鋼管單面焊焊縫超聲波探傷反射回波分析

柳長勝

摘 要：在對鋼管單面焊對接焊縫進行超聲波檢測的過程中，會出現多種反射回波。本文通過對超聲波檢測過程中出現的各種反射回波形成原因及其靜態波形和動態波形的特點進行分析，并采用X射線透照方法進行對比，論證了對反射回波分析的可行性和重要性，從而可以有效避免對反射回波的誤判。

關鍵詞：單面焊 焊縫 缺陷 反射回波

中圖分類號：TG441.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0244-02

超聲波探傷是發現焊縫內部缺陷的有效方法，由于A型脈沖反射法超聲波探傷是利用超聲波在異質界面發反射、折射和波型轉換的特點，在檢驗過程中就不可避免地會出現非缺陷引起的反射回波。發電廠的管道大多處在高溫、高壓的惡劣環境下，研究管道焊縫缺陷的超聲波檢測，對檢測過程中出現的反射回波，進行正確判斷，防止因誤判造成不必要的返修具有重要意義。

1 檢驗技術條件

采用PXUT350B+全數字超聲波探傷儀，2.5PK2斜探頭，晶片尺寸13×13。實際檢測用的探頭寬度為20 mm，W2/4=100 mm，被檢測的管道的規格分別為φ273×25、φ273×20和φ219×18，因此R≤W2/4。用于調整檢測靈敏度的試塊可以采用CSK-ⅢA，檢測靈敏度φ1×6-9dB。為了保證耦合效果，采用甘油作為耦合劑。

2 檢測結果

共計對發電廠的單面焊雙面成形的20道管道對接焊縫進行超聲波檢測，其中12道焊縫檢測中發現了反射回波，反射波幅較高，測量的指示長度較長。取其中的6個典型回波列于表1。

3 波形分析

從管道外側進行單面單側檢驗，增加了對反射回波產生的原因進行分析。同時對產生典型反射回波的部位進行了X射線透照，并截取了部分X射線膠片。通過對反射回波的靜態波形和動態波形的分析，我們認為反射回波是由以下幾種原因引起的。

3.1 未焊透缺陷引起的反射回波

未焊透有較規則的鈍邊，探測時有很強的端角反射波，這種反射波位于一次波的前邊，探頭前后移動時，波形較穩定，轉動或擺動探頭時，波形消失較快，水平移動探頭波幅變化不大。如圖1所示，坡口的鈍邊高度為2 mm，反射回波的深度指示應為≤T-δ，約23 mm左右。在對高壓車間24#機減溫減壓蒸汽調節門對接焊縫進行檢測時發現整條焊縫根部均有深度指示為 22.78mm的反射回波，該回波具有前述的特點，我們分析認為是未焊透缺陷引起的。X射線透照膠片顯示焊縫中間有基本連續的黑線，為未焊透的影像，見圖2。

3.2 密集缺陷引起的回波

密集缺陷（多數情況下為密集氣孔和夾渣）為一簇反射波，其波幅隨著氣孔、夾渣的大小、密集程度的不同而變化，當探頭作轉角掃查時，會出現此起彼伏的現象。探頭平行焊縫移動時，缺陷的反射波形有起伏變化。環繞掃查時，反射波有多個波峰。高壓車間24#爐主蒸汽管道12#對接焊縫進行檢測時發現的深度顯示為17.25的反射回波具有上述特點。X射線透照膠片顯示焊縫中有一個氣孔和多個點狀夾渣，見圖3。

3.3 焊縫輪廓產生的反射回波

當焊縫表面與超聲波的軸線聲束近似垂直時，會產生反射回波。該回波在一次波的后面。由于背面焊縫高低不一致，深度指示有一點變化，有的位置回波會消失，左右移動時反射波峰變化很小，其包絡波形比較圓滑。在對高壓車間24#爐主蒸汽管道2#對接焊縫進行檢測時發現的深度顯示為18.52的反射回波具有上述特點，X射線透照膠片顯示焊縫根部沒有未焊透等缺陷，見圖4。

