摘 要：螺栓是汽机汽缸、蒸汽压力管道阀门上的重要紧固零件，由于其在加工、安装、应用等过程中承受复杂的应力、高温等作用，使螺栓在螺纹部位可能发生裂纹。螺栓按结构分为带中心孔和不带中心孔两种。按强度又分为刚性螺栓和柔性螺栓，电厂的高温紧固件一般用的是柔性螺栓。本文只要讨论柔性螺栓。螺栓螺纹根部产生的裂纹沿螺栓横断面发展的横向裂纹，中心孔加热不当产生的内裂纹也是横向裂纹，因此将探头放在螺栓断面探测，如果探头声束指向性好，刚好与裂纹面垂直，对发现裂纹最有利。下面我们针对螺栓裂纹的产生特点及检测方式展开讨论。

关键词：超声检测；螺栓；裂纹；假信号

1 检测方法的选择

螺栓超声检测主要采用小角度纵波法、纵波直探头法和横波法三种方法，爬波法和相控阵检测法可作为辅助检测。本文主要针对前三种方法加以分析讨论。螺栓两端均为平面，或一端为平面，另一端具有不小于约5mm宽度的平面时可采用小角度纵波法或直探头纵波法；螺栓端面无法放置小角度纵波斜探头或纵波直探头时应采用横波法；当用一种检测方法无法作出正确判定时，应用其它方法进行验证。

检测示意图见图1（无中心孔螺栓扫查）、图2（有中心孔螺栓扫查）

位置1本侧裂纹检侧 位置2 对侧裂纹检侧

图1 无中心孔螺栓扫查

位置1 小角度纵波斜探头本侧检测 位置2 直探头本侧检测

位置3 斜探头横波检测 位置4 横波检测中心孔内壁裂纹

图2 有中心孔螺栓

2 小角度纵波法

2.1 小角度纵波检测适用范围规定如下

1）低合金螺栓。适用于无中心孔螺栓本侧，长度符合表1规定。

2）对于马氏体钢及镍基高温合金螺栓，对侧检测长度应不大于250mm。

3）有中心孔螺栓。本侧中心孔内壁缺陷检测。

2.2 探头的选择

低合金钢螺栓的检测，小角度纵波探头折射角一般取6o～8.5o，频率5MHz；马氏体钢及镍基高温合金螺栓的检测，探头折射角一般取6o～12o，频率2.5MHz。

2.3 小角度纵波检测灵敏度

1）采用LS-1试块调整，方法是：将LS-1试块上的与被检螺栓最远端螺纹距离相近的φ1mm横孔最高反射波，调整到80%屏高作为基准灵敏度，再根据被检螺栓的规格和结构形式提高一定的增益（dB）作为检测灵敏度。

2）当检测范围超过200mm时，每增加10mm，应在原有的检测灵敏度基础上再增加1 dB。

3 直探头纵波法

3.1 检测适用范围

1）低合金钢螺栓：无中心孔螺栓本侧；长度符合表1规定的无中心孔螺栓的对侧和有中心孔螺栓的本侧检测。

2）马氏体钢及镍基高温合金螺栓：适用范围与（3.1.1）相同，但对侧检测长度应不大于250mm。

3）对长度大于等于400mm的螺栓，以检测本侧螺纹根部裂纹为主。

3.2 探头频率和晶片尺寸的选择

1）低合金钢螺栓：探头的频率一般选择5 MHz，规格较大的螺栓可选择2.5 MHz。探头的晶片尺寸一般选择Φ12或Φ14，规格较大的螺栓可选择Φ20。

2）马氏体钢及镍基高温合金螺栓：探头的频率一般选择2.5MHz，探头的晶片尺寸选择与低合金钢螺栓相同。

3.3 检测灵敏度

直探头纵波法检测灵敏度采用LS-1试块调整，方法是：将LS-1试块上与被检螺栓最远端螺纹距离相近的Φ1横孔最高反射波，调整到80%屏高作为基准灵敏度，再根据被检螺栓的规格和型式提高一定的增益（dB）作为检测灵敏度。低合金钢螺栓检测灵敏度选择可在表3 灵敏度的基础上增益6dB，对于有中心孔马氏体钢及镍基高温合金螺栓本侧检测，则应增益12dB。直探头纵波法检测灵敏度也可采用其他方法进行调整，但应不低于Φ1模拟裂纹的检测灵敏度。

