焊接質(zhì)量檢測對超聲波探傷的應(yīng)用研究

張 紅

電力工業(yè)鐵塔質(zhì)量檢驗測試中心，遼寧鞍山 114000

焊接質(zhì)量檢測關(guān)系現(xiàn)代工程建設(shè)的質(zhì)量，由于當(dāng)前工程大量使用鋼結(jié)構(gòu)使得焊接成為了構(gòu)成工程建設(shè)的重要部分，焊接的效果和質(zhì)量直接關(guān)系到工程本身的質(zhì)量，所以，從保障質(zhì)量角度出發(fā)，加強對焊接質(zhì)量檢測有積極意義。下面我們就超聲波探傷檢測焊接質(zhì)量的實際應(yīng)用進行分析。

1 焊接質(zhì)量檢測與超聲波探傷介紹

鋼結(jié)構(gòu)的大量使用使得焊接檢測變得頻繁，當(dāng)前焊接工作中存在著眾多影響質(zhì)量的焊接缺陷，比如常見的焊接缺陷有未焊滿（指不足設(shè)計要求）、根部收縮、裂紋、未焊透、未熔合、咬邊、弧坑裂紋、電弧擦傷、飛濺、接頭不良、焊瘤、夾渣、氣孔等。面對這些嚴重影響焊接質(zhì)量的問題，必須通過有效的質(zhì)量檢測措施以及時發(fā)現(xiàn)問題并予以解決，保障工程的安全、穩(wěn)定，強化質(zhì)量控制。

焊接質(zhì)量檢測貫穿焊接前后整個過程，焊接前要做好檢查，比如母材與焊材、設(shè)備與工裝、坡口制備、焊工水平、技術(shù)文件等，焊接過程中要嚴格把關(guān)焊接及相關(guān)工藝執(zhí)行情況、設(shè)備運行情況、結(jié)構(gòu)與焊縫尺寸等，焊接完成后要進行焊接質(zhì)量檢測，以確保質(zhì)量合格。焊接質(zhì)量檢測包括外觀檢查、內(nèi)部探傷、近表面缺陷探傷等，其中內(nèi)部探傷是重點，內(nèi)部探傷手段主要以射線探傷、超聲波探傷為主，近表面缺陷探傷以磁粉探傷、滲透探傷等為主。超聲波探傷是無損探傷的一種，也是最常用的一種焊縫內(nèi)部質(zhì)量探傷的方法。其原理是利用超聲波（頻率超過20000Hz 的聲波)本身的特殊性質(zhì)對金屬材料的性質(zhì)進行探測，由于超聲波在不同介質(zhì)界面上反射特點不同，可進入金屬材料深處完成探查，所以對檢查焊縫缺陷而言有積極效果，目前其常用頻率主要集中在2 MHZ～5MHZ。當(dāng)超聲波傾斜入射到界面時，除產(chǎn)生同種類型的反射和折射波外，還會產(chǎn)生不同類型的反射和折射波，這種現(xiàn)象稱為波型轉(zhuǎn)換。超聲波傾斜入射示意圖見圖1。

圖1 超聲波傾斜入射示意圖

應(yīng)用超聲波探傷時，超聲波檢測到焊接表面的耦合劑（常用耦合劑有化學(xué)漿糊、機油、甘油等）后通過其傳入工件，并在工件內(nèi)部傳播直到遇到工件底面或者缺陷時反饋給探頭聲波信息。探頭將聲波信息轉(zhuǎn)化為電訊號并傳入電路，經(jīng)檢波后至示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，繼而在掃描線上自動生成反射波和工件缺陷反射波（也稱為傷波）。根據(jù)傷波、始波、工件缺陷之間的距離計算得到工件缺陷距離表面的距離，同時可估算出缺陷的大小，從而采取解決措施，以保障工件質(zhì)量。目前超聲波探傷應(yīng)用范圍較廣，無論是各種板材、管材、型材的探傷還是加工工件、焊接工件、鑄件工件的探傷都有著很好的應(yīng)用效果。