3.4 錯邊引起的回波

鋼管與閥門厚度存在偏差，鋼管的橢圓度與閥門的橢圓度不一致等，管道焊接接頭錯口的現象就有可能發生，檢測時產生較強的反射回波。錯口面的凹凸不確定性，反射波的波峰上有小峰，探頭左右移動時波幅的高度變化不大包絡波形范圍較寬，波形比較單一、變化不復雜。焊縫兩側根部母材厚度差>2 mm，在一次波后面出現反射回波。高壓車間6#給水出口門對接焊縫在檢測過程中發現的指示長度120 mm，深度顯示16.12的反射回波具有以上得點。X射線透照膠片顯示靠近閥門側黑度較小，說明較厚，而管道側黑度較大，說明較薄。焊縫中沒有缺陷，見圖5。

3.5 內凹反射波

內凹主要出現在水平固定焊口的仰焊或仰焊爬坡部位，內凹是一個近似圓弧型的曲面，對于聲束入射的界面它是一個凸面，反射波是發散的，它與其它尺寸相近、埋藏深度相同的缺陷反射波相比，反射波較低，波形位置出現在根部一次波位置前一點。其反射波的深度顯示值一般略小于母材厚度，內凹反射波在焊縫兩側探測，水平距離定位落點有一定間距，定位點不相互交叉，其包絡波形比較圓滑。高壓車間23#爐主蒸汽管4#對接焊縫在檢測時發現的深度顯示 18.45 mm，指示長度170 mm，波幅SL+5 dB的反射回波具有上述特點。X射線透照膠片顯示焊縫根部存在凹陷，見圖6。

3.6 探頭下擴散聲束產生的回波

探頭中發出的超聲波是擴散的，當下擴散聲束與背面焊縫表面接近垂直時，會產生較強的反射回波。如圖6所示，有機玻璃中的縱波傾斜入射到鋼表面，折射的橫波的上、下半擴散角是不同的。我們在此主要分析計算下半擴散角。

縱波在有機玻璃中的半擴散角為：

θ11°

超聲波主聲束在有機玻璃與鋼的界面的入射角為：

α

超聲波下擴散聲束在有機玻璃與鋼的界面的入射角為：

α2=α-θ11=49.28°-4.79°=44.49°

超聲波下擴散聲束在鋼中的折射角為：

β2

對于厚度為20mm的鋼管，擴散聲束在鋼中的聲程為：

L=

由于超聲波探傷儀是按探頭軸線聲束最大回波調節的，當下擴散聲束AB（與聲程L對應）與背面焊縫表面垂直時，反射回波被探頭接收，儀器的深度顯示值應為35.53÷2=17.77mm，我們會認為是軸線聲束AC的反射回波。該回波在距背面2 mm左右的在焊縫熔合線附近，由于焊縫表面凸凹不平，由于背面焊縫高低不一致，平行于焊縫移動探頭，深度顯示值會有變化，有的位置回波會消失，其包絡波形比較圓滑，反射波幅不高。這種回波經常會被誤判為未熔合缺陷產生的反射波。高壓車間24#爐主蒸汽管道6#對接焊縫在檢測時發現的深度顯示18.13 mm，指示長度130 mm，波幅SL+7dB的反射回波，具有上述特點。X射線透照膠片顯示焊縫中間根部焊縫較高，沒有未熔合等缺陷，見圖8。

4 結論

采用缺陷波形識別與分析方法，對反射回波的靜態波形和動態波形進行綜合分析判斷。可以比較準確的判斷大徑管焊口根部的缺陷類型。

焊縫根部出現的反射波很多，單憑缺陷波的某些特征來判定其性質是比較片面的，還必須在探測前了解焊接接頭坡口型式、焊接工藝、方法特點、熱處理狀態等，加以綜合分析判定。

對不能準確判定是否為缺陷回波的反射回波，可以采用更換探頭，變更不同的K值得辦法進行檢測、以便進一步分析、判斷。

對不能準確判定的反射回波，應采用X射線透照等方法對缺陷進行確認。

參考文獻

[1] 超聲檢測.中國特種設備檢驗協會組織編寫.

[2] JB/T4730-2005.承壓設備無損檢測.

