


现大多采用氢弧焊，这类焊缝由于根部较少产生未熔合缺陷，用波或三次波就能较好地发现根部缺


陷。  
3.3.2耦合剂：选用甘油、浆糊、机油等。  
3.3.2.3探头扫查方式：多采用锯齿扫查，探头前后移动距离要保证三次波能扫查到焊缝根部，对根部缺


陷用定位法扫查。  
4.波形分析  
4.1几何反射波