薄板焊縫超聲檢測

相 慶

（中國石油化工集團公司勝利石油管理局海上石油工程技術檢驗中心 山東 東營 257000）

無損檢測行業(yè)標準JB/T4730.3-2005《承壓設備無損檢測 第3部分：超聲檢測》標準中規(guī)定承壓設備超聲檢測適用范圍為“母材厚度8mm～400mm全熔化焊對接接頭的超聲檢測。母材厚度為6～8mm的全熔化焊對接接頭的超聲檢測應按照附錄G（規(guī)范性附錄）的規(guī)定進行”。但是隨著輕型鋼結構地興起和發(fā)展，在現今的鋼結構工程中經常會遇到構件母材板厚小于6mm的情況。對厚度小于6mm的板材焊縫無法進行行之有效地檢測。而即使采用X射線對薄板焊縫進行檢測也存在對人和環(huán)境危害大，對裂紋、未熔合等危害性缺陷漏檢率高等缺點。因此研究薄板焊縫超聲檢測的可行性和檢測方法就顯得非常重要。

1 薄板焊縫超聲檢測的可行性

薄板焊縫不宜進行超聲檢測的理論依據

根據聲學理論基礎，在近場區(qū)進行超聲波檢測對定量是不利的，處于聲壓極小值處的較大缺陷回波可能較低，而處于聲壓極大值處的較小缺陷回波可能較高，這樣就容易引起誤判，甚至漏檢。由于薄板焊縫的母材板厚較薄，基本都處于超聲場的近場區(qū)，因此為避免誤判、漏檢，薄板焊縫不宜進行超聲檢測。

2 薄板焊縫超聲檢測方法

根據聲壓原理，實際固體介質中聲壓分布趨向平緩，而且對某一固定探頭的相對固定的某一聲程處其聲壓具有穩(wěn)定性。因此，在保持一定精度的前提下，根據實際工程操作條件，選用特定的探頭，對比試塊，充分考慮材質、衰減、耦合等一系列外界影響因素修正后的波幅數據和實際波幅數據之間的誤差是可以控制在工程允許范圍內的。

2.1 探頭的選用

檢測時，應盡可能使直射波的聲程不在近場區(qū)內，使聲程范圍在一倍近場區(qū)長度到三倍近場區(qū)長度之間，這樣有利于檢測時避免誤判、漏檢缺陷。

2.1.1 檢測頻率的選擇

為提高探頭指向性和分辨率，以滿足檢出尺寸較小缺陷的要求，需采用較高的檢測頻率；但頻率提高同時也會增大聲波近場區(qū)長度。通過實踐，建議選擇頻率為5MHz的探頭比較合適。

2.1.2 探頭K值的選擇

由于板厚較薄，為了使直射波能夠掃查到焊縫的中下部分，選用K值較大的，前沿較小的斜探頭。當探頭K值增大時，聲波在鋼中近場區(qū)長度將減少，有利于超聲檢測，但如果K值太大的話，容易形成表面波，干擾檢測結果的判定。經過研究對比，選擇聚楓樹脂楔塊的探頭，其縱波聲速為2250m/s，比有機玻璃小些，這樣對減小探頭前沿和增大K值有利，在鋼中近場區(qū)長度為4.62mm，對應的鋼中近場區(qū)深度為1.47mm。

2.1.3 選用雙晶探頭（TR探頭）

雙晶探頭采用特殊的延遲塊設計，縮短了鋼材中近場區(qū)長度，這對薄板焊縫檢測是有利的。除此之外雙晶探頭還具有靈敏度高，雜波少盲區(qū)小，超聲波能量集中在棱形探測區(qū)域內且可通過調節(jié)入射角度來調節(jié)探測范圍等優(yōu)點。但探測范圍無法調節(jié)到焊縫上部，當實際檢測中一般將雙晶探頭用來驗證下部缺陷。根據實踐經驗，推薦將雙晶探頭入射角調節(jié)到9～11°附近。

2.2 對比試塊的選用

JB/T4730.3-2005《承壓設備無損檢測 第3部分：超聲檢測》標準中規(guī)定母材厚度為6～8mm全熔化焊對接接頭的超聲檢測試塊采用CSK-ⅡAm，對于4～6mm的薄板超聲檢測，我們仍采用CSK-ⅡAm試塊。

3 薄板焊縫超聲波檢測實驗

3.1 設備調節(jié)與檢測

時基線掃描的調節(jié)是焊縫超聲波檢測的重要環(huán)節(jié)，特別是在薄板焊縫超聲檢測中，由于板厚小，掃描速度條件的準確性，掃描比例的合理性就更為重要。由于薄板焊縫超聲檢測的垂直聲程很小，時基線掃描的調節(jié)比例不宜按垂直1：1調節(jié)，建議按水平1：1調節(jié)。

對焊縫進行單面雙側掃查，掃查速度不宜大于150mm/s，相鄰兩次探頭移動間隔保證至少有探頭寬度10%的重疊。找到缺陷后，按JB/T4730.3-2005要求進行定量、定位、測長，且可根據經驗進行定性，最后按標準規(guī)定評定缺陷的等級。

3.2 檢測對比試驗

我們制作了9個有缺陷的焊接試樣，利用上述薄板焊縫進行了超聲波檢測，另外輔以X射線檢測驗證，測試數據見下表：

試樣編號板厚(mm)X射線檢驗 薄板焊縫超聲波檢測缺陷類型 缺陷長度(mm)缺陷當量尺寸(dB)缺陷指標長度(mm)雙晶探頭驗證當量尺寸(dB)1 3 未焊透 6 φ2+6 7 φ2+9 2 3 裂紋 6 φ2+2 10 φ2+6 3 3 裂紋 7 φ2+3 9 φ2+6 4 4 氣孔 φ2 φ2-4 5 φ2-3 5 4 未熔合 5 φ2+7 8 φ2+6 6 4 夾渣 16 φ2-1 15 φ2+1 7 5 氣孔 φ2 φ2+2 10 φ2+1 8 5 夾渣 19 φ2+2 17 φ2+2 9 5 未焊透 4 φ2+5 4 φ2+9

根據對比試驗可以看出，對于未焊透缺陷超聲波檢出率較高，缺陷波幅高，測長與射線檢出尺寸較吻合；單個氣孔的波幅較低，超聲波測長比射線所檢出尺寸大；夾渣波幅較低，超聲波測長與射線所檢出尺寸相差不大；裂紋和未熔合缺陷波幅高，檢出率高，超聲波測長與射線所檢出尺寸相差較大。

4 結論

文章研究了薄板超聲檢測的可行性和檢測方法并通過試驗對比驗證，為尋求高效率的薄板焊縫超聲檢測提供了思路。薄板焊縫超聲波檢測是可以運用在工程檢測中的。其對各種缺陷，尤其是裂紋，未熔合等危害性缺陷有相當高的檢出率，且超聲檢測具有檢測效率高勞動強度低等優(yōu)點。在操作時宜結合適當的專用試塊選用雙晶探頭，對焊縫中下部缺陷有較高的檢出率和更精確的檢測數據，可用來檢測焊縫下部危害性缺陷。