鋼構件質量檢測中缺陷的定量問題及其影響因素研究

田 園

(寧夏送變電工程公司，寧夏 銀川750101)

0 引言

目前，焊接是鋼構連接的基本加工工藝方法，廣泛地應用在各種鋼結構件的制作及安裝過程中，因此，焊縫質量檢驗是焊接質量控制的重要內容，焊縫缺陷檢測又是焊接檢驗的主要內容。 受焊接過程中各種參數穩定性的影響，焊縫有時會出現裂紋、氣孔、夾渣、未熔合和未焊透等缺陷。

1 缺陷的定量

焊縫超聲波檢測的目的就是檢出缺陷，并對缺陷定量與定位。

缺陷定量即測量缺陷的波幅和指示長度。 缺陷的波幅通常用缺陷最大反射波幅來表示，一邊以波峰所在的區域來表示或表示為SL+ndB。 缺陷的指示長度有多種測量方法，但在工程中一般采用6dB 法或端點測值法測長。 當缺陷反射波只有一個高點或高點起伏小于4dB 采用6dB 法（或稱半波高法），當缺陷反射波峰起伏變化含有多個高點時，采用端點峰值法測長。

（1）缺陷波高HF 在GB11345-89 標準評定線以下時一般不作記錄，也不考慮對其定性。 如操作人員認為有必要的也可作進一步定性。

（2）缺陷波高HF 位于GB11345-89 標準III 區（含判廢線）時，定為線狀缺陷或平面狀缺陷或多重缺陷。

（3）缺陷波高HF 位于GB11345-89 標準II 區（含定量線）時，當缺陷指示長度ΔL≤LS 時，如A 掃描顯示一個光圓波可定為點狀缺陷， 否則定為線狀或平面狀缺陷或多重缺陷，當缺陷指示長度ΔL＞LS 時，可定為線狀或平面狀缺陷或多重缺陷。 LS 值為：當板厚6mm≤t＜20mm 時LS=t，當板厚t≥20mm 時，LS=20mm。

（4）缺陷波高HF 位于GB11345-89 標準I 區（含評定線）時，當缺陷指示長度ΔL≤Ld 時，如A 掃描顯示一個光圓波，可定為點狀缺陷，否則定為線狀或平面狀缺陷或多重缺陷;當缺陷指示長度ΔL＞Ld 時可定為線狀或平面狀缺陷或多重缺陷。Ld 值為： 當板厚6mm≤t＜30mm 時Ld=t， 當板厚6mm≤t ＜30mm 時，Ld=30mm。

（5）定為線狀或平面狀缺陷或多重缺陷后，再進一步測定缺陷平面和深度位置、缺陷高度、定向反射特性、缺陷傾斜度、靜態波形、動態波形，然后結合工件結構、坡口形式、材料、焊接工藝和焊接方法及探頭掃查方式，進行綜合判斷，最終定出缺陷的實際性質。 當測定時找不到缺陷端點衍射波或端點最大反射波時，可采用6dB 法測定。 當用6dB 波測定缺陷自身高度時還應對缺陷高度進行適當修正。 缺陷定向反射可按下列方法測定：采用相同頻率不同入射角（入射角差值應≥10°）的橫波探頭探測同一缺陷，分別測得來自同一缺陷的最高反射波（記為Hmax和Hmin），若Hmax-Hmin）≥9dB，則認為該缺陷具有定向反射性，應進一步測定其傾斜度。 在測試缺陷定向反射時，應確保母材兩面平行，聲波掃查通過的母材區無影響評定的缺陷，當兩種不同角度的探頭探測時，如聲程不同， 應對聲程不同引起的材質衰減dB 差和距離波幅dB 差進行修正。

2 儀器及探頭性能的影響

儀器和探頭性能的優劣，對缺陷定量精度影響很大。 儀器的垂直線性、衰減器精度、頻率、探頭形式、晶片尺寸、折射角大小等都直接影響回波高度。 因此，在檢測時，除了要選擇垂直線性好、衰減器精度高的儀器外，還要注意頻率、探頭形式、晶片尺寸、折射角的選擇。

3 耦合與衰減的影響

耦合的影響：超聲波檢測中，耦合劑的聲阻抗和耦合層厚度對回波高度有較大的影響。 因此，在實際檢測中耦合劑的聲阻抗， 對探頭施加的壓力大小都會影響缺陷回波高度，進而影響缺陷定量。

