黃大鋒,陳向陽

(五冶集團上海有限公司， 上海 201999)

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加墊板管對接焊縫超聲波檢測中反射信號的識別

黃大鋒,陳向陽

(五冶集團上海有限公司， 上海 201999)

對加墊板管對接焊縫進行超聲波檢測時，反射信號與焊縫內(nèi)部的焊接缺欠信號易混雜在一起而干擾檢測人員對缺欠信號的識別，影響檢測結(jié)果的準確性和可靠性。對此類對接焊縫超聲檢測時不同部位以及相應(yīng)缺陷產(chǎn)生的回波信號位置、特征等進行了詳細敘述，給出了焊縫內(nèi)部缺欠顯示波和焊縫外部非缺欠顯示波的區(qū)分方法，以為同行對該類結(jié)構(gòu)的檢測提供參考。

超聲波檢測;焊接接頭;焊接缺欠;焊接缺陷;反射信號

圖1　加墊板管對接接頭外觀圖片

常規(guī)加墊板的板對接焊縫的超聲波檢測,可以采用在焊縫的雙面雙側(cè)布置探頭進行半波程(一次波)掃查的方式進行檢測，該掃查方式的干擾波少，反射信號的識別相對容易[1]；但是，對于很多結(jié)構(gòu)件來說，由于其結(jié)構(gòu)形式的特殊性，而只能從焊縫的單面進行檢測。例如，加墊板管對接接頭(見圖1)焊縫的超聲波檢測，當(dāng)管徑較小時，檢測人員不能進入管件內(nèi)部，而只能從焊縫的外表面進行單面掃查;為了使超聲波從外表面掃查到整個管對接焊縫區(qū)域，又必須同時進行全波程(一次波S1+二次波S2)掃查(見圖2)，但全波程掃查時，儀器示波屏上不可避免地會出現(xiàn)焊縫根部和焊縫根部所加墊板端部的反射信號，這些反射信號與焊縫內(nèi)部的焊接缺欠[2]信號混雜在一起，會直接干擾檢測人員對缺欠信號的識別，從而影響檢測結(jié)果的準確性和可靠性。為了正確識別加墊板管對接焊縫在示波屏上顯示的反射信號，檢測人員在檢測前必須熟悉加墊板管對接焊接接頭的基本信息(焊縫類型、坡口形式、焊接方法、材料、管件規(guī)格、墊板規(guī)格、間隙寬度等)，再根據(jù)這些基本信息正確編制檢測工藝，然后根據(jù)示波屏上的反射信號確定接頭部位的反射點，并分析示波屏上反射信號的靜態(tài)和動態(tài)波形特征[3]，從而識別示波屏上的反射信號波是焊縫內(nèi)部的缺欠顯示波還是焊縫外部的非缺欠顯示波。

圖2　超聲波掃查示意

1　加墊板管對接焊縫超聲波檢測的難點

加墊板管對接焊縫在焊接過程中，墊板會受熱變形，墊板與母材之間還會間斷地產(chǎn)生一定的間隙，墊板也可能由于裝配和受熱的原因而偏離焊縫的正中心(見圖3)。與常規(guī)加墊板的板對接焊縫檢測的不同之處是檢測人員無法直觀地看到墊板的實際裝配位置和狀態(tài)，只能從管件外部進行單面雙側(cè)檢測(圖1中焊縫的A側(cè)或B側(cè))，無法從管件外部和內(nèi)部同時進行雙面雙側(cè)檢測。這些因素，都會給檢測人員識別超聲波反射信號帶來很大的難度。