2 超聲波探傷在焊接質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

焊接質(zhì)量檢測關(guān)系到工程的質(zhì)量，所以必須嚴格把關(guān)。比如焊接中存在的偏析與夾雜等問題，由于焊接過程中異種金屬的摻入或夾渣的存在反應(yīng)形成新相，這種嚴重影響焊接質(zhì)量的問題將會直接影響接頭的力學(xué)性能，導(dǎo)致其力學(xué)性能下降，影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，氮化物、氧化物、硫化物的存在使得焊縫硬度增高，塑性、韌性急劇下降，造成層狀撕裂或者形成熱裂紋，致使鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量受到嚴重影響，進而威脅到工程安全和質(zhì)量。所以，應(yīng)用超聲波探傷進行焊接質(zhì)量檢測有著重要意義。

在檢測焊接質(zhì)量過程中，要首先對焊接的技術(shù)要求進行詳細了解，然后才開始進行超聲波探傷，比如鋼結(jié)構(gòu)的驗收標準是依據(jù)GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》來執(zhí)行的。標準規(guī)定：焊接質(zhì)量一級評定等級Ⅱ級就需要做100%超聲波探傷，質(zhì)量二級評定等級Ⅲ級時需要做20%超聲波探傷，總之要在嚴格分析技術(shù)要求的基礎(chǔ)上展開探傷工作。需要注意的是，在全熔透焊縫的探傷工作中，探傷比例與焊縫程度保持適當(dāng)百分比且≥200 mm。局部焊縫探傷一旦發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)當(dāng)及時延長對缺陷兩端的探傷長度，確保增加長度≥焊縫長度的10%且≥200 mm。對于不允許缺陷，應(yīng)實施100%探傷檢查，超聲波探傷過程中，探傷時機也很重要，比如低合金鋼材需要在焊接完成24h 后才能進行檢驗，碳素結(jié)構(gòu)鋼材則需要在焊縫冷卻到室溫后進行探傷，另外需檢測工件的接口型式。母材厚度與坡口型式也對探傷有影響。

我們以實際焊接質(zhì)量檢測工作中出現(xiàn)頻率較高的中板對接焊縫為例進行分析，中板對接焊縫的母材通常厚度在8-16mm之間，坡口型式有X 型、I 型、單V 型等，探傷工作的準備要在明確了解焊縫情況的條件下進行。首先每次進行探傷操作之前都必須應(yīng)用標準試塊（CSK-IA、CSK-ⅢA）校準儀器的綜合性能，校準面板曲線，以保證探傷結(jié)果的準確性。比如要先修整探測面，確保光潔度低于▽4，根據(jù)母材選擇探頭的K 值，比如10 mm母材焊縫兩側(cè)修磨100mm。耦合劑選擇上要考慮其附著力、黏度、腐蝕性、流動性和經(jīng)濟性。根據(jù)母材厚度情況及焊縫形式等選擇單面雙側(cè)、雙面單側(cè)等方式，調(diào)整儀器的掃風(fēng)向、電壓、電流等信號轉(zhuǎn)換成特定范圍的電壓信號以供PLC卡件測量來判斷設(shè)備的工作狀態(tài)。傳感器的電壓一般較低，但是也有例外情況，如有些電壓互感器的電壓值就在230V，如不小心，會有觸電的危險。這些測量信號有的是電壓信號，有的是電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。因此，檢查和更換傳感器時，要注意電流傳感器回路中的分壓電阻的好壞，更換新的傳感器后也要注意安裝正確的分壓電阻。

控制功能主要是由PLC 卡件發(fā)出24V 控制信號，用弱電控制接觸器吸合和斷開以實現(xiàn)接通或斷開動力電源的目的，達到自動啟停電氣設(shè)備的作用。接觸器常見的損壞形式有，觸頭粘連，電磁線圈失效等，其結(jié)果均造成不能有效控制電氣設(shè)備，直至設(shè)備狀態(tài)參數(shù)超出正常的范圍而被測量信號檢測出來，報出故障。

