論“超聲波無損檢測(cè)”技術(shù)在不等厚對(duì)接焊縫上的應(yīng)用

摘 要：文章針對(duì)不等厚焊縫缺陷提出了一種超專用檢測(cè)技術(shù)，利用正交超聲探頭組對(duì)焊縫進(jìn)行掃描檢測(cè)，可較好地解決鋼質(zhì)藥筒不等厚薄板焊縫缺陷的在線自動(dòng)無損檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：不等厚焊縫；缺陷；板波；超聲檢測(cè)

在工程上，有時(shí)需要將兩段不同厚度的薄壁圓筒對(duì)焊在一起，由于多種焊接因素的影響，在焊接過程中可能會(huì)在焊接區(qū)域形成各種焊接缺陷，因此在焊接之后，需要對(duì)焊接區(qū)域的焊接缺陷進(jìn)行定性、定量、定位的檢測(cè)。對(duì)于大批量生產(chǎn)的焊接件，這種檢測(cè)需要在線自動(dòng)完成。

1 不等厚對(duì)接焊接縫特點(diǎn)

在不等厚薄壁筒對(duì)接焊縫進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)探傷中，該焊縫結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

（1）筒體的壁厚較小，通常為1.6mm，而筒底焊接區(qū)厚度為

2.6mm。

（2）焊縫為不等厚對(duì)焊，筒底向左方厚度逐漸增大，幾何形狀復(fù)雜，焊道外側(cè)表面粗糙，殘留明顯的車削刀紋。

（3）筒體和筒底以及焊道金屬的化學(xué)成分不同。常見的焊縫缺陷有氣孔，夾渣，裂紋，未焊透，焊偏等形式，其中未焊透和裂紋是焊縫中危險(xiǎn)性缺陷，它們大多與基體表面呈垂直狀態(tài)形成。文章的目的就是要解決這種不等厚薄壁筒對(duì)焊缺陷的無損檢測(cè)技術(shù)，進(jìn)而利用這種技術(shù)探討鋼質(zhì)藥筒焊縫缺陷在線檢測(cè)問題。對(duì)于焊縫的探傷，目前已有多種檢測(cè)手段，比較常見的有：射線檢測(cè)、渦流檢測(cè)，磁粉探傷和超聲檢測(cè)等技術(shù)。但對(duì)于這種薄壁不等厚對(duì)接的焊接方式，還沒有一種成熟的技術(shù)可供在線檢測(cè)使用。針對(duì)這種不等厚薄壁筒焊接情況進(jìn)行了原理探索，在理論分析和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了一種水浸正交超聲檢測(cè)法。這一原理的關(guān)鍵在于針對(duì)軸向敏感缺陷采用軸向板波檢測(cè)，針對(duì)周向敏感缺陷采用周向板波檢測(cè)，從而達(dá)到對(duì)焊縫實(shí)施定性、定量和定位的在線檢測(cè)的目的。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 測(cè)試結(jié)果

為驗(yàn)證理論分析結(jié)果，分別用厚度30mm和50mm的碳鋼板制作兩組試塊進(jìn)行試驗(yàn)，每組四塊試樣，加工成傾角分別為10°，12°，14°和16°。按照上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，在每塊試樣上測(cè)定兩個(gè)點(diǎn)，不同試塊上兩測(cè)試點(diǎn)距傾斜面起始點(diǎn)的距離相同，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1可見，隨著試塊厚度的增加，測(cè)試誤差逐漸減??；同一組試塊，隨著試塊傾斜面角度的增加，測(cè)試誤差逐漸減小。其原因主要是隨著試塊厚度和傾斜面角度的增加，減小了近場(chǎng)區(qū)內(nèi)反射對(duì)最高反射波定位的影響及人為因素的影響。

3 誤差分析

表1理論計(jì)算與實(shí)際測(cè)量間存在一定誤差，原因主要有以下幾個(gè)方面：

3.1 與缺陷形狀、長(zhǎng)度和方向有關(guān)

