6mm對接接頭超聲檢測探析

范欽磊 竺星星 趙云峰

摘 要 板形構(gòu)件尤其是厚度在6mm左右的薄板件，無論是在軌道交通、航空航天工業(yè)、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)，還是在壓力容器方面均有廣泛的應(yīng)用。超聲波檢測作為五大無損檢測方法之一，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定適用范圍在8mm以上；為了更好地適應(yīng)超聲波在薄板對接檢測方面的需要，本論文對6mm薄板對接接頭超聲波探傷的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)的研究和分析，初步探討了一種有效的、可行的薄板超聲波檢測系統(tǒng)，為其他類似薄板超聲檢測提供參照。

關(guān)鍵詞 薄板對接；無損檢測；超聲檢測

引言

隨著軌道行業(yè)的高速發(fā)展，不同厚度的板材遍布應(yīng)用在車體結(jié)構(gòu)的不同部位。但是由于板件在成形過程中所帶入的缺陷，如分層，夾雜，孔形缺陷，裂紋等，都會(huì)對產(chǎn)品的使用安全造成威脅。同時(shí)板件由于外部加載以及使用環(huán)境的變化，都可能引起其內(nèi)部細(xì)小缺陷源的擴(kuò)展，進(jìn)而造成疲勞破壞事故。因此需要對這類板形構(gòu)件進(jìn)行無損檢測。作為五大常規(guī)無損檢測技術(shù)之一的超聲波無損檢測技術(shù)常用來檢測制件內(nèi)部的缺陷，由于它的檢測能力強(qiáng)，甚至可以深入幾米深的金屬內(nèi)部，同時(shí)作用于材料的超聲強(qiáng)度足夠低，最大作用應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的彈性極限，此外所需的設(shè)備簡單，對產(chǎn)品以及周圍環(huán)境沒有危害和污染，所以在無損檢測中應(yīng)用非常廣泛。但與ISO 5817和ISO 10042匹配的焊縫超聲檢測標(biāo)準(zhǔn)ISO 17640中規(guī)定的鋼、鋁合金等材料的板厚范圍為8mm及以上。該標(biāo)準(zhǔn)并不適用于6～8mm范圍內(nèi)的板厚條件。而車體結(jié)構(gòu)上某些重要焊縫（如鋼結(jié)構(gòu)底架帶吊座橫梁和側(cè)梁）的板厚為6mm，無法參照ISO 17640執(zhí)行超聲檢測。

1 試驗(yàn)相關(guān)準(zhǔn)備

該試驗(yàn)采用CUD 2080數(shù)字式超聲波探傷儀作為檢測設(shè)備。

1.1 檢測器材的選擇

對于板厚低于8mm的焊縫，超聲傳播狀態(tài)會(huì)逐漸收到板厚的減小而變化，當(dāng)板厚足夠小時(shí)（如4mm、2.5mm等），具備波導(dǎo)空間的特性時(shí)，會(huì)形成導(dǎo)波，與常規(guī)橫、縱波不同。本試驗(yàn)研究的板厚，不會(huì)導(dǎo)致聲速依賴頻厚積的現(xiàn)象，故只用考慮偽信號(hào)及近場長度的影響。為提高超聲檢測靈敏度、分辨力，降低工件中聲場的近場區(qū)影響，選擇頻率較高、折射角較大的探頭，型號(hào)為4P 8×12×70°。

選取檢測器材包括：4P 8×12×70°橫波斜探頭；C9-Q9探頭電纜線；專用耦合劑；CSK-ⅠA型標(biāo)準(zhǔn)試塊；RB-1型對比試塊。

1.2 超聲檢測系統(tǒng)校驗(yàn)

1.3 超聲檢測要求

檢測等級為ISO 17640中B級要求；參考等級、記錄等級、驗(yàn)收等級執(zhí)行ISO 11666中2級要求。

1.4 6mm對接焊板試件制作

采用MAG（135）焊接方法，對母材材質(zhì)為345NQR2的6mm+6mm板材進(jìn)行對接焊接，保護(hù)氣體為80%Ar+20%CO2。分別制作幾種典型缺陷：鎢棒（模擬金屬夾雜）、未焊透和氣孔[1]。

2 試件超聲檢測

2.1 1號(hào)試板超聲檢測

用超聲波探傷儀對1號(hào)試板進(jìn)行檢測，并核查信號(hào)的水平距離（28.8mm）和深度（10.5mm），考慮前沿長度和一次反射波的影響，確定該信號(hào)即為預(yù)埋鎢棒的反射回波。

2.2 號(hào)試板超聲檢測

用超聲波探傷儀對2號(hào)試板進(jìn)行檢測，并核查信號(hào)的水平距離（18.7mm）和深度（6.8mm），考慮前沿長度和端角反射的影響，確定該信號(hào)即為未焊透的反射回波[2]。

2.3 3號(hào)試板超聲檢測

用超聲波探傷儀對1號(hào)試板進(jìn)行檢測，并核查信號(hào)的水平距離（24.3mm）和深度（8.9mm），考慮前沿長度和一次反射波的影響，確定該信號(hào)即為氣孔的反射回波。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 缺陷檢測可行性

通過該工藝試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，幾種典型缺陷均成功檢出。由于介質(zhì)間的聲特性阻抗的差異大小，導(dǎo)致鎢棒信號(hào)幅度較低、未焊透和氣孔信號(hào)幅度較高。這符合超聲檢測的基本特征。

3.2 可疑信號(hào)的影響

工藝試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：實(shí)際檢測信噪比較高，對缺陷和偽信號(hào)的分辨比較明顯；未發(fā)現(xiàn)影響缺陷判定的可疑信號(hào)，僅發(fā)現(xiàn)焊接試板的端角反射波[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，在實(shí)際檢測過程中使用本試驗(yàn)的檢測系統(tǒng)可對6mm鋼板對接接頭進(jìn)行超聲檢測。采用該種方法的檢測結(jié)果是有效的、可靠的；它能夠檢測不同類型的缺陷，特別是對未焊透、裂紋、氣孔等一些具有危害性的缺陷識(shí)別程度高。

當(dāng)然以上試驗(yàn)結(jié)果與探頭的選擇有較大關(guān)系，頻率、聲束折射角、聲束路徑及端角反射率共同影響了該板厚焊縫超聲檢測的實(shí)際效果。6mm～8mm范圍內(nèi)的鋼板對接接頭可參照本試驗(yàn)進(jìn)行研究探討。探頭類型不局限于本工藝試驗(yàn)所選用的4P 8×12×70°橫波斜探頭，可選擇頻率為（4～5）MHz、折射角70°或K2.5的探頭進(jìn)行實(shí)際檢測。而折射角較小或頻率較低的探頭，對于薄板焊接接頭的檢測效果較差。由于鋁合金具有和鋼近似的聲學(xué)特性，可參照本試驗(yàn)，對鋁合金板對接接頭進(jìn)行超聲檢測。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭暉，林樹青.超聲檢測[M].北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008：277-293.

[2] 蔣危平.超聲波檢測[M].武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社，2014：200-207.

[3] 萬升云.超聲波檢測技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017：225-246.