論“超聲波無損檢測”技術在不等厚對接焊縫上的應用

摘 要：文章針對不等厚焊縫缺陷提出了一種超專用檢測技術，利用正交超聲探頭組對焊縫進行掃描檢測，可較好地解決鋼質藥筒不等厚薄板焊縫缺陷的在線自動無損檢測。

關鍵詞：不等厚焊縫；缺陷；板波；超聲檢測

在工程上，有時需要將兩段不同厚度的薄壁圓筒對焊在一起，由于多種焊接因素的影響，在焊接過程中可能會在焊接區域形成各種焊接缺陷，因此在焊接之后，需要對焊接區域的焊接缺陷進行定性、定量、定位的檢測。對于大批量生產的焊接件，這種檢測需要在線自動完成。

1 不等厚對接焊接縫特點

在不等厚薄壁筒對接焊縫進行自動檢測探傷中，該焊縫結構特點如下：

（1）筒體的壁厚較小，通常為1.6mm，而筒底焊接區厚度為

2.6mm。

（2）焊縫為不等厚對焊，筒底向左方厚度逐漸增大，幾何形狀復雜，焊道外側表面粗糙，殘留明顯的車削刀紋。

（3）筒體和筒底以及焊道金屬的化學成分不同。常見的焊縫缺陷有氣孔，夾渣，裂紋，未焊透，焊偏等形式，其中未焊透和裂紋是焊縫中危險性缺陷，它們大多與基體表面呈垂直狀態形成。文章的目的就是要解決這種不等厚薄壁筒對焊缺陷的無損檢測技術，進而利用這種技術探討鋼質藥筒焊縫缺陷在線檢測問題。對于焊縫的探傷，目前已有多種檢測手段，比較常見的有：射線檢測、渦流檢測，磁粉探傷和超聲檢測等技術。但對于這種薄壁不等厚對接的焊接方式，還沒有一種成熟的技術可供在線檢測使用。針對這種不等厚薄壁筒焊接情況進行了原理探索，在理論分析和實踐的基礎上，提出了一種水浸正交超聲檢測法。這一原理的關鍵在于針對軸向敏感缺陷采用軸向板波檢測，針對周向敏感缺陷采用周向板波檢測，從而達到對焊縫實施定性、定量和定位的在線檢測的目的。

2 試驗數據分析

2.1 測試結果

為驗證理論分析結果，分別用厚度30mm和50mm的碳鋼板制作兩組試塊進行試驗，每組四塊試樣，加工成傾角分別為10°，12°，14°和16°。按照上述方法進行試驗，在每塊試樣上測定兩個點，不同試塊上兩測試點距傾斜面起始點的距離相同，試驗結果見表1。

表1可見，隨著試塊厚度的增加，測試誤差逐漸減小；同一組試塊，隨著試塊傾斜面角度的增加，測試誤差逐漸減小。其原因主要是隨著試塊厚度和傾斜面角度的增加，減小了近場區內反射對最高反射波定位的影響及人為因素的影響。

3 誤差分析

表1理論計算與實際測量間存在一定誤差，原因主要有以下幾個方面：

3.1 與缺陷形狀、長度和方向有關

有些缺陷是有一定體積與形狀的，某一方向與波束垂直，波峰最高時并不一定代表缺陷在焊縫中的最深深度，所以以最高波定位時，往往存在一定誤差，但誤差不太大，而且通常在焊工返修時都能排除。例如本試驗中編號為4b總長1mm的未熔合缺陷，與坡口有一定角度，且超聲波主聲束呈圓錐狀，此時要根據聲束分辨出1mm的深度太難，加上人眼的分辨力影響，所以只能得到一個最高波峰值。

3.2 與儀器的精度、量具和操作人員有關

由于儀器和使用量具的精度，以及操作人員的經驗存在一定差異，不可能與理論計算的數據達到100%吻合。但從數據來看，誤差值均較小，可忽略不計。

4 缺陷波判定

4.1 缺陷波

當使用二次波探傷時，如反射波位于一次波聲程和二次波聲程之間，則測量探頭前沿至反射體的水平距離，若聲束二次波在管子內壁上的轉折點在焊縫外位于探頭一側，反射體位于焊縫或熱影響區內，則該反射體初步判定為缺陷。

另外，還可以按以下情況來判定缺陷波：

（1）當從焊縫兩側探傷都可發現反射波，且從兩側對反射體進行水平定位都在焊縫中心附近同一位置，則可判定為缺陷波。

（2）當從焊縫兩側探傷都可發現反射波，且從兩側對反射體進行水平定位都在靠近探頭一側的焊縫中，則可判定為缺陷波。

（3）一次波標記點附近出現的反射波，只要一側定位在靠近探頭側的焊縫中，或兩側定位都在焊縫中心線上，都可判定為缺陷波。

4.2 偽缺陷波

除以上各方法初步判定為缺陷波的反射波外，其余各種情況的反射波均可作為偽缺陷波處理。

另外因管線焊接的特殊性，以下幾種特殊情況產生的偽缺陷波較為常見，分析如下：

4.2.1 焊縫根部成形不良

焊接時，當根部余高過大或成形不規則時，易形成與未焊透根部缺陷相似的反射波形，判斷方法為：

（1）根部成形不良的反射波的聲程要略微大于一次波標記點，

而根部缺陷的反射波聲程在一次波標記點內。

（2）根部成形不良的反射波水平定位在偏離焊縫中心線遠離探頭一側，而根部缺陷的反射波水平定位在焊縫中心線上或靠近探頭一側。

4.2.2 錯口引起的反射波

野外管道焊接時因管子本身橢圓度及對口的問題，錯口存在較多，判斷方法為：

（1）當錯口出現且聲束和錯邊方位合適就會出現

錯邊反射波，此時應從焊縫另一側進行探測，由于聲束與錯邊方位不合適，將不會有反射信號。

（2）錯口處多數除產生橫波反射外，還可能因余高的存在而產生變型縱波，既顯示為山字波，此時可用沾有耦合劑的手指拍打相應的余高處，則山字波的后面兩個波將跳動，即可確認為錯口引起的反射波。

以上操作可分辨缺陷波和偽缺陷波，但仍不能對缺陷進行定性。缺陷的定性需了解各種缺陷的成因及其典型波形，結合大量的實際經驗方可進行，在這里簡要介紹各種缺陷的成因及其典型波形。

參考文獻

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