[3] DL/T820-2002.管道焊接接頭超聲波檢驗技術規程.endprint

摘 要：在對鋼管單面焊對接焊縫進行超聲波檢測的過程中，會出現多種反射回波。本文通過對超聲波檢測過程中出現的各種反射回波形成原因及其靜態波形和動態波形的特點進行分析，并采用X射線透照方法進行對比，論證了對反射回波分析的可行性和重要性，從而可以有效避免對反射回波的誤判。

關鍵詞：單面焊 焊縫 缺陷 反射回波

中圖分類號：TG441.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0244-02

超聲波探傷是發現焊縫內部缺陷的有效方法，由于A型脈沖反射法超聲波探傷是利用超聲波在異質界面發反射、折射和波型轉換的特點，在檢驗過程中就不可避免地會出現非缺陷引起的反射回波。發電廠的管道大多處在高溫、高壓的惡劣環境下，研究管道焊縫缺陷的超聲波檢測，對檢測過程中出現的反射回波，進行正確判斷，防止因誤判造成不必要的返修具有重要意義。

1 檢驗技術條件

采用PXUT350B+全數字超聲波探傷儀，2.5PK2斜探頭，晶片尺寸13×13。實際檢測用的探頭寬度為20 mm，W2/4=100 mm，被檢測的管道的規格分別為φ273×25、φ273×20和φ219×18，因此R≤W2/4。用于調整檢測靈敏度的試塊可以采用CSK-ⅢA，檢測靈敏度φ1×6-9dB。為了保證耦合效果，采用甘油作為耦合劑。

2 檢測結果

共計對發電廠的單面焊雙面成形的20道管道對接焊縫進行超聲波檢測，其中12道焊縫檢測中發現了反射回波，反射波幅較高，測量的指示長度較長。取其中的6個典型回波列于表1。

3 波形分析

從管道外側進行單面單側檢驗，增加了對反射回波產生的原因進行分析。同時對產生典型反射回波的部位進行了X射線透照，并截取了部分X射線膠片。通過對反射回波的靜態波形和動態波形的分析，我們認為反射回波是由以下幾種原因引起的。

3.1 未焊透缺陷引起的反射回波

未焊透有較規則的鈍邊，探測時有很強的端角反射波，這種反射波位于一次波的前邊，探頭前后移動時，波形較穩定，轉動或擺動探頭時，波形消失較快，水平移動探頭波幅變化不大。如圖1所示，坡口的鈍邊高度為2 mm，反射回波的深度指示應為≤T-δ，約23 mm左右。在對高壓車間24#機減溫減壓蒸汽調節門對接焊縫進行檢測時發現整條焊縫根部均有深度指示為 22.78mm的反射回波，該回波具有前述的特點，我們分析認為是未焊透缺陷引起的。X射線透照膠片顯示焊縫中間有基本連續的黑線，為未焊透的影像，見圖2。

3.2 密集缺陷引起的回波

密集缺陷（多數情況下為密集氣孔和夾渣）為一簇反射波，其波幅隨著氣孔、夾渣的大小、密集程度的不同而變化，當探頭作轉角掃查時，會出現此起彼伏的現象。探頭平行焊縫移動時，缺陷的反射波形有起伏變化。環繞掃查時，反射波有多個波峰。高壓車間24#爐主蒸汽管道12#對接焊縫進行檢測時發現的深度顯示為17.25的反射回波具有上述特點。X射線透照膠片顯示焊縫中有一個氣孔和多個點狀夾渣，見圖3。

3.3 焊縫輪廓產生的反射回波

當焊縫表面與超聲波的軸線聲束近似垂直時，會產生反射回波。該回波在一次波的后面。由于背面焊縫高低不一致，深度指示有一點變化，有的位置回波會消失，左右移動時反射波峰變化很小，其包絡波形比較圓滑。在對高壓車間24#爐主蒸汽管道2#對接焊縫進行檢測時發現的深度顯示為18.52的反射回波具有上述特點，X射線透照膠片顯示焊縫根部沒有未焊透等缺陷，見圖4。