圖3　加墊板管對接焊縫由于裝配與受熱原因出現(xiàn)的問題

2　加墊板管對接焊縫的超聲波檢測反射信號的識別方法

2.1問題的提出

檢測對象為加墊板管對接焊縫，此接頭焊接的基本信息如下:管件規(guī)格為φ400 mm×16 mm;墊板規(guī)格為30 mm×4 mm;焊接方法為CO2氣體保護焊;材質(zhì)為Q345B;坡口形式為V型30°;間隙寬度為6 mm;焊接位置為管轉(zhuǎn)動平焊。檢測工藝參數(shù)設(shè)置如下:儀器型號為HS616e;探頭規(guī)格為2.5P9×9K2.5;檢測面為單面雙側(cè);檢測標準為JB/T 4730.3-2005;檢測靈敏度為φ1×6-9dB;試塊為CSK-IA,CSK-ⅢA;合格級別為Ⅱ級;表面補償為4 dB。檢測員對焊縫的判定結(jié)果為絕大部分焊縫不合格(基本是整條的焊接缺欠)。

但是,焊接時的位置為管轉(zhuǎn)動平焊，焊接位置非常好，焊接時不應(yīng)該產(chǎn)生整條的焊接缺欠，因此筆者對檢測結(jié)果的判定產(chǎn)生了懷疑，故對此類焊縫進行了復(fù)檢;復(fù)檢時檢測工藝與上次檢測相同，但檢測結(jié)果完全兩樣，即之前檢測過的所有焊縫都判定為合格。究其原因，是由于檢測人員沒有了解焊接接頭的基本信息，在檢測判定時，將儀器示波屏上顯示的深度在16～26 mm間的位置的反射信號波判斷為缺欠波，從而評定結(jié)果為不合格；其實，深度在16～26 mm間的位置的反射波是由于墊板的端角和焊縫根部母材與墊板存在結(jié)合區(qū)而產(chǎn)生的非缺欠信號波。

為了驗證復(fù)檢評定結(jié)果的正確性，取了一整條檢測過的管對接焊縫，將此焊接接頭從中心一分為二割開(圖3)，割開后焊縫剖面及內(nèi)表面墊板的位置就看得很清楚了。從焊縫的剖面看到，焊縫熔合得非常完好，焊縫內(nèi)部沒任何缺欠。為了進一步證明深度在16～26 mm的位置的反射波是由于墊板的端角和焊縫根部母材與墊板存在結(jié)合區(qū)而產(chǎn)生的，將部分墊板割掉，然后進行打磨處理；再次進行檢測，深度在16～26 mm的位置的示波屏上沒有任何反射波產(chǎn)生，與復(fù)檢時判定的結(jié)果完全一致。

2.2反射信號的分類

針對2.1中的問題，對加墊板管對接焊縫的超聲波檢測反射信號做了如下分析:

在超聲波檢測加墊板管對接焊縫時，其反射信號的來源主要有焊縫表面余高部位的反射信號、焊縫內(nèi)部缺欠的反射信號、焊縫底部墊板與母材結(jié)合部位的反射信號以及墊板端部產(chǎn)生的反射信號等。在檢測過程中，主要發(fā)現(xiàn)的反射信號波見圖4～8，這些反射波在焊接接頭上相對應(yīng)的部位如圖2所示(即焊縫根部母材與墊板的結(jié)合區(qū)CD區(qū)、墊板的端角E、F、G、H點及EG、FH端面、焊縫區(qū)域W區(qū)、焊縫表面區(qū)域P-Q區(qū))。