衰減的影響：實際工件是存在介質衰減的，由介質衰減引起的分貝差Δ=2αx 可知衰減系數α 較大或距離x 較大時，由此引起的衰減Δ 也較大。這時如果仍不考慮介質衰減的影響，那么定量精度勢必受到影響。 因此在檢測精粒較粗大和大型工件時，應測定材質的衰減系數α，并在定量計算時考慮介質衰減的影響，以便減少定量誤差。

4 試件幾何形狀和尺寸的影響

試件底面形狀不同，回波高度不一樣，凸曲面使反射波發散，回波降低;凹曲面使反射波聚焦，回波升高。實際檢測中應綜合考慮上述因素對定量的影響， 否則會使定量誤差增加。

試件底面與探測面的平行度以及底面的光潔度、干凈程度也對缺陷定量有較大的影響。 當試件底面與探測面不平行、底面粗糙或沾有水跡、油污時將會使底波下降，這樣利用底波調節的靈敏度將會偏高，缺陷定量誤差增加;試件尺寸的大小對缺陷定量也有一定的影響。

5 缺陷的影響

5.1 缺陷形狀的影響： 試件中實際缺陷的形狀是多種多樣的，缺陷的形狀對其回波波高有很大影響

平面形缺陷波高與缺陷面積成正比，與波長的平方和距離成反比。 對于各種形狀的點狀缺陷，當尺寸很小時，缺陷形狀對波高的影響就變得很小。 當點狀缺陷直徑遠小于波長時，缺陷波高正比于缺陷平均直徑的三次方，即隨缺陷大小的變化十分急劇。 缺陷變小時，波高急劇下降，很容易下降到檢測儀不能發現的程度。

5.2 缺陷方位的影響：在實際缺陷表面相對于超聲波入射方向往往不垂直，因此對缺陷尺寸估計偏小的可能性很大

聲波垂直缺陷表面時缺陷波最高。 當有傾角時，缺陷波高隨入射角的增大而急劇下降。

5.3 缺陷波的指向性： 缺陷波高與缺陷波的指向性有關，缺陷波的指向性與缺陷大小有關，而且差別較大

當缺陷直徑大于波長的3 倍時，不論垂直入射還是傾斜入射，都可把缺陷對聲波的反射看成是鏡面反射。 當缺陷直徑小于波長的3 倍時， 缺陷對聲波的反射不能看成鏡面反射，這時缺陷波能量呈球形分布，垂直入射和傾斜入射都有大致相同的反射指向性。 表面光滑與否，對反射波指向性已無影響。 因此，檢測時傾斜入射也能發現這種缺陷。

5.4 缺陷表面粗糙度的影響：缺陷表面光滑與否，用波長衡量

如果表面凹凸不平的高度差小于1/3 波長， 就可認為該表面是平滑的，這樣的表面反射聲束類似鏡子反射光束。 否則就是粗糙表面。

5.5 缺陷性質的影響：缺陷回波波高受缺陷性質的影響

聲波在界面的反射率是由界面兩邊介質的聲阻抗決定的。 當兩邊聲阻抗差異較大時，近似地可認為是全反射，反射聲波強。 當差異較小時，就有一部分聲波透射，反射聲波變弱。 所以，試件中性能不同，大小相同的缺陷波波高不同。

通常含氣體的缺陷，如鋼中的白點、氣孔等，其聲阻抗與鋼聲阻抗相差很大， 可以近似地認為聲波在缺陷表面是全反射。 但是，對于非金屬夾雜物等缺陷，缺陷與材料之間的聲阻抗差異很小，透射的聲波已不能忽略，缺陷波高相應降低。

5.6 缺陷位置的影響：缺陷波高還與缺陷位置有關

缺陷位于近場區時， 同樣大小的缺陷隨位置起伏變化，定量誤差大。 所以，實際檢測中總是盡量避免在近場區檢測定量。

6 結束語

總之，鋼結構產業是國民經濟中至關重要的部分。 通過無損檢測對鋼結構焊縫進行檢測顯得尤為重要。

［1］文永忠. 鋼結構焊縫檢測缺陷的處理[J].工程質量，2004（9）：51.

［2］王超.鋼結構焊縫質量驗收方案的制定[J].無損檢測，2001（4）：26-28.

［3］羅旭輝.鋼結構焊縫的超聲檢測[J].廣州建筑，2002（1）：7-10.

［4］中國機械工程學會無損檢測分會.射線檢測[M].機械工業出版社，2006.

［5］邸新杰，李午申，梁志芳.焊接缺陷早期檢測診斷的新方法[J].焊管，2004.

［6］文永忠.鋼結構焊縫檢測缺陷的處理[J].工程質量，2004，12（9）：51.