3.4 錯邊引起的回波

鋼管與閥門厚度存在偏差，鋼管的橢圓度與閥門的橢圓度不一致等，管道焊接接頭錯口的現象就有可能發生，檢測時產生較強的反射回波。錯口面的凹凸不確定性，反射波的波峰上有小峰，探頭左右移動時波幅的高度變化不大包絡波形范圍較寬，波形比較單一、變化不復雜。焊縫兩側根部母材厚度差>2 mm，在一次波后面出現反射回波。高壓車間6#給水出口門對接焊縫在檢測過程中發現的指示長度120 mm，深度顯示16.12的反射回波具有以上得點。X射線透照膠片顯示靠近閥門側黑度較小，說明較厚，而管道側黑度較大，說明較薄。焊縫中沒有缺陷，見圖5。

3.5 內凹反射波

內凹主要出現在水平固定焊口的仰焊或仰焊爬坡部位，內凹是一個近似圓弧型的曲面，對于聲束入射的界面它是一個凸面，反射波是發散的，它與其它尺寸相近、埋藏深度相同的缺陷反射波相比，反射波較低，波形位置出現在根部一次波位置前一點。其反射波的深度顯示值一般略小于母材厚度，內凹反射波在焊縫兩側探測，水平距離定位落點有一定間距，定位點不相互交叉，其包絡波形比較圓滑。高壓車間23#爐主蒸汽管4#對接焊縫在檢測時發現的深度顯示 18.45 mm，指示長度170 mm，波幅SL+5 dB的反射回波具有上述特點。X射線透照膠片顯示焊縫根部存在凹陷，見圖6。

3.6 探頭下擴散聲束產生的回波

探頭中發出的超聲波是擴散的，當下擴散聲束與背面焊縫表面接近垂直時，會產生較強的反射回波。如圖6所示，有機玻璃中的縱波傾斜入射到鋼表面，折射的橫波的上、下半擴散角是不同的。我們在此主要分析計算下半擴散角。

縱波在有機玻璃中的半擴散角為：

θ11°

超聲波主聲束在有機玻璃與鋼的界面的入射角為：

α

超聲波下擴散聲束在有機玻璃與鋼的界面的入射角為：

α2=α-θ11=49.28°-4.79°=44.49°

超聲波下擴散聲束在鋼中的折射角為：

β2

對于厚度為20mm的鋼管，擴散聲束在鋼中的聲程為：

L=

由于超聲波探傷儀是按探頭軸線聲束最大回波調節的，當下擴散聲束AB（與聲程L對應）與背面焊縫表面垂直時，反射回波被探頭接收，儀器的深度顯示值應為35.53÷2=17.77mm，我們會認為是軸線聲束AC的反射回波。該回波在距背面2 mm左右的在焊縫熔合線附近，由于焊縫表面凸凹不平，由于背面焊縫高低不一致，平行于焊縫移動探頭，深度顯示值會有變化，有的位置回波會消失，其包絡波形比較圓滑，反射波幅不高。這種回波經常會被誤判為未熔合缺陷產生的反射波。高壓車間24#爐主蒸汽管道6#對接焊縫在檢測時發現的深度顯示18.13 mm，指示長度130 mm，波幅SL+7dB的反射回波，具有上述特點。X射線透照膠片顯示焊縫中間根部焊縫較高，沒有未熔合等缺陷，見圖8。

4 結論

采用缺陷波形識別與分析方法，對反射回波的靜態波形和動態波形進行綜合分析判斷。可以比較準確的判斷大徑管焊口根部的缺陷類型。

焊縫根部出現的反射波很多，單憑缺陷波的某些特征來判定其性質是比較片面的，還必須在探測前了解焊接接頭坡口型式、焊接工藝、方法特點、熱處理狀態等，加以綜合分析判定。

對不能準確判定是否為缺陷回波的反射回波，可以采用更換探頭，變更不同的K值得辦法進行檢測、以便進一步分析、判斷。

對不能準確判定的反射回波，應采用X射線透照等方法對缺陷進行確認。

參考文獻

[1] 超聲檢測.中國特種設備檢驗協會組織編寫.

[2] JB/T4730-2005.承壓設備無損檢測.

