超聲波檢驗V型坡口環(huán)焊縫根部缺陷

蔣桂通　閆留青　王猛　寇玉全　王勝來

摘要：超聲波檢驗焊縫內(nèi)的缺陷判定較為容易，而根部缺陷受組對情況和根部成型干擾，特別是對于單面焊雙面成型的V型坡口環(huán)焊縫的根部缺陷判定，一直是超聲波檢驗技術的難點。為解決這一問題，采用USM35超聲波探傷儀和汕頭超聲5210*10A70斜探頭，對模擬試件的根部進行試驗研究，總結出超聲波檢驗V型坡口環(huán)焊縫根部缺陷的規(guī)律，對儀器和探頭進行精確校準的前提下，把實際生產(chǎn)中遇到的等厚對接焊縫、不等厚對接焊縫、大小口對接焊縫、錯邊因素考慮進去，然后對焊縫接頭進行1：1作圖，方能快速準確地對根部信號進行判定。

關鍵詞：超聲波檢驗;V型坡口;環(huán)焊縫;根部缺陷

中圖分類號：TC441.7 文獻標志碼：A 文章編號：1009—9492（2021）03—0278—04

0引言

海洋石油平臺在建造過程中會使用大量的隔水套管、拉筋、鋼樁等結構，單面焊雙面成型的V型坡口環(huán)焊縫是導管架和組塊建造拉筋和隔水套管接長焊接常見的焊縫型式。焊縫內(nèi)部的缺陷很容易通過超聲波檢驗來判定，而根部的缺陷判定對于超聲波檢驗技術來說是比較困難的，因此有必要對V型坡口環(huán)焊縫的根部超聲波檢驗進行深入研究。

多年來，無損檢測專家對超聲波檢驗焊縫做了大量試驗與研究。郭偉燦等從薄壁對接焊縫角度進行分析;肖明洋和董子清等從厚壁對接焊縫角度進行闡述;孫宗泰等從鋼管樁對接接頭角度進行探討;吳前驅等對自動焊的超聲波檢驗技術進行了研究，但都是對焊縫內(nèi)的缺陷包括根部缺陷進行研究，沒有專門對根部缺陷進行探討;白洪海對大口徑焊口根部信號進行研究，但其管徑尚未達到海洋工程鋼結構范圍;李樹軍等和賽鵬等只對根部未焊透這一種根部缺陷進行分析。

本文對導管架和組塊中常用的卷管對接情況進行分類，考慮現(xiàn)場組隊焊接與實驗室的差距，對每種情況的模擬試件進行試驗研究，對根部缺陷存在與否進行區(qū)分和總結規(guī)律，從而掌握超聲波檢驗V型坡口環(huán)焊縫根部缺陷的要點。

1原理

單面焊雙面成型的V型坡口環(huán)焊縫在進行超聲波檢驗時，一般在管外部進行超聲波檢驗，利用斜探頭對焊縫內(nèi)部和根部進行探傷，超聲波儀器對超聲波探頭激發(fā)出超聲波，超聲波以一定的角度入射進入焊縫，當超聲波遇到反射體時，會返回超聲波信號，此反射體信號可能是缺陷，也可能是焊縫根部輪廓。當根部成型完好無缺陷時，超聲波儀器顯示屏只顯示底波，當聲波入射到根部缺陷時，儀器會接收到缺陷信號，并且缺陷信號的位置與底波有差異，例如根部焊趾存在裂紋，那么此裂紋信號的深度顯示與板厚相等，在原來的底波之前，如圖1所示。但實際超聲波檢驗時，根部缺陷信號與底波很難區(qū)分，海洋工程鋼結構超聲波檢驗常用的超聲波探頭角度有0°、45°、60°和70°。0°探頭主要測鋼板厚度和夾層類缺陷;60°探頭的端角反射率很低，主要用來測焊縫內(nèi)部缺陷;45°探頭和70°探頭最適合檢測根部缺陷。

