董正祥,楊 智
(中原油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心,河南 濮陽 457001)
超聲波檢測(cè)是目前控制焊接質(zhì)量較為廣泛的無損檢測(cè)方法之一。該技術(shù)采用的設(shè)備體積小、成本低、速度快、適用性強(qiáng)。由于超聲波具有在鋼材內(nèi)部穿透力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),故廣泛應(yīng)用于較厚鋼板焊縫的檢測(cè)。對(duì)于平面狀缺陷,盡管有的缺陷很淺,只要超聲波直射至缺陷面,均能得到很高的缺陷波。但由于檢測(cè)結(jié)果受到定性困難、檢測(cè)者專業(yè)技能與經(jīng)驗(yàn)差異等因素影響,延判、誤判時(shí)有發(fā)生,可造成安全隱患或不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。排除各種偽缺陷回波信號(hào),對(duì)正確探傷和提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性有著積極意義。
目前技術(shù)監(jiān)測(cè)中心壓力容器檢測(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730.3-2005《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》,對(duì)中原油田近2 000臺(tái)第一、二類壓力容器(如油氣分離器、水套爐、儲(chǔ)罐等)進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測(cè)。超聲波檢測(cè)可靠性的影響因素很多,如檢測(cè)人員的技術(shù)理論水平和心理狀況、檢測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境的影響等。但在實(shí)際生產(chǎn)中,若采用射線檢測(cè),需對(duì)壓力容器進(jìn)行停機(jī)、清理、置換,檢驗(yàn)一般的壓力容器需要很長時(shí)間,影響被檢單位的生產(chǎn)任務(wù)。而采用超聲波探傷只需把焊縫兩側(cè)打磨即可,可以實(shí)現(xiàn)在人員、設(shè)備、被測(cè)對(duì)象、環(huán)境難以改變的條件下檢測(cè)。通過對(duì)同種缺陷進(jìn)行超聲波檢測(cè)判別和射線拍片對(duì)比驗(yàn)證,證明了超聲波檢測(cè)技術(shù)的可行性。
焊逢內(nèi)部的缺陷類型主要有:點(diǎn)狀缺陷(點(diǎn)渣、氣孔)、條形缺陷(裂紋、未焊透、未熔合)。檢出缺陷后,應(yīng)在不同的方向?qū)υ撊毕葸M(jìn)行探測(cè)。對(duì)于平面形缺陷,在不同方向上探測(cè),其缺陷回波高度顯著不同。在垂直于缺陷方向探測(cè),缺陷回波高,在平行于缺陷方向探測(cè),缺陷回波低,甚至無缺陷回波。
(1)點(diǎn)狀缺陷。點(diǎn)狀缺陷超聲波檢測(cè)方向示意圖見圖1。采用超聲波在不同方向探測(cè)出的點(diǎn)渣和單個(gè)氣孔缺陷的共同點(diǎn):缺陷回波無明顯變化,波形較穩(wěn)定,反射波高大致相同,稍一移動(dòng)探頭缺陷波就消失。不同點(diǎn):內(nèi)含物聲阻抗不同。夾渣內(nèi)含的金屬夾渣或非金屬夾渣的聲阻抗大,反射波低一些,見圖2;氣孔內(nèi)含氣體,聲阻抗小,反射率高,波形陡直尖銳,見圖3。
(2)條形缺陷。采用超聲波在垂直方向探測(cè)出的裂紋、未焊透和未熔合缺陷共同點(diǎn):探頭平移時(shí),反射波連續(xù)出現(xiàn)。不同點(diǎn):裂紋回波高度較大,波幅寬,會(huì)出現(xiàn)多峰。探頭平移時(shí),有小幅變動(dòng);探頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),波峰有上、下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象,見圖4;未焊透波形穩(wěn)定,從焊縫兩側(cè)探傷,均能得到大致相同的反射波幅,見圖5;兩側(cè)探測(cè)時(shí),反射波幅不同,有時(shí)只能從一側(cè)探到,見圖6。
圖4 裂紋缺陷反射波形
圖5 未焊透缺陷反射波形
圖6 未熔合缺陷反射波形
(1)對(duì)于儀器雜波,在不接探頭的情況下,熒光屏上出現(xiàn)單峰或多峰的波形。對(duì)于探頭雜波,接上探頭時(shí),波形熒光屏上固定位置出現(xiàn)波形,降低靈敏度后,此波消失。
(2)焊縫表面溝槽引起的反射波鑒別的方法:一般出現(xiàn)一次、二次波處或稍偏后位置,如圖7所示。
圖7 焊縫表面溝槽的反射
(3)焊縫上下錯(cuò)邊引起的反射波鑒別方法:由于焊縫上下焊偏,在一側(cè)探傷時(shí),焊角反射波很像焊縫內(nèi)缺陷,當(dāng)移到另一側(cè)探傷時(shí),在一次波前沒有反射波,如圖8所示。
(4)耦合劑引起的反射波鑒別方法:探頭不動(dòng),隨著耦合劑擴(kuò)散,波幅逐漸降低,如果擦去探頭前耦合劑,信號(hào)立刻消失。
圖8 焊偏在超聲探傷的辨別
(5)咬邊鑒別方法:咬邊是宏觀缺陷,容易誘發(fā)裂紋,危害性較大。這種缺陷反射波一般出現(xiàn)在一次波與二次波的前邊。當(dāng)移到探頭出現(xiàn)最高反射信號(hào)時(shí)固定探頭,適當(dāng)降低儀器靈敏度。用手指沾油輕輕敲打焊縫邊緣咬邊處,觀察反射信號(hào)是否有明顯跳動(dòng)現(xiàn)象,若信號(hào)跳動(dòng),則證明是咬邊反射信號(hào)。
第一,超聲波檢測(cè)結(jié)果會(huì)受到環(huán)境、技術(shù)及材料等幾方面因素的影響。如果施工在冬季,焊接質(zhì)量難以保證,易出現(xiàn)裂紋等缺陷;施工在雨季,易產(chǎn)生密集氣孔,都應(yīng)增加表面檢測(cè)。
第二,考慮高溫下探頭壓電效應(yīng)隨溫度升高而減弱的現(xiàn)象給超聲波檢測(cè)帶來的不利影響:高溫探頭只能在較低溫度下連續(xù)工作,溫度較高時(shí)必須間歇工作;壓電效應(yīng)下降使得探頭發(fā)射和接收超聲波的能力減弱,工件內(nèi)的缺陷所顯示的信號(hào)幅度明顯下降,一些小的缺陷難于檢出;高溫?fù)p害探頭的性能,即使在冷卻到室溫,探頭發(fā)射和接收超聲波的能力不能完全恢復(fù)到原來的水平。高溫探頭使用一定次數(shù)后,性能下降甚至報(bào)廢。
第三,提高焊接質(zhì)量,制定焊接工藝評(píng)定,要求合格的壓力容器焊工施焊,控制組對(duì)間隙和偏差,減少未焊透、未熔合及大氣孔的形成。焊接接頭須經(jīng)過外觀檢驗(yàn)合格,檢測(cè)過程中注意幅度較低但有一定游動(dòng)范圍的反射波及多峰的情況,很可能是較大的氣孔、針孔、密集氣孔,此類缺陷危害極大。