焊接質量檢測對超聲波探傷的應用研究

張 紅

電力工業鐵塔質量檢驗測試中心，遼寧鞍山 114000

焊接質量檢測關系現代工程建設的質量，由于當前工程大量使用鋼結構使得焊接成為了構成工程建設的重要部分，焊接的效果和質量直接關系到工程本身的質量，所以，從保障質量角度出發，加強對焊接質量檢測有積極意義。下面我們就超聲波探傷檢測焊接質量的實際應用進行分析。

1 焊接質量檢測與超聲波探傷介紹

鋼結構的大量使用使得焊接檢測變得頻繁，當前焊接工作中存在著眾多影響質量的焊接缺陷，比如常見的焊接缺陷有未焊滿（指不足設計要求）、根部收縮、裂紋、未焊透、未熔合、咬邊、弧坑裂紋、電弧擦傷、飛濺、接頭不良、焊瘤、夾渣、氣孔等。面對這些嚴重影響焊接質量的問題，必須通過有效的質量檢測措施以及時發現問題并予以解決，保障工程的安全、穩定，強化質量控制。

焊接質量檢測貫穿焊接前后整個過程，焊接前要做好檢查，比如母材與焊材、設備與工裝、坡口制備、焊工水平、技術文件等，焊接過程中要嚴格把關焊接及相關工藝執行情況、設備運行情況、結構與焊縫尺寸等，焊接完成后要進行焊接質量檢測，以確保質量合格。焊接質量檢測包括外觀檢查、內部探傷、近表面缺陷探傷等，其中內部探傷是重點，內部探傷手段主要以射線探傷、超聲波探傷為主，近表面缺陷探傷以磁粉探傷、滲透探傷等為主。超聲波探傷是無損探傷的一種，也是最常用的一種焊縫內部質量探傷的方法。其原理是利用超聲波（頻率超過20000Hz 的聲波)本身的特殊性質對金屬材料的性質進行探測，由于超聲波在不同介質界面上反射特點不同，可進入金屬材料深處完成探查，所以對檢查焊縫缺陷而言有積極效果，目前其常用頻率主要集中在2 MHZ～5MHZ。當超聲波傾斜入射到界面時，除產生同種類型的反射和折射波外，還會產生不同類型的反射和折射波，這種現象稱為波型轉換。超聲波傾斜入射示意圖見圖1。

圖1 超聲波傾斜入射示意圖

應用超聲波探傷時，超聲波檢測到焊接表面的耦合劑（常用耦合劑有化學漿糊、機油、甘油等）后通過其傳入工件，并在工件內部傳播直到遇到工件底面或者缺陷時反饋給探頭聲波信息。探頭將聲波信息轉化為電訊號并傳入電路，經檢波后至示波管的垂直偏轉板上，繼而在掃描線上自動生成反射波和工件缺陷反射波（也稱為傷波）。根據傷波、始波、工件缺陷之間的距離計算得到工件缺陷距離表面的距離，同時可估算出缺陷的大小，從而采取解決措施，以保障工件質量。目前超聲波探傷應用范圍較廣，無論是各種板材、管材、型材的探傷還是加工工件、焊接工件、鑄件工件的探傷都有著很好的應用效果。

2 超聲波探傷在焊接質量檢測中的應用

焊接質量檢測關系到工程的質量，所以必須嚴格把關。比如焊接中存在的偏析與夾雜等問題，由于焊接過程中異種金屬的摻入或夾渣的存在反應形成新相，這種嚴重影響焊接質量的問題將會直接影響接頭的力學性能，導致其力學性能下降，影響鋼結構穩定性，氮化物、氧化物、硫化物的存在使得焊縫硬度增高，塑性、韌性急劇下降，造成層狀撕裂或者形成熱裂紋，致使鋼結構質量受到嚴重影響，進而威脅到工程安全和質量。所以，應用超聲波探傷進行焊接質量檢測有著重要意義。

在檢測焊接質量過程中，要首先對焊接的技術要求進行詳細了解，然后才開始進行超聲波探傷，比如鋼結構的驗收標準是依據GB50205-2001《鋼結構工程施工及驗收規范》來執行的。標準規定：焊接質量一級評定等級Ⅱ級就需要做100%超聲波探傷，質量二級評定等級Ⅲ級時需要做20%超聲波探傷，總之要在嚴格分析技術要求的基礎上展開探傷工作。需要注意的是，在全熔透焊縫的探傷工作中，探傷比例與焊縫程度保持適當百分比且≥200 mm。局部焊縫探傷一旦發現缺陷，應當及時延長對缺陷兩端的探傷長度，確保增加長度≥焊縫長度的10%且≥200 mm。對于不允許缺陷，應實施100%探傷檢查，超聲波探傷過程中，探傷時機也很重要，比如低合金鋼材需要在焊接完成24h 后才能進行檢驗，碳素結構鋼材則需要在焊縫冷卻到室溫后進行探傷，另外需檢測工件的接口型式。母材厚度與坡口型式也對探傷有影響。

