小径薄壁管环缝用超声波探头和试块的研制
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小径薄壁管环缝用超声波探头和试块的研制（开题报告）
小径薄壁管环缝用超声波探头和试块的研制
1 研究背景
1.1 压力管道检评的发展趋势
压力管道事故频发，由此造成国家财产及人生安全重大损失已引起各部门广泛关注
与重视。近年来再役压力管道由不检测到检测，由不定期检测到定期检测，由定性检测
到定量检测，由不考虑应力到定量计算各类应力，由随意的质量控制到定量计算“合乎
使用”评定，这是国内外压力管道检评的发展趋势。
1.2 小径薄壁管道射线检测的局限性
小径薄壁管道对接环焊缝的检测长期以来均采用射线方法检测，该方法除存在劳动
强度大、效率低、周期长、成本高、射线对人体有害、只能夜间作用外，特别是射线照
相时必须排空管内介质，不能实现在用检测，对影响安全最重要的缺陷自身高度不能提
供精确的定量数据。
1.3 标准依据及现有普通探头的局限性
为此《承压设备无损检测》JB/T4730-2005版标准中，把小径薄壁管道对接环缝
32≤DO≤159、T＝4～8mm超声波检测列入标准内容中，但是要做到再役压力管道定量、
定自身高度检测，目前市场上普通探头无法适应检测要求，所以必须研制一种探头，突
破超声波检测不能对小径薄管壁管道对接环缝进行检测的限制—超声波盲区往往大于壁
厚；大曲率管道引起超声的散射，灵敏度大为降低；管道焊口根部未焊透等危险性缺陷
的自身高度测量不够准确等。研制一定的试块对探头的性能指标进行测试。实现再役管
道快速、可靠的超声波定量检测，为压力管道的安全评价提供可靠的数据。
2 问题研究的现状
2.1 研究现状
国内对小径薄壁管环缝超声波检测开展较早是电力部，其在DL820标准中就有体现
但是此标准只适用于制造、安装时检测，没有定量（自身高度）要求，对探头没有提出
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特别的要求。而自JB/T4730-2005《承压设备无损检测》标准版公布以来，由于大家的
传统习惯，对小径薄壁管对接焊缝超声波检测未得到充分开展，所以对检测对象用的探
头没有充分研究。
2.2 探头现状
由于探头专用性很强，国内外无相关技术数据参照，所以本次课题根据对象的直径
薄壁及检测时精确定量（自身高度）的要求，应完成探头的重要指标达到如表2.1所示
表2.1 探头的重要指标
灵敏度 较普通探头提高20dB
始波宽度在探伤灵敏度下不得大于2.5mm（普通探头4~8mm）
测高误差 误差±0.5mm（端点法） （普通探头无法实现）
3 研究路径
3.1 探头的研制（设计）
为了克服小径薄壁焊缝超声波检测的技术难题，实现对缺陷的定量检测，需要具体
分析限制条件，例如普通超声波盲区为4～8mm，已大于多数工艺管道的壁厚，需使被
检缺陷处于近场干扰区之外；小径管道内外壁的几何散射引起超声波多次反射而衰减，
应采取有效的聚焦方法，克服声散射以提高检测灵敏度；采用小前沿使一次波能扫查到
缺陷的端点，为了提高分辨要求具有窄的回波脉冲，必须尽量减少表面波分量，避免其
干扰缺陷回波造成误判，改进探头锲块设计及选择良好材料以减少杂波，并保证探头移
定性，采用适当的晶片材料以提高灵敏度；加大晶片背衬阻尼等以增加聚焦效果，提高
分辨力。
3.2 研制系列探头
针对常用的小径薄壁管道规格及JB/T4730-94标准中的要求，分别试制出适合于
32、57、89、108、114、133、159管道检测的探头。
3.3 研制系列试块
针对通常七种管径管道对接焊缝根部未焊透、裂纹等缺陷高度测定的特殊要求，研
制相应曲率的系列特殊标准试块，从而解决聚焦探头性能标定。
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3.4 对比试验
选取五种规格以上的具有典型自然缺陷的焊缝分别进行超声波及RT检出，对结果进
行比较分析。
3.5 解剖试验
对以上管子进行解剖，实测自然缺陷的自身高度，分别计算两种方法的误差。
3.6 工程应用
如果试验结果良好，则在上海石化停车检修的工艺管道上进行检测。
需要说明的是探头制作需要常州超声波探头仪器厂制作，其余工作均在我上海石化
压力容器检验检测中心站完成。
4 进度安排（表4.1）
表4.1 试验课题的进度安排时间表
环节时间
探头设计 2008-2-18 ~ 2008-3-1
试块设计 2008-2-18 ~ 2008-3-1
探头制作 2008-3-2 ~ 2008-3-10
试块制作 2008-3-2 ~ 2008-3-10
对比试验制作 2008-2-18 ~ 2008-3-8
对比试验2008-3-11 ~ 2008-3-15
解剖试验2008-3-15 ~ 2008-3-20
工程应用 2008-4初~ 2008-4底
注：4月初～4月底为上海石化炼化部大修期间。
4 参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准：JB/T4730-2005《承压设备无损检测》；
[2] 《美国无损检测手册》（超声卷）.北京：世界图书出版公司，1996；
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作者：李琳琳
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