2.3反射信號的識別

2.3.1焊縫根部母材與墊板的結(jié)合區(qū)(CD區(qū))反射信號波的識別

如圖4(a)所示，當(dāng)焊縫根部母材與墊板間幾乎沒有間隙時，這類波型的回波顯示深度都接近管件壁厚16 mm，示波屏上只有一個深度的反射波出現(xiàn)。當(dāng)焊縫根部母材與墊板有一定間隙時，回波顯示深度等于管件壁厚與間隙寬度之和，示波屏上會同時有兩個不同深度的反射波出現(xiàn)(見圖4(b))。這類波型的特點為：① 如果焊縫根部母材與墊板熔合得非常好，其反射點只有在C點和D點產(chǎn)生，這時可以根據(jù)C點和D點的反射波的特點，在外表面焊縫兩側(cè)相應(yīng)位置畫出入射點所連成的線L1和L2(見圖2)，以便于利用L1和L2來區(qū)分焊接接頭上不同反射點在示波屏上顯示的反射波；C點與D點之間不會產(chǎn)生反射，當(dāng)超聲波入射至C點與D點之間時，超聲波會通過墊板繼續(xù)傳播，直至遇到新的反射點(墊板的端面EG、FH)才會被反射。② 如果焊縫根部母材與墊板未熔合好，在C點和D點之間就會產(chǎn)生反射波，探頭垂直焊縫前后移動，在深度接近16 mm的位置一直會有時高時低的反射波出現(xiàn);即使C點和D點之間有多個反射波出現(xiàn)，但C點和D點的具體位置還是可以測定的:當(dāng)探頭從遠離焊縫的位置垂直于焊縫移動時，可以將首次在深度為16 mm處的焊縫根部的反射信號波定為C(或D)點，根據(jù)C點和D點作出L1和L2。

圖4　焊縫根部母材與墊板間有無間隙時,焊縫根部位置的反射波

2.3.2墊板的下端角(G、H點)反射信號的識別

如圖5(a)所示，當(dāng)焊縫根部母材與墊板間幾乎沒有間隙時，這類波型的回波顯示深度均接近于管件壁厚(16 mm)與墊板厚度(4 mm)的和，即示波屏上顯示的回波深度在20 mm左右。當(dāng)焊縫根部母材與墊板有一定間隙時，回波顯示深度等于管件壁厚(16 mm)、墊板厚度(4 mm)與間隙寬度的和，即示波屏上顯示的反射波深度大于20 mm(圖5(b))。這類波型的特點及判定方法為：深度位置一般都不小于20 mm(管件壁厚+墊板厚度+間隙寬度)，水平位置在焊縫中心線的另一側(cè),即探頭移動側(cè)為B側(cè),只能掃查到G點，G點才能在示波屏上有反射信號波;相反，當(dāng)探頭移動側(cè)為A側(cè),只能掃查到H點，H點才能在示波屏上有反射信號波，單側(cè)不能同時掃查到墊板的端角G點和H點。在這要與焊縫內(nèi)部的缺欠波區(qū)分一下，如果反射信號波為焊縫內(nèi)部的缺欠產(chǎn)生，那么其同一位置的焊縫缺欠波，從焊縫的雙側(cè)掃查時，示波屏上一般都會有反射信號的顯示，而且一次波一般也能掃查到。

圖5焊縫根部母材與墊板間有無間隙時,墊板的端角G、H點的反射波

圖6焊縫根部母材與墊板間有無間隙時,墊板的端角E、F點的反射波

2.3.3墊板的上端角(E、F點)反射信號的識別

如圖6(a)所示，當(dāng)焊縫根部母材與墊板間幾乎沒有間隙時，這類波型的回波顯示深度都接近于管件壁厚(16 mm)與2倍墊板厚度(4 mm)之和，即示波屏上顯示的反射波深度在24 mm左右;當(dāng)焊縫根部母材與墊板有一定間隙時，回波顯示深度等于管件壁厚(16 mm)、2倍墊板厚度與間隙寬度三者之和，即示波屏上顯示的反射波深度應(yīng)大于24 mm(圖6(b))。這類波型的特點及判定與2.3.2中墊板的端角G、H點相同。

2.3.4墊板的端面(EG、FH)反射信號的識別

2.3.2和2.3.3節(jié)中已經(jīng)分析過墊板的端角E、F、G、H點的反射信號，其實，在示波屏上發(fā)現(xiàn)墊板的端角E、F、G、H點的反射信號的同時，墊板的端面EG、FH一直會有反射信號波出現(xiàn)，只是這些位置的最高反射信號的波峰出現(xiàn)在墊板的端角E、F、G、H點處，深度位置出現(xiàn)在20～24 mm左右的位置。所以，在實際檢測過程中一般只判定墊板端角E、F、G、H的最高波峰的位置即可。

