筒体超声波检测方法

筒体的超声波检测（UT）是确保其内部质量（如夹杂、裂纹、气孔等缺陷）的关键手段，尤其对厚壁筒体（壁厚≥50mm）需采用多方法组合检测。以下是系统化的检测方法及技术要点：

1. 检测标准依据

常用标准：

国内：NB/T 47013.3-2015（承压设备无损检测）

国际：ASME Sec.V Art.4、ASTM A388/A388M（大型锻件UT）

行业特殊要求：API 6A（井口设备）、RCC-M（核电）

2. 检测方法选择

(1) 纵波直探头检测（厚度方向）

适用场景：检测筒体径向缺陷（如白点、夹杂）

参数设置：

探头频率：2~5MHz（厚壁优选2.25MHz）

晶片尺寸：Φ20~30mm（保证近场区≤1/4壁厚）

灵敏度：平底孔基准（如Φ3mm，埋深与壁厚成比例）

扫查方式：

100%覆盖，螺距≤探头直径的1/2

周向、轴向双方向扫查（避免漏检横向缺陷）

(2) 横波斜探头检测（焊缝/近表面）

适用场景：检测环焊缝或近表面缺陷（如裂纹、未熔合）

参数设置：

探头角度：45°~70°（K1~K2，根据壁厚调整）

折射角校准：用CSK-IA试块调整入射点与K值

扫查方式：

锯齿形扫查（前后移动±10mm）

偏转扫查（±10°以检测不同取向缺陷）

(3) 相控阵超声检测（PAUT）

优势：可动态聚焦、多角度扫描，适用于复杂几何体

参数设置：

阵元数：64~128（厚壁需高通道数）

扇形扫描范围：45°~70°，步进≤1°

数据成像：

B扫描（厚度方向剖面）

C扫描（平面视图，色标显示缺陷深度）

3. 耦合与校准

耦合剂：高温型（如甘油）用于预热工件（＞50℃时），常规用水基凝胶

校准试块：

纵波：CS-2（平底孔试块）或IIW2（厚板试块）

横波：CSK-IA（斜探头校准）

灵敏度校准：

基准波高80%屏高，信噪比≥6dB

4. 缺陷评定与验收

缺陷定位：

深度计算：ΔT = （缺陷回波时间－始波时间）×声速/2

声速校准：碳钢纵波声速5920±30m/s

缺陷定量：

当量法：对比试块平底孔回波幅度

测长法：6dB降落法（缺陷长度≥波长3倍时）

验收标准（以ASME VIII为例）：

不允许缺陷：

单个缺陷＞Φ6mm当量

密集缺陷（间距＜20mm且总长＞壁厚1/3）

裂纹类线性缺陷（任何尺寸）

可接受缺陷：

单个Φ3~6mm，且间距＞3倍缺陷直径

5. 特殊问题处理

粗晶材料检测：

改用低频探头（1~1.5MHz）

增加滤波抑制草状回波

曲面补偿：

使用弧形探头（曲率半径匹配筒体±10%）

软件校正（PAUT自动补偿）

高温检测：

采用高温探头（耐温≤300℃）

延迟块材料选用耐热陶瓷

6. 报告与记录

必备内容：

检测位置图（标注缺陷坐标）

缺陷参数（当量大小、埋深、长度）

耦合剂类型、仪器型号（如奥林巴斯EPOCH 650）

数据存档：

原始A扫描波形（带时基标记）

PAUT的C扫描图像（分辨率≥300dpi）

案例参考

某核电筒体检测（壁厚150mm，材料SA-508 Gr.3）：

采用纵波+PAUT组合，发现Φ4.2mm夹杂群，经解剖验证误差＜0.5mm。

通过锻件热处理后复验，缺陷无扩展，判定符合RCC-M MC3000标准。

通过规范化的UT流程，可有效控制厚壁筒体锻件内部质量风险。对于关键设备（如反应堆压力容器），建议增加TOFD（衍射时差法）或X射线数字成像（DR）作为补充验证。