奥氏体不锈钢具有优异的抗腐蚀性、良好的高温抗氧化性和低温韧性，具有很高的经济价值。在火力发电机组锅炉中，锅炉“四管” 已大量使用小口径奥氏体不锈钢管。由实践可知，奥氏体钢焊接接头易产生未熔合和晶界裂纹等面状缺陷，这些缺陷很难通过射线探伤检出，而超声检测正适合于探测此类缺陷。在奥氏体不锈钢焊缝的超声检测中，焊缝金属显微组织的变化可对超声波的传播特性产生影响，使得超声波在不锈钢中的传播机理变得复杂。

  华东理工大学承压系统安全科学教育部重点实验室的李旺明、刘晴岩和上海市特种设备监督检验技术研究院的张建华采用金相试验手段研究了不同焊接方法下同种奥氏体不锈钢管母材及焊缝的显微组织特性，以及在相同焊接方法下奥氏体钢管和碳钢钢管母材及焊缝的显微组织特性；用超声检测方法对试样焊缝中的人工刻槽缺陷和边缘端角进行灵敏度和信噪比的定量检测，研究了超声波在奥氏体不锈钢管和碳钢钢管中的声传播特性差异。

  试验材料为304奥氏体不锈钢（06Cr19Ni10）钢管和20碳钢钢管，规格为Φ114 mm×16 mm。清除奥氏体不锈钢管和20碳钢钢管表面的氧化物及油污，焊接接头处开V型坡口，坡口角度为60°。对奥氏体不锈钢管采用氩弧焊（GTAW）打底，手工电弧焊（SMAW）焊两层的焊接方式，作为1号试样；对奥氏体不锈钢管采用全氩弧焊的焊接方式作为2号试样，焊条型号为ER308L，焊条直径Φ2 mm，焊接电流为80~120 A，电弧电压为10~23 V，焊接速度为6~10 cm/min。对20碳钢钢管采用全氩弧焊的焊接方式作为3号试样，与采用同种焊接方式的2号试样作对比，选用常规焊接参数。

  焊好试样后，在3个试样的内外壁焊缝中心加工刻槽，刻槽长度为14 mm，深度为1.2 mm，内外壁的刻槽错开，防止超声检测时人工刻槽缺陷产生干扰。

  在钢管试样对接焊缝区（图1）的焊缝、熔合线、母材部位分别取样，经磨制、抛光得到光亮的观察面后，使用HCl+FeCl3试剂进行侵蚀。使用XJB-200/Axio Imager A2M光学显微镜进行显微组织观察。

  采用数字式超声波探伤仪USM GO对3个试样的焊缝区和端角进行检测，以比较不同反射体对超声波的反射当量；同时采用一收一发两个探头放于焊缝两侧，测试超声波通过焊缝的声衰减情况。

  结果表明：在两种不同的焊接方法下，奥氏体不锈钢管母材及焊缝的显微组织状态基本相同，对超声检测的影响没有太大差异，各反射体的反射回波幅值差值都在2 dB以下。

  在相同的全氩弧焊焊接方法下，奥氏体不锈钢管和20碳钢钢管的焊缝显微组织明显不同，奥氏体钢比碳钢组织晶粒粗大，显微组织不均匀，呈各向异性，散射比铁素体焊缝严重，声波衰减大。20碳钢钢管的母材及焊缝刻槽反射的超声回波比奥氏体不锈钢管的高5.8 dB以上，信噪比高4 dB以上；碳钢焊缝跨焊缝的声衰减比奥氏体不锈钢的低19 dB，奥氏体不锈钢衰减强烈，且信噪比差。说明超声波在奥氏体不锈钢管焊缝内的传播效果较差，检测存在一定困难。

  用不同探头对不同试样的反射体探测效果有所不同。两种临界纵波双晶探头的灵敏度和信噪比均很高，信噪比在20 dB以上，在检测表面缺陷时能获得很好的检测效果。

《理化检验-物理分册》2015年第1期