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摘要：超声无损检测技术是检测压力容器焊缝质量最常用的方法之一，超声波检测在检测焊缝时通过在显示屏上显示的波形所对应的时间和幅度能够对缺陷进行精确的定位和定量分析，然而在对缺陷性质的判定方面上仍是一项难点，经过多年深入研究和经验积累，超声波检测在焊缝缺陷定性方面的可靠性得到了提高。文章主要对超声无损检测在压力容器焊缝检测中的应用进行了简要分析。
关键词：超声无损检测；压力容器；焊缝检测
引言
超声检测（UltrasonicTesting，UT）的原理是，根据超声波在介质中传播时不断衰弱，因此，当它遇到界面时，会产生反射，这样就可以用来检测缺陷。该方法的主要优势是检测灵敏度高，声束指向性好，声波穿透能力强，检测速度快。超声波检测技术应用最多的地方就是，对接焊缝内部埋藏缺陷以及压力容器焊缝内表面裂纹的检测。另外，也可以用于检测一些压力容器锻件以及高压螺栓可能出现裂纹。
1.超声无损检测技术概述
超声波是指频率大于20000Hz的高频机械波。用于检测的超声波频率为0.4-25MHz，其中最常用的是1-5MHz。超声波具有以下优势：指向性好；波长短；距离分辨力好等。现阶段最常用的超声波检测方法是A型脉冲反射超声波检测法，其原理是：把超声波波束由探头射入被检物的一面，然后在同一面接收从缺陷处反射回来的回波，根据回波情况来判断缺陷情况。A型脉冲反射法又分为：纵波垂直检测和横波倾斜入射检测，前者用于钢板、锻件的检测，而后者则主要用于焊缝的检测。
在传播介质均匀、空间无限大的理想条件下，超声波的传播路径是条直线，而实际情况下，传播空间有一定大小，介质分布并不均匀，从而导致介质的声阻抗不一致，当超声波在这种介质中传播时，其传播方向在两种声阻抗不同的界面发生改变，形成波的反射、衍射或者折射。超声检测技术正是利用这一传播特点来推测被检测对象内部是否藏有缺陷，探头向被检测物体发射超声信号并接收反射回来的疑似缺陷信号，是实现超声波检测的重要部件。
2.超声无损检测在压力容器焊缝检测中的应用
2.1压力容器焊缝裂纹的特征
焊缝指的是被焊接件经焊接后的结合部分，焊接接头既包括焊缝，还包括热影响区及其临近母材。按照被焊接件的相互位置关系来分，焊接接头可分为对接接头、角接接头及T型接头、搭接接头等几种形式，其中搭接接头也属于一种角接接头。焊接过程中，熔融金属凝固时会有一定程度的收缩，母材加热不均，都会使熔融金属和母材之间存在张力，导致裂纹的产生。裂纹的类型并不是单一的，不仅包括焊接、焊后热处理过程中产生的裂纹，还包括服役过程中产生的裂纹。
根据裂纹在压力容器中存在的具体位置，可将其分为内表面裂纹、外表面裂纹以及埋藏裂纹。焊缝的内、外表面裂纹常常出现于应力最集中的部位或者微小缺陷的表面。在受到外部作用力时，裂纹尺寸不断增大，甚至会引起泄漏。埋藏裂纹，主要是由于焊接时在焊缝处形成的应力降低了其结构性能，在受到外力作用后便很容易出现疲劳裂纹。对于外表面裂纹，可通过磁粉检测、渗透检测等方式进行检测，而对于埋藏裂纹，磁粉、渗透检测法无能为力，最好采取超声波检测法。
2.2扫查探测
一般采用锯齿型扫查方式在焊缝的两侧进行扫查，扫查齿距应小于晶片宽度的1/2。如有缺陷回波显示则前后左右进行转动，环绕缺陷对其进行准确定位、定量和定性。利用二次波对焊缝上部缺陷进行探测，利用一次波和三次波对焊缝下部缺陷进行探测。通常裂纹缺陷波在探伤仪荧光屏上的显示回波高度较大、波幅宽，会出现多峰。探头平移时，反射波连续出现波幅有变动；探头转动时，波峰有上下错动现象。
