鋼墊板對(duì)接焊縫超聲波檢測的結(jié)構(gòu)回波波形

張 菊

(中車株洲電力機(jī)車有限公司，株洲 412001)

各類型機(jī)車及地鐵構(gòu)架產(chǎn)品在焊接時(shí)，梁體對(duì)接焊縫的根部是封閉的，多采用鋼墊板，根部外露的焊縫則采用可移動(dòng)陶瓷墊塊。帶鋼墊板的對(duì)接焊縫在焊接后，墊板一般會(huì)與焊縫熔合在一起，由于結(jié)構(gòu)的原因，這種焊縫在超聲波檢測時(shí)只能采用單面雙側(cè)檢測和全波程掃查，角度適宜時(shí)，焊角及墊板端部會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)回波，這些來自焊縫根部及墊板位置出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)回波和缺陷回波混雜在一起，現(xiàn)場檢測經(jīng)驗(yàn)不足的人員很難區(qū)分。由于焊縫根部不可見，不能像根部外露的焊縫一樣采用手指沾耦合劑拍打的方法來區(qū)分結(jié)構(gòu)反射回波，且根部回波更為復(fù)雜，檢測結(jié)果的判定往往耗費(fèi)時(shí)間且準(zhǔn)確率不高。

1 鋼墊板對(duì)接焊縫的幾種常見裝配情況

以地鐵構(gòu)架側(cè)梁對(duì)接焊縫為例，對(duì)接焊縫為手工二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊V坡口，板厚度為1216 mm，坡口角度為30°50°，墊板厚度為34 mm。實(shí)際工作中，由于梁體裝配會(huì)存在一些尺寸偏差，有時(shí)存在焊縫間隙超寬、墊板與母材間隙較大及焊縫兩側(cè)高低差等情況，這些偏差的出現(xiàn)都會(huì)給超聲波檢測時(shí)的根部結(jié)構(gòu)回波判斷造成影響。

2 模擬試板的制作

根據(jù)實(shí)際檢測情況的特點(diǎn),制作了以下幾種試板，具體結(jié)構(gòu)尺寸如表1所示。

3 結(jié)構(gòu)回波的識(shí)別方法

3.1 墊板端部產(chǎn)生的反射回波識(shí)別

3.1.1 墊板正常裝配時(shí)

當(dāng)焊縫根部與墊板熔合在一起后,聲波入射至墊板的底面，在墊板上會(huì)產(chǎn)生多次反射，墊板端部的回波反射路徑示意如圖1所示，聲波被多次反射后，在墊板的端部(圖1中的D、E處)將產(chǎn)生反射回波，墊板端部的反射回波波形如圖2所示，實(shí)際工作中由于入射角度、焊縫厚度、墊板厚度和寬度、根部熔合情況等的不同，有時(shí)也會(huì)存在焊角回波、墊板一次、二次反射回波混合出現(xiàn)的現(xiàn)象。

表1 模擬試板結(jié)構(gòu)尺寸 mm

圖1 墊板端部的回波反射路徑示意

圖2 墊板端部的反射回波波形

波形特征:探頭沿焊縫方向平行移動(dòng)時(shí)，波形連續(xù)出現(xiàn)位置固定;在A側(cè)探測時(shí)，波形水平位置靠B側(cè)上表面熔合線;在B側(cè)探測時(shí)，波形水平位置靠A側(cè)上表面熔合線，深度顯示約為T+2b的厚度，兩個(gè)波水平位置之間的距離剛好等于墊板寬度，可判斷該波形為墊板端角反射波。用手沾耦合劑拍打試板上墊板的端角部位，儀器屏幕上反射波形跳動(dòng)，驗(yàn)證該波形為墊板端角的反射波。

3.1.2 墊板裝配偏向一側(cè)時(shí)

