魏紅璞 趙永偉

摘 要：文章對(duì)超聲波檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并重點(diǎn)闡述了超聲波在石油天然氣長(zhǎng)輸管道焊縫檢測(cè)中的應(yīng)用技術(shù)，力圖通過(guò)論述實(shí)現(xiàn)超聲檢出結(jié)果的正確評(píng)判。

關(guān)鍵詞：超聲波檢測(cè);性能;調(diào)節(jié);校準(zhǔn);復(fù)核

一、引言

超聲檢測(cè)是五大常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)之一，是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高且發(fā)展最快的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。而其之所以被廣泛應(yīng)用，主要在于它相對(duì)其他無(wú)損檢測(cè)方法的巨大優(yōu)勢(shì)：⑴超聲檢測(cè)對(duì)面積型缺陷檢出率較高。⑵檢測(cè)靈敏度高，可檢測(cè)工件內(nèi)部尺寸很小的缺陷。⑶穿透能力強(qiáng)，可對(duì)較大厚度范圍內(nèi)的工件內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)。⑷缺陷定位較準(zhǔn)確。⑸適用于金屬、非金屬和復(fù)合材料等多種制件的無(wú)損檢測(cè)。⑹檢測(cè)成本低、速度快，設(shè)備輕便，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害，現(xiàn)場(chǎng)使用方便。正因此，在石油天然氣長(zhǎng)輸管道的建設(shè)中，超聲檢測(cè)亦得到了廣泛的應(yīng)用。

二、超聲檢測(cè)技術(shù)流程

超聲檢測(cè)首先要做好器材的選擇，這些包括探傷儀、探頭的選擇及綜合性能測(cè)定。目前在石油天然氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)中使用的超聲波探傷儀為A型脈沖反射式數(shù)字探傷儀，該類儀器性能應(yīng)滿足熒光屏滿刻度80%的范圍內(nèi)線性顯示，并具有不小于80dB的連續(xù)可調(diào)衰減，水平線性誤差應(yīng)不大于1%，垂直線性誤差應(yīng)不大于5%。由于石油天然氣長(zhǎng)輸管道受管徑制約，焊縫多采用單面焊雙面成形工藝，超聲波只能單面檢測(cè)，因此探頭選擇為斜探頭。斜探頭選擇時(shí)應(yīng)考慮以下三個(gè)方面：⑴探頭聲束應(yīng)能掃查到整個(gè)檢測(cè)截面。⑵探頭聲束中心線應(yīng)與焊縫中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)性缺陷盡量垂直。⑶盡量使用一次波判別缺陷。除此探頭還應(yīng)保證無(wú)明顯雙蜂，且水平方向偏離角應(yīng)不大于2°。在綜合性能方面，儀器和探頭組合靈敏度應(yīng)滿足在所檢工件最大聲程處，有效靈敏度余量不小于10dB，分辨率≥6dB的要求。耦合劑的選擇則應(yīng)考慮價(jià)格、性能及對(duì)后續(xù)工序影響，根據(jù)石油天然氣長(zhǎng)輸管道超聲檢測(cè)特點(diǎn)，耦合劑多選用工業(yè)糨糊。

超聲檢測(cè)第二步就是做好設(shè)備的調(diào)節(jié)，包括掃描速度調(diào)節(jié)、K值測(cè)定及dB曲線制作。掃描速度調(diào)節(jié)和K值測(cè)定對(duì)超聲檢測(cè)具有重要意義，這些參數(shù)的精準(zhǔn)性決定了超聲定位的準(zhǔn)確性并直接影響回波的判定。掃描速度調(diào)節(jié)包括聲程法、水平法和深度法。對(duì)于數(shù)字式超聲探傷儀由于數(shù)據(jù)互通，因此可以實(shí)現(xiàn)聲程、水平及深度不同顯示的隨意切換。在實(shí)際工作中，掃描速度校準(zhǔn)具有重要的意義，特別在掃描速度調(diào)節(jié)完成后，應(yīng)及時(shí)復(fù)核掃描速度調(diào)節(jié)時(shí)所選最近及最遠(yuǎn)聲程回波位置，從而判定速度調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性。當(dāng)數(shù)據(jù)誤差超過(guò)掃描讀數(shù)的10%時(shí)，則說(shuō)明速度調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確，應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)節(jié)。掃描調(diào)節(jié)后應(yīng)進(jìn)行K值測(cè)定，K值是超聲檢測(cè)中十分重要的測(cè)定參數(shù)，當(dāng)K值不準(zhǔn)確時(shí)，我們除了發(fā)現(xiàn)缺陷深度位置偏誤，在缺陷兩側(cè)檢測(cè)時(shí)，還會(huì)發(fā)現(xiàn)缺陷的水平位置將無(wú)法重合。因此在K值測(cè)定后，操作人員應(yīng)及時(shí)對(duì)不同深度反射孔進(jìn)行K值校驗(yàn)，確保誤差在10%以內(nèi)，否則應(yīng)重新測(cè)定。dB曲線制作是掃描速度調(diào)節(jié)和K值測(cè)定后的另一項(xiàng)重要工作，它的準(zhǔn)確性決定了焊縫質(zhì)量的評(píng)定。因此dB曲線制作后應(yīng)及時(shí)對(duì)各點(diǎn)校核，若存在誤差應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