圖7　焊縫內(nèi)部W區(qū)的反射波

2.3.5焊縫內(nèi)部(W區(qū))反射信號的識別

圖7所示波形是所有焊縫內(nèi)部缺欠波的一個特例，這類波型的特點及判定方法為：① 當(dāng)示波屏上回波顯示深度小于管件壁厚(16 mm)時，這些回波都是一次波所掃查的范圍，而且探頭移動區(qū)域在L1(或L2)的內(nèi)側(cè)(靠近焊縫側(cè))，很容易判定這些顯示是焊縫內(nèi)部W區(qū)靠下側(cè)部位的缺欠波(包括焊縫根部的未焊透)，而不容易與焊縫外部的非缺欠波相混淆。② 當(dāng)示波屏上回波顯示深度大于管件壁厚(16 mm)且小于32 mm時，如果探頭置于L1(或L2)的內(nèi)側(cè)，對示波屏上顯示的信號波可以不予評定，因為在2.3.2和2.3.3節(jié)中已經(jīng)分析過，這些反射波可能是墊板的端角反射信號波，即使是二次波掃查到的焊縫上的缺欠波，二次波掃查的范圍也只是焊縫下半部分的部位，即一次波從焊縫的雙側(cè)能掃查的部位；如果探頭置于L1(或L2)的外側(cè)時,在示波屏上發(fā)現(xiàn)的反射波只要在焊縫區(qū)域W(根據(jù)示波屏上顯示的水平距離測出反射點是否在焊縫上)以內(nèi)，那么此反射波肯定是焊縫上的缺欠波，而不應(yīng)該是墊板的端角反射信號波(圖2)。

2.3.6焊縫外表面區(qū)域(P-Q區(qū))反射信號的識別

如圖8所示，儀器示波屏上顯示信號的水平位置為65.9 mm，用鋼板尺測量其實際位置在焊縫邊緣的位置，深度位置為32.1 mm，差不多為兩倍的母材厚度，這一信號為焊縫表面余高與母材表面過渡部位產(chǎn)生的反射信號；類似這一反射信號的回波還有余高表面凹凸部位產(chǎn)生的反射 (圖2中焊縫表面區(qū)域P-Q區(qū))，這類回波通常是因為焊縫咬邊或焊縫余高形狀突變所致。判斷此類波形時，應(yīng)首先根據(jù)最高反射回波在示波屏上顯示的深度位置(接近2倍母材厚度)判定為焊縫外表面的反射回波，再根據(jù)最高反射回波在示波屏上顯示的水平位置找到反射點，用手蘸些耦合劑敲擊此反射點，觀察示波屏上的反射波(應(yīng)隨敲擊節(jié)奏上下跳動)。

圖8　焊縫外表面區(qū)域P-Q區(qū)的反射波

3　加墊板管對接焊縫的超聲波檢測要點

3.1檢測步驟

(1) 檢測前充分了解接頭的基本焊接信息(焊縫類型、坡口形式、焊接方法、材料、管件規(guī)格、墊板規(guī)格、間隙寬度等)。

(2) 根據(jù)接頭的焊接基本信息，分析焊接接頭可能會產(chǎn)生反射信號波的部位。

(3) 根據(jù)焊接接頭的基本信息正確編制超聲波檢測工藝(選擇短前沿、大角度的探頭)。

(4) 校準好儀器，使檢測到的反射點的水平位置和深度位置的偏差減少到最小。

(5) 根據(jù)焊縫根部母材與墊板熔合的結(jié)合區(qū)CD區(qū)的C點和D點位置,在焊接接頭表面焊縫的兩側(cè)相應(yīng)作出L1和L2(圖2)。