2設備材料

儀器：USM35超聲波檢測儀;探頭：汕超5210*10A70探頭;試塊：校準試塊和模擬試件。儀器探頭試件如圖2所示。

研究對象：海洋石油平臺卷管環(huán)焊縫管徑主要集中在406～2674 mm，壁厚主要集中在13～80 mm;坡口型式主要為V型、單邊V型和X型，根部有2～4 mm的間隙。V型坡口環(huán)焊縫是海洋石油平臺卷管環(huán)焊縫中最為常見的一種焊縫，管徑較小、壁厚相等時通常采用這種型式的坡口，壁厚不等時也可采取內(nèi)過渡的方式。本文研究的是超聲波檢驗V型坡口焊縫根部缺陷，因此選取最具代表性的3種規(guī)格6種組合作為研究對象進行研究。對以下6種焊縫分別進行有根部缺陷和無根部缺陷的測試對比分析。

（1）直徑914 mm、壁厚38 mm的兩根管對接，焊縫坡口型式為V型。在整圈環(huán)焊縫的檢驗過程中會遇到有錯皮的情況和無錯皮的情況。如圖3所示。

（2）直徑914 mm，一邊是壁厚38 mm，一邊是25 mm的兩根管對接，焊縫坡口型式為V型，管內(nèi)壁采取1：4斜坡過渡。在整圈環(huán)焊縫的檢驗過程中會遇到有錯皮的情況和無錯皮的情況。而錯皮的情況又分兩種，一種是左邊低右邊高;一種是左邊高右邊低。在超聲波斜聲束入射時，根部的反射情況是不一樣的。如圖4所示。

（3）直徑914mm、壁厚25mm與直徑762mm、壁厚25mm的兩根大小管徑對接，焊縫坡口型式為V型。不考慮錯皮情況。如圖5所示。

3方法步驟

采用斜探頭自發(fā)自收模式對以上幾種情況的焊縫進行超聲波檢驗，試驗數(shù)據(jù)如下。

（1）對直徑914mm，壁厚38mm的兩根管對接焊縫進行超聲波檢驗時，無錯邊，不考慮根部成型不好的情況。

當根部無缺陷時，從左邊探測，超聲波入射到根部時會有大部分能量反射到右側;從右邊探測，超聲波入射到根部時會有大部分能量反射到左側。如圖6（a）所示。

當根部有缺陷時，比如單側未焊透，從左邊探測，超聲波入射到根部遇到缺陷時會有明顯的缺陷反射波被探頭接收，水平位置顯示在焊縫中心線左邊，深度顯示36mm，從右邊探測，超聲波入射到根部遇到缺陷時也會有明顯的缺陷反射波被探頭接收，水平位置顯示在焊縫中心線左邊，深度顯示36mm，說明焊縫根部左側存在自身高度為2mm的未焊透。如圖6（b）所示。

（2）對直徑914mm、壁厚38mm的兩根管對接焊縫進行超聲波檢驗時，有3mm錯邊，不考慮根部成型不好的情況。

當根部無缺陷時，從左邊探測，超聲波入射到根部時，幾乎全部能量反射到右邊，而左側探頭無法接收到信號或信號很弱，也就沒有波形顯示或波形顯示很低;從右邊探測，當入射波遇到根部余高時，會接收到余高輪廓反射回來的能量，此時會有一個強烈的輪廓信號波，水平位置在焊縫中心線，深度在37mm，但并不是缺陷。如圖7（a）所示。

當根部有缺陷時，比如單側未焊透，從左邊探測，超聲波入射遇到缺陷時，會有缺陷反射波，水平位置在焊縫中心線右側，深度39mm，因為有3mm的錯邊;從右邊探測，超聲波入射遇到缺陷時，會有缺陷反射波，水平位置在焊縫中心線右側，深度36mm，說明根部存在一個自身高度2一的未焊透缺陷。如圖7（b）所示。

（3）直徑914mm，一邊是壁厚38mm，一邊是25mm的兩根管對接焊縫，無錯邊，不考慮根部成型不好的情況。

當根部無缺陷時，從左邊探測，超聲波入射到根部時會有大部分能量反射到右側;從右邊探測，超聲波入射到根部時會有大部分能量反射到左側。如圖8（a）所示。

當根部有缺陷時，比如單側未焊透，從左邊探測，超聲波入射到根部遇到缺陷時會有明顯的缺陷反射波被探頭接收，水平位置顯示在焊縫中心線左邊，深度顯示36mm，從右邊探測，超聲波入射到根部遇到缺陷時也會有明顯的缺陷反射波被探頭接收，水平位置顯示在焊縫中心線左邊，深度顯示36 mm，說明焊縫根部左側存在自身高度為2mm的未焊透。如圖8（b）所示。