當(dāng)出現(xiàn)墊板裝配偏向A側(cè)，在A側(cè)探測時(shí)，C位置反射波形水平位置在焊縫中心偏B側(cè)，有時(shí)會(huì)誤以為是根部未熔合(見圖3)。判斷方法:A側(cè)掃查時(shí)C位置反射波深度為(T+b)，理論上應(yīng)是二次波的深度，但水平位置是焊縫中心偏B側(cè)，而二次波與B側(cè)熔合線是平行的,不會(huì)有未熔合缺陷反射波，可以排除A側(cè)二次波反射的可能。在B側(cè)用二次波驗(yàn)證時(shí)，同一水平位置也沒有缺陷波反射，可判斷該波形為墊板端角的反射波。用手沾耦合劑拍打試板上墊板C處端角部位，儀器屏幕上反射波跳動(dòng)，驗(yàn)證該波形為墊板端角的反射回波，波形如圖4所示。

圖3 墊板偏向一側(cè)時(shí)端部的反射原理示意

圖4 墊板偏向一側(cè)時(shí)端部的反射回波

3.1.3 焊縫間隙超寬時(shí)

當(dāng)焊縫間隙超寬時(shí)，探頭入射聲束到達(dá)墊板的上端角，產(chǎn)生反射回波。

波形特征:與正常裝配時(shí)的墊板回波類似，只是回波水平位置更靠近焊縫，容易誤判，檢測時(shí)應(yīng)注意焊縫寬度。用手沾耦合劑拍打試板上墊板的端角部位，屏幕反射波跳動(dòng)，驗(yàn)證該波形為墊板端角的反射波。

3.2 根部焊角反射回波識(shí)別

3.2.1 母材與墊板間隙較大時(shí)

當(dāng)母材與墊板之間有一定的間隙時(shí),焊接后根部焊角成圓弧面,當(dāng)入射聲束到達(dá)C處的焊角時(shí)產(chǎn)生反射,入射至該處的超聲聲束匯聚并反射。反射回波較高, 當(dāng)探頭沿焊縫方向平行移動(dòng)時(shí)，該波連續(xù)出現(xiàn)位置固定；在探頭垂直焊縫前后移動(dòng)時(shí), 反射波會(huì)移動(dòng)小段距離, 在探頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 波幅迅速下降(見圖5)。

圖5 焊角回波反射位置示意

判斷方法：A側(cè)掃查時(shí)，C位置反射波深度略大于試板厚度，水平位置是焊縫中心偏B側(cè)，B側(cè)掃查時(shí)A側(cè)根部焊角也有同樣反射，兩個(gè)波水平位置之間的距離恰好為焊縫根部兩個(gè)焊角之間的寬度。在兩側(cè)分別用二次波驗(yàn)證，同一水平位置也沒有缺陷波反射。射線檢測發(fā)現(xiàn)該試板無缺陷，驗(yàn)證該波形為焊角反射回波。焊角回波反射波形如圖6所示。

3.2.2 兩側(cè)母材存在高低差時(shí)

當(dāng)焊縫裝配上下錯(cuò)邊時(shí), 焊角波易干擾對(duì)根部未焊透的判斷。A側(cè)探測時(shí)，其深度應(yīng)為t, 但實(shí)際深度小于試板的厚度;在B側(cè)探測時(shí)，其深度遠(yuǎn)大于試板的厚度。錯(cuò)邊時(shí)的焊角回波反射原理示意如圖7所示。

圖7 錯(cuò)邊時(shí)的焊角回波反射原理示意

判斷方法：檢測未焊透兩側(cè)時(shí)，水平位置顯示應(yīng)在同一位置，但錯(cuò)邊兩側(cè)回波水平位置不在同一位置，且一側(cè)深度會(huì)大于板厚，一側(cè)深度會(huì)小于板厚，焊縫目視檢測也發(fā)現(xiàn)有明顯高低差，波形如圖8所示。

圖8 錯(cuò)邊時(shí)的焊角反射波形

4 結(jié)語

焊角回波、墊板回波是否出現(xiàn)，以及波幅的大小與探頭的入射角有關(guān)，當(dāng)入射角適宜時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這些回波，正確的識(shí)別這些結(jié)構(gòu)回波有利于對(duì)焊縫根部缺陷的判別。通過對(duì)不同裝配情況下鋼墊板對(duì)接焊縫根部結(jié)構(gòu)回波的分析與驗(yàn)證，掌握了鋼墊板對(duì)接焊縫結(jié)構(gòu)回波的特點(diǎn)，梳理出能識(shí)別鋼墊板對(duì)接焊縫結(jié)構(gòu)回波的方法。