我們以實際焊接質量檢測工作中出現頻率較高的中板對接焊縫為例進行分析，中板對接焊縫的母材通常厚度在8-16mm之間，坡口型式有X 型、I 型、單V 型等，探傷工作的準備要在明確了解焊縫情況的條件下進行。首先每次進行探傷操作之前都必須應用標準試塊（CSK-IA、CSK-ⅢA）校準儀器的綜合性能，校準面板曲線，以保證探傷結果的準確性。比如要先修整探測面，確保光潔度低于▽4，根據母材選擇探頭的K 值，比如10 mm母材焊縫兩側修磨100mm。耦合劑選擇上要考慮其附著力、黏度、腐蝕性、流動性和經濟性。根據母材厚度情況及焊縫形式等選擇單面雙側、雙面單側等方式，調整儀器的掃風向、電壓、電流等信號轉換成特定范圍的電壓信號以供PLC卡件測量來判斷設備的工作狀態。傳感器的電壓一般較低，但是也有例外情況，如有些電壓互感器的電壓值就在230V，如不小心，會有觸電的危險。這些測量信號有的是電壓信號，有的是電流信號轉換成電壓信號。因此，檢查和更換傳感器時，要注意電流傳感器回路中的分壓電阻的好壞，更換新的傳感器后也要注意安裝正確的分壓電阻。

控制功能主要是由PLC 卡件發出24V 控制信號，用弱電控制接觸器吸合和斷開以實現接通或斷開動力電源的目的，達到自動啟停電氣設備的作用。接觸器常見的損壞形式有，觸頭粘連，電磁線圈失效等，其結果均造成不能有效控制電氣設備，直至設備狀態參數超出正常的范圍而被測量信號檢測出來，報出故障。

反饋功能回路是對于一些帶有輔助觸點、漏電保護或過流保護的開關和接觸器，用來監視、檢測這些設備的狀態，從而判定是否有過流、漏電等故障，這些信號一般是與PLC 數字輸入的DI 卡件形成的回路，通過常開、常閉邏輯判定被監控設備的工作狀態。DI 模塊及回路使用相同的0V 和24V 的直流電壓而不是動力電壓380V，如當空開跳開后，連帶的輔助開關也跳開了，PLC 的DI 模塊由閉合變成斷開，使PLC 捕捉到這些信號，并報出故障。

動力回路主要有三相回路和單相回路，單相電壓主要有230V 和380V 兩種。不論是檢查接觸器還是接線端子檢查，在檢修過程中都要注意斷電和驗電的安全事項。同時在上電前要注意檢查設備的相間及對地絕緣狀況，以免上電出現短路，損壞設備。在電機維修后，還要驗明相序是否正確，避免電機反轉。

電氣設備故障的檢查應首先根據故障類型對照圖紙找到相應的電氣回路，觀察回路中有無明顯的故障現象，如跳閘、過熱、燒損或接線松脫等，以判定是否出現過流現象或電氣元件的機械零件失效，進行更換。如沒有明顯故障現象，通過控制界面查看是哪個反饋信號或測量信號不正常，檢查對應的設備工作狀態是否存在問題。如設備狀態正常且無損壞，檢查測量回路和反饋回路是否正常。如無問題，檢查控制回路及控制元件，之后是動力回路和電氣設備。按照上述檢測方法，不但使檢查思路變得較為清晰，同時也加深了新員工對控制系統和電氣系統的認識。

2 新員工現場培訓注意事項

在新員工現場操作前，有必要進行一些模擬故障處理的訓練，筆者根據自己的經驗，總結了如下注意事項：

首先，在新員工現場實際操作培訓前要進行充分掌握安全規程、運行規程和檢修規程，了解現場危險點和反事故措施。同時充分進行理論學習，新員工對風電機組內部的控制系統和電氣系統的原理應有一個清晰的認識，對風電機組內各系統的功能原理也要學習清楚。同時，熟悉設備檢修作業指導書，會識別標準電氣圖紙，掌握檢修用工器具和儀器儀表的使用方法。

其次，在進行現場操作時，宜選在氣象條件良好，風小不發電的時間，以最大限度的保障發電任務。同時，預先做好試題的出題和驗證工作，以保證設備安全和正確培訓新員工的目的。在培訓過程中，故障點數量不宜過多，針對同一系統故障由1 個到2 個故障點組成，在學員操作過程中主要觀察其安全意識，檢修思路是否清晰，故障原因的分析是否正確。對不安全因素要及時糾正。

操作完成后新員工應及時總結經驗，經班長總結和短評，查看新員工對問題分析的差距，同時讓新員工討論總結出比之前更好的檢修方案，從而有效提升檢修水平。

3 結論

通過1 個月左右的培訓，新員工對設備的原理理解和認識水平加深，故障分析速度加快，逐步能夠掌握設備檢查的要領和方法，檢修思路逐漸清晰，比單純的維護作業培訓效果更加明顯。

[1]崔建紅，許健，劉京愛.我國風力發電的現狀與趨勢科技情報開發與經濟[J]，2009(10).

[2]楊校生，吳進城，等.風電場建設、運行與管理.中國環境科學出版社[M]，2010，7.

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