薄壁鋼管對接焊縫超聲波檢測技術的研究

印余輝 張軍 馬友金 曾小陸

摘 要：在中小徑薄壁鋼管對接焊縫超聲波檢測中，因其壁薄、徑小，對其缺陷一直難以定位、定量，對缺陷性質難以判斷，本文通過對超聲波探頭、試塊的改進，以及對缺陷信號的分析總結，使得超聲波能夠行之有效的檢測薄壁鋼管對接焊縫。

關鍵詞：薄壁鋼管 超聲波檢測 缺陷分析

中圖分類號：TH21 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（b）-0030-02

在現代建筑工程中，網架結構因其結構新穎，受力合理，自重輕、用鋼量低等優點，廣泛應用于大型體育場館、展覽中心、影劇院、商場、航站樓、候車廳、工廠車間、倉庫、電視塔等。中小徑薄壁鋼管超聲波檢測具有其特性：探傷面是曲面，壁薄，上下壁及焊縫表面易產生幾何反射，造成偽缺陷信號引起誤判，因而與一般容器焊縫和對接焊縫超聲波探傷相比具有一定難度，本文通過工程人員大量實驗并結合鋼網架薄壁鋼管檢測工程實際，介紹了高頻、大K值、短前沿用于中小徑薄壁鋼管對接焊縫超聲波探傷取得的較好效果的做法。

1 探測條件選擇

1.1 透聲楔塊

檢測面與探頭靴之間的間隙g不應大于0.5mm，見圖1。

對于中小徑薄壁鋼管對接焊縫，上述要求可得：g=。

如果間隙g值大于0.5mm，則探頭底面應修磨和俞曲面吻合，但通常在修磨時宜出現晶片與凹面軸及軸向偏離現象，如圖2所示，兩者均導致信號偏離，容易造成缺陷誤判。

1.2 壓電晶片尺寸

在中小管徑薄壁鋼管中，為了減少探測時上下管壁的幾何反射回波，要求超聲波的指向性好，半擴散角小，但同時也應使得近場區不能太大。

為了能獲得檢測時良好的耦合性能，探頭楔塊底面通常需要加工成特定曲面，探頭晶片邊緣聲束會產生散射，晶片尺寸越大，散射越嚴重，而且如果晶片裝偏，會使散射更加嚴重，但是增加探頭晶片尺寸并減小波長，近場區長度N增加，為提高定位準確，分辨缺陷回波，還應克服近場干涉的影響，建議采用晶片邊長在5～8mm為宜。

1.3 探頭前沿和K值

我們利用回波聲壓Pa與入射聲壓p之比稱為端角反射率，用T表示，制作出鋼與空氣截面上鋼的端角反射率曲線（見圖3），根據曲線可知當34°

2 制作距離—波幅曲線（DAC）

距離—波幅曲線（DAC）曲線通常由評定線、定量線、判廢線組成，但在薄壁鋼管對接焊縫超聲波探傷由于管壁薄（4～8mm），沒必要把DAC曲線劃分成評定線、定量線、判廢三條線，而僅需繪制出DAC母線就可以了，以檢測Ф60mm×6mm薄壁鋼管為例，我們制作出的試塊來制作DAC曲線，如圖5所示。

當被測管子壁厚在4～8mm時，DAC曲線可按圖6繪制。

（1）將探頭放在選好的試塊上，用直射法探測深度4mmФ2的橫通孔。

（2）找出該孔的最高回波，利用“自動增益”80%按鈕，將該點作為第一個記錄點，然后再用直射法探測深度6mmФ2的橫通孔，找出該點的最高回波，作為第二個記錄點，利用一次反射法探測深度4mmФ2的橫通孔作為第三個記錄點，以此3個點生成DAC曲線。

3 補償量測量

3.1 試塊

制作與被探管道的材質、規格及表面粗糙度相同的試塊（見圖7）。

在試塊上鉆Ф2mm×40mm橫孔，距內壁t/2。

3.2 測量方法

以所用的儀器和探頭在所用試塊上測繪出距離—波幅曲線，相同的儀器和探頭，在相同的起始靈敏度條件下探測試塊上Ф2mm×40mm橫孔，直射波探下孔，或采用一次波探測該孔。

4 缺陷判定

4.1 根部未焊透

根部未焊透，由于從焊縫兩側探測都具有良好的反射條件，從焊縫兩側均有強烈的反射信號，水平定位均在焊縫中心線上，且處于根部上（見圖8）。

4.2 錯邊

當有錯邊存在時，焊縫內表面可能具有良好的反射條件，從回波信號可確定反射點在焊縫中心線上，且位置在焊縫底部，但從焊縫另一側探測時，就沒有反射信號（見圖9）。

4.3 坡口未熔合

當存在坡口未熔合時，往往在產生未熔合坡口面焊縫的另一側用直射法能探測到一個尖銳回波，一次反射法往往不產生缺陷回波或者很低，坡口面這一側往往是一次反射法能產生一個尖銳回波，直射法往往不產生回波或者很低，但測量其水平位置往往在同一位置（見圖10）。

4.4 根部焊瘤

當焊縫的內表面存在焊瘤時，在探傷的一側會出現比較尖銳的反射回波，與根部未焊透差不多，反射點都在焊縫根部，但其最主要的區別是從兩側探測時，反射點都能判斷在焊縫中遠離探頭一側（見圖11）。

5 結語

綜上所述，超聲波檢測中小徑薄壁鋼管對接焊縫，通過一系列措施的控制，能夠行之有效的檢測薄壁鋼管對接焊縫，當然也包括檢測工作者經驗的積累。

參考文獻

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