[3] DL/T820-2002.管道焊接接頭超聲波檢驗技術規程.endprint

摘 要：在對鋼管單面焊對接焊縫進行超聲波檢測的過程中，會出現多種反射回波。本文通過對超聲波檢測過程中出現的各種反射回波形成原因及其靜態波形和動態波形的特點進行分析，并采用X射線透照方法進行對比，論證了對反射回波分析的可行性和重要性，從而可以有效避免對反射回波的誤判。

關鍵詞：單面焊 焊縫 缺陷 反射回波

中圖分類號：TG441.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0244-02

超聲波探傷是發現焊縫內部缺陷的有效方法，由于A型脈沖反射法超聲波探傷是利用超聲波在異質界面發反射、折射和波型轉換的特點，在檢驗過程中就不可避免地會出現非缺陷引起的反射回波。發電廠的管道大多處在高溫、高壓的惡劣環境下，研究管道焊縫缺陷的超聲波檢測，對檢測過程中出現的反射回波，進行正確判斷，防止因誤判造成不必要的返修具有重要意義。

1 檢驗技術條件

采用PXUT350B+全數字超聲波探傷儀，2.5PK2斜探頭，晶片尺寸13×13。實際檢測用的探頭寬度為20 mm，W2/4=100 mm，被檢測的管道的規格分別為φ273×25、φ273×20和φ219×18，因此R≤W2/4。用于調整檢測靈敏度的試塊可以采用CSK-ⅢA，檢測靈敏度φ1×6-9dB。為了保證耦合效果，采用甘油作為耦合劑。

2 檢測結果

共計對發電廠的單面焊雙面成形的20道管道對接焊縫進行超聲波檢測，其中12道焊縫檢測中發現了反射回波，反射波幅較高，測量的指示長度較長。取其中的6個典型回波列于表1。

3 波形分析

從管道外側進行單面單側檢驗，增加了對反射回波產生的原因進行分析。同時對產生典型反射回波的部位進行了X射線透照，并截取了部分X射線膠片。通過對反射回波的靜態波形和動態波形的分析，我們認為反射回波是由以下幾種原因引起的。

3.1 未焊透缺陷引起的反射回波

未焊透有較規則的鈍邊，探測時有很強的端角反射波，這種反射波位于一次波的前邊，探頭前后移動時，波形較穩定，轉動或擺動探頭時，波形消失較快，水平移動探頭波幅變化不大。如圖1所示，坡口的鈍邊高度為2 mm，反射回波的深度指示應為≤T-δ，約23 mm左右。在對高壓車間24#機減溫減壓蒸汽調節門對接焊縫進行檢測時發現整條焊縫根部均有深度指示為 22.78mm的反射回波，該回波具有前述的特點，我們分析認為是未焊透缺陷引起的。X射線透照膠片顯示焊縫中間有基本連續的黑線，為未焊透的影像，見圖2。

3.2 密集缺陷引起的回波

密集缺陷（多數情況下為密集氣孔和夾渣）為一簇反射波，其波幅隨著氣孔、夾渣的大小、密集程度的不同而變化，當探頭作轉角掃查時，會出現此起彼伏的現象。探頭平行焊縫移動時，缺陷的反射波形有起伏變化。環繞掃查時，反射波有多個波峰。高壓車間24#爐主蒸汽管道12#對接焊縫進行檢測時發現的深度顯示為17.25的反射回波具有上述特點。X射線透照膠片顯示焊縫中有一個氣孔和多個點狀夾渣，見圖3。

3.3 焊縫輪廓產生的反射回波

當焊縫表面與超聲波的軸線聲束近似垂直時，會產生反射回波。該回波在一次波的后面。由于背面焊縫高低不一致，深度指示有一點變化，有的位置回波會消失，左右移動時反射波峰變化很小，其包絡波形比較圓滑。在對高壓車間24#爐主蒸汽管道2#對接焊縫進行檢測時發現的深度顯示為18.52的反射回波具有上述特點，X射線透照膠片顯示焊縫根部沒有未焊透等缺陷，見圖4。

