升船機凸齒焊縫的檢測

范靳科

（太原重工股份有限公司理化檢定中心無損檢測室，山西 太原 030024）

在結構件中，焊縫是必不可少的，焊縫里的缺陷常見的有裂紋、未焊透、未熔合、夾渣和氣孔，其外觀特征可通過射線檢測底片反映出來，而超聲波的檢測就要依據動態波型來估判缺陷性質。氣孔較為明顯，隨探頭旋轉、平移時，缺陷反射波包絡線明顯。夾渣物相對于氣孔反射幅度低，且缺陷波存在比氣孔明顯的分叉。未熔合和未焊透則要看其產生的部位而定。而對于面狀缺陷則要看其與探頭入射角的關系，如平行則不易檢出，如垂直則反射強烈，跟射線檢測正好相輔相成，超聲波重在定量、定位，而射線則可定性。因此，太原重工股份有限公司的板材對接縫一般采取100%的UT和大于20%的射線檢測。本公司生產的起重機械設備是中國名牌產品，而焊接結構件是其中的重要部分，焊縫的質量在一定程度上決定了起重機的質量。因此，對焊縫的質量要求很嚴，焊縫的質量檢驗對我們來講最為常見。

在本公司承接的三峽升船機項目中，有大量的凸齒焊縫，此類結構與螺母柱的背面凸齒相互咬合，以此確保螺母柱在升降巨輪時的穩定。作為升船機的重要部位，用戶特別提出了探傷的要求。在我們剛接觸到該焊縫結構時，發現此類焊縫的檢測難度太大，要求苛刻，常規方法幾乎無法滿足要求。此類凸齒焊縫為單V型坡口，材質Q235D，焊前必須進行預熱，焊接方式為單面氣體保護焊。該焊縫是升船機螺母柱凸齒焊縫，結構如圖1所示，有效焊肉僅有20 mm，所以無論從什么方位掃查，都很難覆蓋到所有焊肉。

圖1 凸齒焊縫結構

針對這種情況，結合我們的經驗，經過分析后發現，位于上下坡口面以及根部最易產生嚴重缺陷，如坡口未熔合、根部未焊透等。要想有效檢出這些位置的缺陷，必須有合適的入射角度，并且能夠將這些位置的缺陷信號最大限度地反射回入射位置，就該類焊縫結構，需要從多個位置入射，以保證掃查到每個地方。鑒于以前本公司對此種角焊縫一般只進行表面磁探，而對內部質量及根部未焊透情況則由焊接工藝來保證，為此，我們分析討論了幾種檢測方案，就探頭可放置的位置進行了編排，見圖2，采用了多種探頭、多種方式進行檢測驗證，進行了大量的試驗及實物解剖，并按實物規格制作了試塊，見圖3，最終確定了檢測該類角焊縫的探傷工藝。

圖2 探頭放置位置

圖3 實物試塊

1 檢測方法

（1）位置1分別采用K值為3、2.5的斜探頭沿斜面移動，主要用來掃查焊肉中的不連續以及翼板的未熔合，位置關系見圖5。

l1：K值為3時，探頭入射點距焊縫的最遠距離；

l2：K值為2.5時，探頭入射點距焊縫的最遠距離。

l=h×K-X，l1=44.5 mm，l2=34 mm

檢測時，選擇探頭 2.5P13×13K2.5、2.5P13×13K3，選擇時，晶片盡量使聲束集中，定位精確。

檢測時，先劃出距離線，即可確保探頭在有效焊肉內掃查。

（2）位置2采用直探頭和小角度（5°～10°）斜探頭，用來掃查凸齒與連接板間的未熔合以及焊肉中的不連續。同樣，探頭在凸齒頂面位置2處的掃查距離l：

小角度探頭在此位置掃查范圍不得大于34.7 mm，以保證在有效焊肉內掃差。

（3）位置 3a根據計算采用（30°～35°）的斜探頭，主要用來掃查凸齒（長度方向）坡口側的未熔K值為38°，因此，只能選擇30°～35°的探頭。我們主要使用WB35-2N、WB35-4N探頭，必要時配合可變角探頭MUWB-4N進行檢測。