有些缺陷是有一定體積與形狀的，某一方向與波束垂直，波峰最高時(shí)并不一定代表缺陷在焊縫中的最深深度，所以以最高波定位時(shí)，往往存在一定誤差，但誤差不太大，而且通常在焊工返修時(shí)都能排除。例如本試驗(yàn)中編號(hào)為4b總長(zhǎng)1mm的未熔合缺陷，與坡口有一定角度，且超聲波主聲束呈圓錐狀，此時(shí)要根據(jù)聲束分辨出1mm的深度太難，加上人眼的分辨力影響，所以只能得到一個(gè)最高波峰值。

3.2 與儀器的精度、量具和操作人員有關(guān)

由于儀器和使用量具的精度，以及操作人員的經(jīng)驗(yàn)存在一定差異，不可能與理論計(jì)算的數(shù)據(jù)達(dá)到100%吻合。但從數(shù)據(jù)來看，誤差值均較小，可忽略不計(jì)。

4 缺陷波判定

4.1 缺陷波

當(dāng)使用二次波探傷時(shí)，如反射波位于一次波聲程和二次波聲程之間，則測(cè)量探頭前沿至反射體的水平距離，若聲束二次波在管子內(nèi)壁上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在焊縫外位于探頭一側(cè)，反射體位于焊縫或熱影響區(qū)內(nèi)，則該反射體初步判定為缺陷。

另外，還可以按以下情況來判定缺陷波：

（1）當(dāng)從焊縫兩側(cè)探傷都可發(fā)現(xiàn)反射波，且從兩側(cè)對(duì)反射體進(jìn)行水平定位都在焊縫中心附近同一位置，則可判定為缺陷波。

（2）當(dāng)從焊縫兩側(cè)探傷都可發(fā)現(xiàn)反射波，且從兩側(cè)對(duì)反射體進(jìn)行水平定位都在靠近探頭一側(cè)的焊縫中，則可判定為缺陷波。

（3）一次波標(biāo)記點(diǎn)附近出現(xiàn)的反射波，只要一側(cè)定位在靠近探頭側(cè)的焊縫中，或兩側(cè)定位都在焊縫中心線上，都可判定為缺陷波。

4.2 偽缺陷波

除以上各方法初步判定為缺陷波的反射波外，其余各種情況的反射波均可作為偽缺陷波處理。

另外因管線焊接的特殊性，以下幾種特殊情況產(chǎn)生的偽缺陷波較為常見，分析如下：

4.2.1 焊縫根部成形不良

焊接時(shí)，當(dāng)根部余高過大或成形不規(guī)則時(shí)，易形成與未焊透根部缺陷相似的反射波形，判斷方法為：

（1）根部成形不良的反射波的聲程要略微大于一次波標(biāo)記點(diǎn)，

而根部缺陷的反射波聲程在一次波標(biāo)記點(diǎn)內(nèi)。

（2）根部成形不良的反射波水平定位在偏離焊縫中心線遠(yuǎn)離探頭一側(cè)，而根部缺陷的反射波水平定位在焊縫中心線上或靠近探頭一側(cè)。

4.2.2 錯(cuò)口引起的反射波

野外管道焊接時(shí)因管子本身橢圓度及對(duì)口的問題，錯(cuò)口存在較多，判斷方法為：

（1）當(dāng)錯(cuò)口出現(xiàn)且聲束和錯(cuò)邊方位合適就會(huì)出現(xiàn)

錯(cuò)邊反射波，此時(shí)應(yīng)從焊縫另一側(cè)進(jìn)行探測(cè)，由于聲束與錯(cuò)邊方位不合適，將不會(huì)有反射信號(hào)。

（2）錯(cuò)口處多數(shù)除產(chǎn)生橫波反射外，還可能因余高的存在而產(chǎn)生變型縱波，既顯示為山字波，此時(shí)可用沾有耦合劑的手指拍打相應(yīng)的余高處，則山字波的后面兩個(gè)波將跳動(dòng)，即可確認(rèn)為錯(cuò)口引起的反射波。

以上操作可分辨缺陷波和偽缺陷波，但仍不能對(duì)缺陷進(jìn)行定性。缺陷的定性需了解各種缺陷的成因及其典型波形，結(jié)合大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)方可進(jìn)行，在這里簡(jiǎn)要介紹各種缺陷的成因及其典型波形。

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