反饋功能回路是對于一些帶有輔助觸點、漏電保護或過流保護的開關(guān)和接觸器，用來監(jiān)視、檢測這些設(shè)備的狀態(tài)，從而判定是否有過流、漏電等故障，這些信號一般是與PLC 數(shù)字輸入的DI 卡件形成的回路，通過常開、常閉邏輯判定被監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)。DI 模塊及回路使用相同的0V 和24V 的直流電壓而不是動力電壓380V，如當(dāng)空開跳開后，連帶的輔助開關(guān)也跳開了，PLC 的DI 模塊由閉合變成斷開，使PLC 捕捉到這些信號，并報出故障。

動力回路主要有三相回路和單相回路，單相電壓主要有230V 和380V 兩種。不論是檢查接觸器還是接線端子檢查，在檢修過程中都要注意斷電和驗電的安全事項。同時在上電前要注意檢查設(shè)備的相間及對地絕緣狀況，以免上電出現(xiàn)短路，損壞設(shè)備。在電機維修后，還要驗明相序是否正確，避免電機反轉(zhuǎn)。

電氣設(shè)備故障的檢查應(yīng)首先根據(jù)故障類型對照圖紙找到相應(yīng)的電氣回路，觀察回路中有無明顯的故障現(xiàn)象，如跳閘、過熱、燒損或接線松脫等，以判定是否出現(xiàn)過流現(xiàn)象或電氣元件的機械零件失效，進行更換。如沒有明顯故障現(xiàn)象，通過控制界面查看是哪個反饋信號或測量信號不正常，檢查對應(yīng)的設(shè)備工作狀態(tài)是否存在問題。如設(shè)備狀態(tài)正常且無損壞，檢查測量回路和反饋回路是否正常。如無問題，檢查控制回路及控制元件，之后是動力回路和電氣設(shè)備。按照上述檢測方法，不但使檢查思路變得較為清晰，同時也加深了新員工對控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的認識。

2 新員工現(xiàn)場培訓(xùn)注意事項

在新員工現(xiàn)場操作前，有必要進行一些模擬故障處理的訓(xùn)練，筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗，總結(jié)了如下注意事項：

首先，在新員工現(xiàn)場實際操作培訓(xùn)前要進行充分掌握安全規(guī)程、運行規(guī)程和檢修規(guī)程，了解現(xiàn)場危險點和反事故措施。同時充分進行理論學(xué)習(xí)，新員工對風(fēng)電機組內(nèi)部的控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的原理應(yīng)有一個清晰的認識，對風(fēng)電機組內(nèi)各系統(tǒng)的功能原理也要學(xué)習(xí)清楚。同時，熟悉設(shè)備檢修作業(yè)指導(dǎo)書，會識別標準電氣圖紙，掌握檢修用工器具和儀器儀表的使用方法。

其次，在進行現(xiàn)場操作時，宜選在氣象條件良好，風(fēng)小不發(fā)電的時間，以最大限度的保障發(fā)電任務(wù)。同時，預(yù)先做好試題的出題和驗證工作，以保證設(shè)備安全和正確培訓(xùn)新員工的目的。在培訓(xùn)過程中，故障點數(shù)量不宜過多，針對同一系統(tǒng)故障由1 個到2 個故障點組成，在學(xué)員操作過程中主要觀察其安全意識，檢修思路是否清晰，故障原因的分析是否正確。對不安全因素要及時糾正。

操作完成后新員工應(yīng)及時總結(jié)經(jīng)驗，經(jīng)班長總結(jié)和短評，查看新員工對問題分析的差距，同時讓新員工討論總結(jié)出比之前更好的檢修方案，從而有效提升檢修水平。

3 結(jié)論

通過1 個月左右的培訓(xùn)，新員工對設(shè)備的原理理解和認識水平加深，故障分析速度加快，逐步能夠掌握設(shè)備檢查的要領(lǐng)和方法，檢修思路逐漸清晰，比單純的維護作業(yè)培訓(xùn)效果更加明顯。

[1]崔建紅，許健，劉京愛.我國風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢科技情報開發(fā)與經(jīng)濟[J]，2009(10).

[2]楊校生，吳進城，等.風(fēng)電場建設(shè)、運行與管理.中國環(huán)境科學(xué)出版社[M]，2010，7.

[3]楊校生，等.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與風(fēng)電場工程.化學(xué)工業(yè)出版社[M]，2012，1.