3.判断压力容器焊缝缺陷的类型
3.1焊缝中的气孔
焊缝内含气体，声阻抗很小，因此超声反射回波高，但回波当量较小；气孔的表面因为比较平滑，界面反射率高，波形陡直尖锐。单个气孔在超声波探伤中，出现单个波幅，波形窄，而且波幅具有一定的高度。气孔的回波起波速度快，用探头围绕该缺陷检测时可发现其回波具有点状缺陷的特点，无延伸长度。即波形I。当气孔密集出现时，由于气孔形状不一，且有的大，有的小，排列不规则，超声波检测时显示为一簇信号，波幅高低不一。移动探头时，会出现波峰此起彼落的现象。当采用单面焊接双面成型工艺时，可能会出现密集气孔呈链状分布，即在焊缝底部，缺陷与焊缝长轴方向形成一定夹角，较规则的排列，形似“八”字，俗称八字孔，超声波检测时有多个波峰，且波幅较低，甚至在评定线以下。探伤中，探头应与焊缝成一定夹角才能发现，此类缺陷极易漏检。
3.2焊缝中的夹渣
夹渣的表面粗糙，形状不规则，且有一定的棱角，界面反射率低，且同时还有部分波渗入夹渣层，显示屏上会形成多次反射，波形宽度大并带锯齿状，波峰较圆钝，后沿斜率不大，回波当量较小。移动探头时，信号明显滚动，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象，探头平移时波幅有变动，从不同的方向探测会有不同的波幅。
3.3焊缝中的未焊透
回波的起波速度较快，反应强烈，在焊缝两侧探查都能发现，且反射波幅大致相同，形成矩形波，沿焊道方向移动探头时，可见其有一定延伸长度和位置且回波高度变化不显著，有规则形状的长条形缺陷特征，当声束相对其延伸方向改变角度时，回波的波幅迅速降低。当探头平移时，未焊透反射波波形稳定；从焊缝两侧探伤，均能得到大致相同的反射波幅。当探头垂直焊缝转动时，波形很快消失。
3.4焊缝中的未熔合
未融合发生在根部时，波形和单个气孔相似，但是连续，波幅一般在定量线和判废线以上，缺陷水平位置多在在焊缝一侧，探头前后移动，未熔合的回波波形较稳定，从两侧探测时反射波幅不同，有时只能从一侧探到，这是由于未熔合部位两侧形状差别大，因此反射波的方向和强度有很大的差别。由于它为面状缺陷，方向性很强，因此不同的K值探头，其反射回波的大小会有很大的差别。
3.5焊缝中的裂纹
一般裂纹的回波高度较大，波幅宽，会出现多峰。探头平移时，反射波连续出现，波幅有变动；探头转动时，波峰有上下错动现象。当在垂直于缺陷方向探测时，缺陷回波高，在平行于缺陷方向探测时，缺陷回波低，超声波对裂纹比较敏感，如果探测位置合适时裂纹缺陷的回波会很高，反射比较强烈。检测人员的工作经验、技术水平和对产品了解的充分程度决定了这种判断方法可靠的程度，检测人员的主观经验是影响缺陷定性的重要因素，不同的检测人员对相同的波形根据各自的工作经验会得出不同的判断结果。而且A型脉冲反射式超声波只显示缺陷波的时间和幅值两方面的信息，而与缺陷性质和种类密切相关的相位、频谱等重要信息无法显示出来。
4.结语
超声无损检测技术在判断面积型缺陷等方面优于射线检测。但在缺陷定性方面还得多取决于检测者的综合能力及加以其它无损检测方法。在以后的发展中，超声无损检测技术应尽量实现自动化和智能化，如超声波相控阵技术，通过相控阵控制实现超声波能量在指定位置处的聚焦，而达到缺陷检测成像目的。
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