3.4 錯邊引起的回波

鋼管與閥門厚度存在偏差，鋼管的橢圓度與閥門的橢圓度不一致等，管道焊接接頭錯口的現象就有可能發生，檢測時產生較強的反射回波。錯口面的凹凸不確定性，反射波的波峰上有小峰，探頭左右移動時波幅的高度變化不大包絡波形范圍較寬，波形比較單一、變化不復雜。焊縫兩側根部母材厚度差>2 mm，在一次波后面出現反射回波。高壓車間6#給水出口門對接焊縫在檢測過程中發現的指示長度120 mm，深度顯示16.12的反射回波具有以上得點。X射線透照膠片顯示靠近閥門側黑度較小，說明較厚，而管道側黑度較大，說明較薄。焊縫中沒有缺陷，見圖5。

3.5 內凹反射波

內凹主要出現在水平固定焊口的仰焊或仰焊爬坡部位，內凹是一個近似圓弧型的曲面，對于聲束入射的界面它是一個凸面，反射波是發散的，它與其它尺寸相近、埋藏深度相同的缺陷反射波相比，反射波較低，波形位置出現在根部一次波位置前一點。其反射波的深度顯示值一般略小于母材厚度，內凹反射波在焊縫兩側探測，水平距離定位落點有一定間距，定位點不相互交叉，其包絡波形比較圓滑。高壓車間23#爐主蒸汽管4#對接焊縫在檢測時發現的深度顯示 18.45 mm，指示長度170 mm，波幅SL+5 dB的反射回波具有上述特點。X射線透照膠片顯示焊縫根部存在凹陷，見圖6。

3.6 探頭下擴散聲束產生的回波

探頭中發出的超聲波是擴散的，當下擴散聲束與背面焊縫表面接近垂直時，會產生較強的反射回波。如圖6所示，有機玻璃中的縱波傾斜入射到鋼表面，折射的橫波的上、下半擴散角是不同的。我們在此主要分析計算下半擴散角。

縱波在有機玻璃中的半擴散角為：

θ11°

超聲波主聲束在有機玻璃與鋼的界面的入射角為：

α

超聲波下擴散聲束在有機玻璃與鋼的界面的入射角為：

α2=α-θ11=49.28°-4.79°=44.49°

超聲波下擴散聲束在鋼中的折射角為：

β2

對于厚度為20mm的鋼管，擴散聲束在鋼中的聲程為：

L=

由于超聲波探傷儀是按探頭軸線聲束最大回波調節的，當下擴散聲束AB（與聲程L對應）與背面焊縫表面垂直時，反射回波被探頭接收，儀器的深度顯示值應為35.53÷2=17.77mm，我們會認為是軸線聲束AC的反射回波。該回波在距背面2 mm左右的在焊縫熔合線附近，由于焊縫表面凸凹不平，由于背面焊縫高低不一致，平行于焊縫移動探頭，深度顯示值會有變化，有的位置回波會消失，其包絡波形比較圓滑，反射波幅不高。這種回波經常會被誤判為未熔合缺陷產生的反射波。高壓車間24#爐主蒸汽管道6#對接焊縫在檢測時發現的深度顯示18.13 mm，指示長度130 mm，波幅SL+7dB的反射回波，具有上述特點。X射線透照膠片顯示焊縫中間根部焊縫較高，沒有未熔合等缺陷，見圖8。

4 結論

采用缺陷波形識別與分析方法，對反射回波的靜態波形和動態波形進行綜合分析判斷。可以比較準確的判斷大徑管焊口根部的缺陷類型。

焊縫根部出現的反射波很多，單憑缺陷波的某些特征來判定其性質是比較片面的，還必須在探測前了解焊接接頭坡口型式、焊接工藝、方法特點、熱處理狀態等，加以綜合分析判定。

對不能準確判定是否為缺陷回波的反射回波，可以采用更換探頭，變更不同的K值得辦法進行檢測、以便進一步分析、判斷。

對不能準確判定的反射回波，應采用X射線透照等方法對缺陷進行確認。

參考文獻

[1] 超聲檢測.中國特種設備檢驗協會組織編寫.

[2] JB/T4730-2005.承壓設備無損檢測.

[3] DL/T820-2002.管道焊接接頭超聲波檢驗技術規程.endprint