超聲波檢測在實際生產中的應用

楊 年，宋瑞祥

（新余鋼鐵有限公司，江西 新余 338000）

在實際探傷過程中，超聲波能在均勻介質中傳播，遇缺陷形成反射。此時，缺陷可以被看作新的波源，其發出的波被探頭接收，波峰曲線可以直觀顯現在屏幕上。缺陷越小，缺陷回波越不會擾亂探頭聲場[1]。材質和焊接方法不同，會使焊縫表面不光滑，加之大多危險性缺陷都垂直于工件表面，因此，實際生產過程中超聲波檢測一般采用斜探頭在焊縫兩側與鋼板直接接觸時所產生的折射橫波來掃描探測。

超聲波檢測技術對缺陷的評定主要有3個方面的因素，即定位、定性、定量。由于缺陷對超聲波的反射特征受工件結構、坡口形式、母材和焊材、焊接方法等方面的影響，在顯示屏上呈現了動態和靜態的波形圖，使評定結果的準確性變得較低，加上無損檢測人員技術水平的差異，容易出現誤判，這為設備的使用和維護埋下較大的安全隱患。由此可見，在實際工作中，對缺陷性質的準確判斷對安全的保證具有十分重要的意義。

1 焊縫缺陷存在的幾種形式

焊接質量對設備制作的質量、運行、維護及安全性和可靠性有著直接影響。了解焊縫缺陷的種類和產生原因有助于提高結果的準確率。焊縫缺陷中最典型的缺陷形式有氣孔、未融合、夾渣、未焊透、裂紋等，具體產生原因如下。

1.1 氣孔

焊接過程中焊接熔池溫度過高而吸收了過量的氣體，在熔池凝固之前未能及時從熔池中跑出而殘留在焊縫內形成氣孔。

1.2 未融合

未融合是指焊接過程中焊接金屬與母材金屬之間未能完全融化結合在一起，形成了坡口面或層間未融合，這個可能出現在焊縫的根部、坡口和層間。

1.3 夾渣

由于焊接前工件表面清理不干凈，或焊后有殘留，在焊縫金屬內會有非金屬夾渣物存在，主要是焊條藥皮的殘留物，分為點狀和條狀。

1.4 未焊透

被焊工件加熱不足或加熱偏于一邊所造成的。這種缺陷會影響焊縫質量，削弱焊縫的強度，嚴重的時候還會導致裂紋的產生。

1.5 裂紋

裂縫是指在焊接應力及其他致脆因素的共同作用下，焊接接頭中局部地區的金屬原子結合力遭到破壞而形成的新界面所產生的縫隙。裂紋是最常見的一種嚴重缺陷，按發生條件和時機分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂4類。這些缺陷的存在影響了設備、工件的質量和實用性，不同缺陷的危害程度不同，因此對缺陷的定性顯得非常重要，選擇正確的超聲波檢測參數對快速、準確判斷出缺陷的類型具有實際意義。

2 超聲波檢測參數的選擇

在檢測缺陷時，要在焊縫的前后、左右移動探頭，這樣才能保證超聲波掃描到整個待檢區。通常要對待檢區的表面進行修整，清除表面的焊接飛濺、鐵銹、凹坑、油漆等，以免影響聲波耦合和缺陷判定。

2.1 耦合劑的選用

在選擇耦合劑時，應注意耦合劑需具備以下幾個性能：①良好的聲透性和合適的聲阻抗值；②耦合劑中不含固體粒子或氣泡，能增強潤滑作用，方便探頭移動；③保存和使用方便，無毒、無腐蝕性，不會對被測工件造成二次損傷；④檢測后容易清洗。需要注意的是，使用通用的探頭和耦合劑時，被檢工件表面溫度最高不得超過480℃。

2.2 探頭的選擇

為了保證檢測是純橫波檢測，對于鋼制材料而言，探頭入射角應該滿足“在第一臨界角和第二臨界角之間”的要求。近幾年在實踐過程中發現，改用K值探頭可使缺陷的定位變得更加方便，比如K＝1、K＝2.5等。同時，選擇探頭時要注意以下3點：①主聲束能覆蓋整個焊縫截面；②聲束中心線盡量與危害性大的缺陷垂直；③保證探傷的靈敏度。

滿足以上條件后，還需根據現場實際，觀察工件的厚度來選擇對應的K值——厚壁厚，選用K值小的探頭，縮短聲程，減小衰減，提高靈敏度；反之，選擇K值大的探頭，避免近場區的干擾，提高定位精度。

2.2.1 超聲波頻率的選擇

超聲波頻率越大，其波長越小，可檢測出的缺陷尺寸也越小（一般為λ/2）。但實際工作中，焊縫中的危險性缺陷大都與超聲波入射方向成一定角度，頻率高，但探頭不易接收回波信號。為了保證檢測的靈敏度，超聲波頻率要適當[2]。

2.2.2 其他參數的選擇

檢測過程中不單單靠探頭K值、頻率、耦合劑，還需根據工件的大小確定超聲試塊的類型，考慮探頭移動的方向、寬度、方式，被檢工件表面粗糙度狀況，檢測靈敏度等級等的影響。在實際工作中，檢測人員應結合現場環境和設備工作情況，對參數進行合理的調控和選擇。

3 結束語

超聲波作為當前最重要的無損檢測技術之一，是多種安全檢測的首選方式。但要做到對缺陷的性質判定準確、可靠，不僅要靠對設備結構的熟悉、參數的合理選擇，還需要無損檢測人員在實踐工作中不斷積累經驗和提高技術水平，總結焊縫缺陷的波形及其特性，這樣才能更有效地保證設備制造合格、運行安全、維護到位，同時還能為改善工藝技術、提高勞動效率提供科學有效的技術支持。

［1］全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會.NB/T 47013—2015承壓設備無損檢測［S］.北京：新華出版社，2015.

［2］韓紅芹.超聲無損檢測技術在金屬材料焊接中的應用研究［D］.吉林：吉林大學，2011.

［3］楊斌，劉國波.超聲波檢測技術在平板對接焊縫探傷中的應用［J］.科技與創新，2017（20）：27-31.

［4］王云昌，江波.焊縫超聲波檢測定性分析的探討［J］.江西電力，2004（5）：6-7.

［5］黃磊，王長安，牛虎乾.焊縫超聲波探傷中缺陷性質的評估［J］.焊管，2005，28（3）：49-50.