（4）直徑914mm，一邊是壁厚38mm，一邊是25mm的兩根管對接焊縫，有3mm錯邊，不考慮根部成型不好的情況。

當根部無缺陷時，從右邊探測，超聲波入射到根部時，幾乎全部能量反射到左邊，而右側探頭無法接收到信號，也就沒有波形顯示;從左邊探測，當入射波遇到根部余高時，會接收到余高輪廓反射回來的能量，此時會有一個強烈的輪廓信號波，水平位置在焊縫中心線，深度37mm，但并不是缺陷。如圖9（a）所示。

當根部有缺陷時，比如單側未焊透，從左邊探測，超聲波入射遇到缺陷時，會有缺陷反射波，水平位置在焊縫中心線右側，深度33mm，因為有3mm的錯邊;從右邊探測，超聲波入射遇到缺陷時，會有缺陷反射波，水平位置在焊縫中心線右側，深度36mm，說明根部存在一個自身高度2mm的未焊透缺陷。如圖9（b）所示。

（5）直徑914mm，一邊是壁厚38mm，一邊是25mm的兩根管對接焊縫，有3mm錯邊，不考慮根部成型不好的情況。

當根部無缺陷時，從左邊探測，超聲波入射到根部時，幾乎全部能量反射到右邊，而左側探頭無法接收到信號，也就沒有波形顯示;從右邊探測，當入射波遇到根部余高時，會接收到余高輪廓反射回來的能量，此時會有一個強烈的輪廓信號波，水平位置在焊縫中心線，深度37mm，但并不是缺陷。如圖10（a）所示。

當根部有缺陷時，比如單側未焊透，從左邊探測，超聲波入射遇到缺陷時，會有缺陷反射波，水平位置在焊縫中心線右側，深度39mm，因為有3 mm的錯邊;從右邊探測，超聲波入射遇到缺陷時，會有缺陷反射波，水平位置在焊縫中心線右側，深度36mm，說明根部存在一個自身高度2 mm的未焊透缺陷。如圖10（b）所示。

（6）直徑914mm，壁厚25mm，另一邊是直徑762mm，壁厚25 mm的兩根大小管徑對接，不考慮錯皮情況。

當根部無缺陷時，從左邊探測，超聲波入射到根部時會有大部分能量反射到右側;從右邊探測，超聲波入射到根部時會有大部分能量反射到左側。如圖11（a）所示。

當根部有缺陷時，比如單側未焊透，從左邊探測，超聲波入射到根部遇到缺陷時會有明顯的缺陷反射波被探頭接收，水平位置顯示在焊縫中心線左邊，深度顯示23 mm，從右邊探測，超聲波入射到根部遇到缺陷時也會有明顯的缺陷反射波被探頭接收，水平位置顯示在焊縫中心線左邊，深度顯示23 mm，說明焊縫根部左側存在自身高度為2 mm的未焊透。如圖11（b）所示。

4結束語

本文通過對比分析，發(fā)現(xiàn)超聲波檢驗V型坡口焊縫的情況比較多，既有等厚度對接焊縫，又有不等厚度對接焊縫，還存在不同管徑對接的情況，在整圈焊口的檢測過程中，難免遇到錯邊的現(xiàn)象，對根部缺陷判斷帶來干擾。不管哪種情況，在檢測時把特殊因素都考慮進去，對儀器和探頭進行精確校準的前提下，對焊接接頭進行1：1作圖。首先用超聲波判斷出根部成型是否完好，判斷是否存在根部成型缺陷，比如內(nèi)凹、焊瘤、咬邊等，再根據(jù)根部缺陷信號在水平方向和深度方向與超聲波底波信號的差異，判斷是否存在根部未熔合、未焊透、裂紋等缺陷。