3.2反射回波分析

(1) 探頭置于L1( 或L2)時，其反射波為焊縫根部母材與墊板熔合部位的非缺欠波。

(2) 探頭置于L1( 或L2)外側(cè)，且深度位置小于2倍母材板厚的焊縫上的反射波為缺欠波。

(3) 探頭置于L1( 或L2)外側(cè)，且深度位置非常接近于2倍母材板厚的反射波為焊縫外表面的非缺欠波。

(4) 探頭置于L1( 或L2)內(nèi)側(cè)，且深度位置在1倍母材板厚以內(nèi)的焊縫上的反射波為缺欠波。

(5) 探頭置于L1( 或L2)內(nèi)側(cè)，且深度位置在1～2倍母材板厚之間的反射波，需分別從焊縫的兩側(cè)進行掃查，當(dāng)只能從單側(cè)掃查到反射波，反射點的位置處于焊縫中心線的另一側(cè)，反射波連續(xù)在同一深度出現(xiàn)，且深度位置大約在1倍母材板厚+墊板厚度或者1倍母材板厚+2倍墊板厚度處，這些反射波為墊板的端角E、F、G、H點的反射波，為非缺欠波；當(dāng)更換一種小角度的探頭掃查時(建議兩種探頭的折射角相差不小于10°)[4]，這類反射波一般不會在示波屏上顯示。

(6) 探頭置于L1( 或L2)內(nèi)側(cè)，且深度位置在1～2倍母材板厚之間的反射波，當(dāng)排除為墊板的端角反射波時，這類波為焊縫上的缺欠反射波，其反射點一般從焊縫的兩側(cè)都能掃查到;當(dāng)更換一種小角度的探頭掃查時，這類反射波也能在示波屏上顯示。

3.3缺欠的判定

由于加墊板的管對接焊縫的焊接工藝和裝配工藝不盡相同，故以上所列的非缺欠反射波不是所有的加墊板的管對接接頭都能在示波屏上顯示。當(dāng)示波屏上有反射信號波顯示時，需再根據(jù)反射信號波判定是焊縫內(nèi)部的缺欠顯示波還是焊縫外部的非缺欠顯示波。當(dāng)然，不是所有的缺欠都判定為缺陷，根據(jù)評定標準，只有超過規(guī)定限值的缺欠，才判定為缺陷。

4　結(jié)語

根據(jù)實際檢測工作的經(jīng)驗，對加墊板的管對接焊縫超聲檢測時的不同部位以及相應(yīng)缺陷產(chǎn)生的回波信號位置、特征等進行了總結(jié)與敘述，并給出了焊縫內(nèi)部缺欠顯示波和焊縫外部非缺欠顯示波的區(qū)分方法，為同行檢測該類結(jié)構(gòu)缺陷提供參考。

[1]呂香慧,樓淼,張宇,等.加墊板對接焊縫超聲波檢測中非缺陷信號的識別[J].無損探傷, 2010,34(5):22-24.

[2]GB/T 6417.1-2005/ISO 6520-11998金屬熔化焊接頭缺欠分類及說明[S].

[3]鄭暉，林樹青.全國特種設(shè)備無損檢測人員資格考核統(tǒng)編教材超聲檢測[M].北京：中國勞動社會保障出版社, 2008:273-301.

[4]JB/T 4730.1-6-2005承壓設(shè)備無損檢測[S].

Reflection Signal Recognition of Ultrasonic Testing for Add Liner Plate Pipe Butt Weld

HUANG Da-feng, CHEN Xiang-yang

(MCC5 Group Corporation Limited (Shanghai), Shanghai 201999, China)

On ultrasonic testing of add liner plate pipe butt weld, the reflected signal is easily mixed together with the welding defect signal, which shall interfere the testing personnel in defect signal recognition and affect the detection accuracy and reliability. For the purpose of promoting the ultrasonic testing of the pad added pipe butt weld, detailed descriptions of echo signal position and characteristics corresponding to different parts and defect are presented in the paper, and the method to distinguish the weld defect display and weld external non-defect display are also given, thus providing a reference for the inspection of the above-mentioned structural defects.

Ultrasonic testing; Welding joint; Welding imperfection; Welding defect; Reflection signal

2015-03-26

黃大鋒(1978-),男，國際焊接工程師，特種設(shè)備無損檢測UT、RT、MT、PT Ⅲ級，主要從事特種設(shè)備的無損檢測工作。

10.11973/wsjc201512010

TG115.28

A

1000-6656(2015)12-0041-05