4 斜探头横波法

4.1 斜探头横波法主要适用于

端面无法放置小角度纵波斜探头和纵波直探头的螺栓；螺栓光杆处表面、螺纹根部处以及中心孔内壁的检测。

4.2 探头选择

横波探头K值一般取1.7。频率选择：低合金钢螺栓为5MHZ；马氏体钢及镍基高温合金螺栓为2 MHz～2.5MHz。晶片尺寸选择见上表4。

4.3 探头曲面的选择

如表5所示。

4.4 检测灵敏度

检测螺纹根部裂纹一般是以螺栓的螺纹反射波来调整检测灵敏度。调整方法：前后移动探头，找到检测部位的螺纹反射波，一般应出现4～6个螺纹波，且无明显杂波，然后将螺纹反射波调到60%的屏高即可。且此时杂波高度达应低于20%屏高。

检测螺栓光杆处表面或中心孔内壁裂纹采用LS-1试块调整，方法是：将探头置于试块上，找到与被检螺栓检测范围相近的Φ1横孔反射波，调到60%屏高再增益6dB即可。

5 缺陷及检测信号的分析

因为裂纹面垂直声束，故裂纹波型清晰、陡直、尖锐。螺栓裂纹一般在螺纹根部，出现在结合面附近的第一、第二道裂纹处，中心孔裂纹一般出现在高温加热区。靠近裂纹波之后螺纹波将由于裂纹的遮挡而消失或减弱。对于较大的裂纹，底波明显减弱甚至消失，如果增大探测范围可以看到多次反射信号。

在螺栓探伤中除了底波和裂纹波之外，还有一些其他信号，如结构波等，有时把他们统称为假信号，检测对此应注意识别。第一，迟波。当纵波直探头至于螺栓端部时，扩散纵波波束在侧壁产生波形转换变为横波，此横波在另一次侧面又转变为纵波，最后回到探头，在屏幕上显示一个回波，由于此波一段变为横波，波速变慢，比直接到底部返回所需时间长，总是出现在一次底波之后，故称为迟波。第二，过渡圆弧反射波。当波打到螺栓颈部和螺纹過度段的圆弧上时，会反射到对侧螺纹，再原路返回。会被误认为此段的缺陷信号，应加以判断。可用手指蘸油触及此过渡段观察波形变化或利用声程推算。第三，螺栓断面顶针孔杂波信号。它的特点是当探头移至顶针孔时才会出现，离开就消失。波形紊乱、离始波较近。

6 总结

综上所述，采用以上三种检测方法，在对螺栓进行检测时，能够较好快速的检出螺纹裂纹和内部裂纹。对于假信号的识别，需要计算声程确定假信号和裂纹信号的具体位置，并根据工作人员长期积累的经验加以识别。才能做出正确的缺陷判断。我们应该准确的知道螺栓的结构形式，注重积累现场实际经验，用科学的方法分析具体的波形变化掌握恰当的检测方法，才能对所检螺栓质量进行准确的判断，避免误判，也绝不放过一个超标缺陷，为整体质量把关、负责。

参考文献

[1]宋世桥，牛相安，李勇.在用高压螺栓M64超声波检测的探讨[J].无损探伤，2008，32（1）：30-33.

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[3]《DL/T694-2012高温紧固螺栓超声检测技术导则》

[4]《DL/T439-2006火力发电厂高温紧固件技术导则》

[5]《NB/T47013-2015承压设备无损检测》

作者简介

梁晓刚，男，金属专工/助工，本科，陕西能源麟北发电有限公司，研究方向：电厂金属。