斜探頭角度為 35°的 WB35-2N、WB35-4N，掃查范圍為 l，探頭入射點距邊距離為犖：

使用35°斜探頭檢測時，探頭的掃查范圍為圖6中的l，用來掃查凸齒坡口側的未熔合以及焊肉中的不連續。在該位置，因頂面只有120 mm長，按圖6可知，理論上最大。

（4）位置3b根據計算采用（45°）的斜探頭，主要用來掃查凸齒（寬度方向）坡口側的未熔合以及焊肉中的不連續。在該方向，長度350 mm可以使用45°斜探頭WB45-2N、WB45-4N。

按圖6可求得：

l=40 mm

犖=110 mm

（5）如發現翼板側存在未熔合，位置允許時，采用2.5P20Z、B2S、WB45-2N、WB45-4N在位置4加以驗證。

圖4

圖5 位置1

圖6 位置2

2 采用的探頭

實際結構件凸齒間距小于200 mm，凸齒厚度140 mm且翼板厚度70mm，探頭聲程大，擴散嚴重。而此焊縫有效焊肉僅20mm，在聲程較大時，為精確定位，避免誤判，因此在選擇探頭時，應盡可能選擇聲束直徑小且能量集中的，根據聲束直徑公式：θ=70λ/d（°）可知，應當選擇大晶片高頻率的探頭。比如在位置2、位置3、位置4、位置5均采用了大晶片探頭，直探頭為準20 mm/準24 mm，斜探頭為20×22 mm。在檢測時，均采用直射波法檢測，亦是避免聲束擴散的影響以及聲束反射產生雜波干擾缺陷的評定。

3 試塊

采用CSK-IA進行入射點、前沿、K值、零偏等參數的測量，按實物尺寸制作模擬的實物試塊，見圖3，在實物試塊相應位置加工準3×40的橫孔，依據制定的檢測工藝，在相應位置使用相應的探頭調節距離-波幅曲線。

探頭靈敏度：

（1）斜探頭——根據標準GB/T11345/BI級要求，利用對比試塊調節靈敏度，以試塊上的準3×40孔作為基準，評定線為準3×40-16dB、定量線為準 3×40-10dB、判廢線為準 3×40-4dB。

（2）直探頭——由于凸齒厚度為140 mm，大于3倍近場區，因而可利用大平底調節靈敏度，評定線為準2mm、定量線為準3mm、判廢線為準6mm；亦可采用鋼板試塊的準5mm為基準進行調節。

其中，試塊的表面狀態跟實際工件的表面狀態相同，這樣能減少因表面差異而引起的聲能損失造成的定量誤差。

4 驗收

主要參照GB/T11345/BI級的評定要求：

（1）超過評定線的信號，應注意是否具有裂紋等危害性缺陷特征，如有懷疑，應采取改變探頭角度、增加探傷面、觀察動態波形、結合結構工藝特征作判定，如對波形不能準確判斷時，應輔以其他檢驗作綜合判定。

（2）最大波幅位于Ⅱ區的缺陷，其指示長度小于10 mm時，按5 mm計。

（3）相鄰反射波幅位于Ⅱ區的缺陷，根據缺陷指示長度按規定判定。

（4）按GB/T11345/BI級進行評定，即Ⅱ區的缺陷長度不得大于30 mm。

（5）最大波幅不超過評定線的缺陷均評為Ⅰ級，最大波幅超過評定線的缺陷判定為裂紋等危害性缺陷時，均評為不合格，反射波幅位于Ⅰ區的非裂紋類缺陷均評為Ⅰ級，波幅位于Ⅲ區缺陷均評為不合格。不合格的缺陷應予返修，返修后應進行復探，按照上述1～5條款進行評定，返修不得超過兩次。

焊縫中常見的缺陷有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。該焊縫是手工氣體保護焊，在焊接實施過程中容易產生氣孔。凸齒在裝焊后清根不徹底，根部易產生未焊透。由于是角焊縫，焊把頭角度不好擺，夾渣、未熔合之類的缺陷也容易產生。工件預熱及施焊過程中的溫度不當可能出現裂紋類缺陷，裂紋缺陷出現在焊縫內部、凸齒部位和翼板部位。

所以在實際檢測過程中，必須把直探頭和斜探頭掃查結合起來對組合焊縫進行綜合檢測，同時該部件的使用情況也決定了此類焊縫必須保證質量。經過各種實驗對比及實際檢測情況，證明我們選擇的檢測工藝是可靠的，同時也得到了三峽工程的首肯，該檢測工藝很好地確保了凸齒焊縫的質量。