奥氏体不锈钢管焊缝质量的好坏直接影响到承压类特种设备（锅炉、压力容器、压力管道）的安全性。从研究来看，奥氏体不锈钢管焊缝由于存在各向异性粗大组织及结构，小口径奥氏体不锈钢管焊缝的组织不均匀、薄壁、大曲率等特点，成为小口径奥氏体不锈钢管焊缝检测的难点。

  浙江宏盛特钢有限公司在总结前人理论研究并结合小口径奥氏体不锈钢管焊缝特点的基础上，提出采用临界折射纵波对焊缝进行检测的探索，采用理论研究与实验相结合的方法验证了临界折射纵波检测方法的可行性，并通过各类试块的测试，分析了该方法的特点和优缺点。

    本课题的主要工作归纳如下：

    (1)介绍了当前奥氏体不锈钢管焊缝缺陷的检测方法，其中应用最广泛的方法为超声检测法，综述了与本课题相关的研究工作。

    (2)研究了奥氏体不锈钢管焊缝中超声波的传播特性，对奥氏体焊缝中的超声衰减规律进行了分析。

    (3)制备了奥氏体钢和碳钢的不同焊接方法的三种管子试样，通过金相分析和超声检测研究了奥氏体焊缝显微组织对超声检测的影响。

    (4)在理论分析的基础上，提出利用临界折射纵波对奥氏体不锈钢管焊缝进行检测。根据所检对象的特点，选择合理的探头设计要素，设计制作了窄脉冲双晶临界纵波探头，并研究了探头的频谱特性。

    (5)参照有关标准，设计制作了符合本课题检测需求的校准试块、对比试块和缺陷模拟试样。

    (6)对临界纵波探头进行了性能测试，主要包括：前沿、主纵波、横波，声场。

    (7)利用双晶临界纵波探头在对比试块和缺陷模拟试样上进行检测实验，分析了对比试块上人工刻槽缺陷的检测效果。结合模拟试样的射线检测对比，分析了模拟试样上自然缺陷的检测效果。

    本课题取得的研究成果归纳如下：

    (1)研究了小口径奥氏体不锈钢管焊缝显微组织对超声检测的影响。薄壁奥氏体钢在两种焊接方法下，金相显微组织较为近似，不同反射体的超声反射回波幅值差别不大；对于同种焊接方法的奥氏体不锈钢和碳钢试样，奥氏体钢显微组织较为粗大，对超声波的影响比碳钢明显。通过与其他常规探头的检测效果相比，临界纵波探头在检测薄壁奥氏体焊缝上有明显的优势。

    (2)在分析奥氏体不锈钢管焊缝超声传播特性的基础上，研制了窄脉冲双晶临界纵波探头，对探头的主要性能参数进行了测试和评价。通过测试，在对比试块上获得了主纵波和横波的K值变化曲线和深度一增益（能量）曲线。结果表明探头发射声场为复合波声场，临界纵波在浅深度范围占主要作用，声束能量较强，可针对不同位置的缺陷进行探伤，浅深度范围内的主纵波，有利于小径管奥氏体不锈钢管焊缝的检测，为探头在模拟试样上的检测提供了依据。

    (3)提出了小口径奥氏体不锈钢管对接焊缝超声检测的工艺和方案。按照一定的步骤，采用临晃纵波探头检测对比试块人工缺陷，全部缺陷均可检出。在焊缝两侧检测焊缝根部刻槽和表面中心刻槽时，所需增益值差异不大，且信噪比相当；而在两侧检测熔合线刻槽时，差异较大，在实际检测时可考虑这种情况对缺陷位置判断的影响。

    (4)通过对模拟试样进行超声检测和射线检测验证，表明临界纵波探头声束可以覆盖焊缝壁厚，检测缺陷的信噪比较好，增强了灵敏度，提高了检出率和准确性。

    本文对小口径奥氏体不锈钢管对接焊缝的超声检测做了一定的研究，取得了一定的研究成果，但在研究过程中也发现以下几个方面仍然需要做进一步的研究：探头的理论发射声场与焊缝中的声波传播有差异，窄脉冲双晶临界纵波探头的设计还需作进一步地优化，增强声场的聚焦性，探头圆弧曲率和弦长对薄壁管超声检测的影响也可作进一步研究。对试块的检测过程发现，临界纵波探头探伤有较高的准确率，但在缺陷的定位和定量的精确度方面还有有待于进一步提高。