調(diào)校好的儀器就可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)了，但儀器需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)和復(fù)核，以保證檢測(cè)的準(zhǔn)確。復(fù)核應(yīng)在每次檢測(cè)前進(jìn)行，且遇到下述情況時(shí)應(yīng)重新核查：⑴更換探頭、改變耦合劑種類時(shí)。⑵連續(xù)工作時(shí)間超過(guò)4h時(shí)。⑶懷疑靈敏度不正確時(shí)。⑷檢測(cè)結(jié)束時(shí)。掃描量程的復(fù)核應(yīng)在每次檢測(cè)結(jié)束前進(jìn)行。如果距離-波幅曲線上任意一點(diǎn)在掃描線上的偏移超過(guò)掃描讀數(shù)的10%時(shí)，應(yīng)對(duì)掃描量程重新調(diào)整，并對(duì)復(fù)核失效段重新檢測(cè)。掃查靈敏度的復(fù)核亦應(yīng)在每次檢測(cè)結(jié)束前進(jìn)行。一般對(duì)距離-波幅曲線的校核應(yīng)大于3點(diǎn)，如果任何一點(diǎn)幅度下降2dB，則應(yīng)對(duì)上一次以來(lái)所有的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行復(fù)檢;如幅度上升2dB，則應(yīng)對(duì)所有的記錄信號(hào)進(jìn)行重新評(píng)定。

三、焊縫超聲檢測(cè)技術(shù)分析

超聲在檢測(cè)過(guò)程中主要根據(jù)缺陷波的靜態(tài)波形和動(dòng)態(tài)波形對(duì)缺陷進(jìn)行識(shí)別和性質(zhì)估判。在靜態(tài)波形研究中應(yīng)注意：缺陷內(nèi)含物的聲阻抗對(duì)缺陷回波高度有較大影響，對(duì)于氣體，聲阻抗很小，反射回波高。非金屬或金屬夾渣聲阻抗較大，反射回波低。另外，不同類型缺陷反射波形狀也有一定的差別。例如：氣孔表面光滑，界面反射率高，波形尖銳陡直;而夾渣表面粗糟，界面反射率低，同時(shí)還有部分聲波透入夾渣層，形成多次反射，波形寬大并帶鋸齒。單個(gè)缺陷回波是獨(dú)立出現(xiàn)的，而密集缺陷則是雜亂出現(xiàn)，且互相彼連。在動(dòng)態(tài)波形上，不同性質(zhì)缺陷的動(dòng)態(tài)波形也是不同的。一般點(diǎn)反射體的動(dòng)態(tài)波形為平滑的由零上升到最大值，然后又平滑的下降到零。光滑大平面反射體當(dāng)聲束接近垂直入射時(shí)，其動(dòng)態(tài)波形為波幅平滑的由零升到峰值，隨探頭繼續(xù)移動(dòng)，波幅基本不變，或只在±4dB的范圍內(nèi)變化，最后又平滑的下降到零。對(duì)于不規(guī)則的大反射體，當(dāng)聲束接近垂直入射時(shí)，其動(dòng)態(tài)波形為探頭在各個(gè)不同的位置檢測(cè)缺陷時(shí)，顯示屏上均呈一個(gè)參差不齊的回波，探頭移動(dòng)時(shí)，回波幅度顯示很不規(guī)則的起伏態(tài)。而當(dāng)聲束傾斜入射時(shí)，其動(dòng)態(tài)波形表現(xiàn)為探頭在各個(gè)不同位置檢測(cè)缺陷時(shí)，顯示屏上顯示脈沖包絡(luò)呈鐘形的一系列連續(xù)信號(hào)。探頭移動(dòng)時(shí)，每個(gè)小波峰也在脈沖包絡(luò)中移動(dòng)，波幅由零逐漸升到最大值，然后波幅又下降到零，信號(hào)起伏較大。

超聲檢測(cè)中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：⑴檢測(cè)前對(duì)探頭移動(dòng)區(qū)內(nèi)的銹蝕、油污、飛濺及其他雜物應(yīng)進(jìn)行清除，檢測(cè)表面做到光滑平整，以保證良好耦合。⑵缺陷的定位、定性應(yīng)以最高回波為準(zhǔn)。⑶應(yīng)注意非缺陷回波的辨析，包括溝槽回波、焊角回波、錯(cuò)位回波及單面焊回波等。其中溝槽回波或焊角回波如果在外焊道，可用手指蘸耦合劑敲擊相應(yīng)位置，回波會(huì)隨之上下跳動(dòng);在內(nèi)焊道無(wú)論是溝槽回波、焊角回波或其他偽回波，只能根據(jù)回波位置及雙側(cè)回波特點(diǎn)進(jìn)行判斷。⑷由于探頭正持和反持時(shí)手的力道有差異，因此即使對(duì)同一缺陷檢測(cè)，波幅高度也會(huì)有較大不同，因此在檢測(cè)中應(yīng)格外注意。⑸檢測(cè)中只要有回波就應(yīng)引起注意，除了一些儀器回波，一般這都說(shuō)明有反射面存在，具體判定應(yīng)根據(jù)焊接狀況、工件結(jié)構(gòu)、表面狀況、回波定位等綜合評(píng)判。

四、結(jié)語(yǔ)

超聲檢測(cè)技術(shù)是一門成熟的檢測(cè)技術(shù)，雖然仍有一些局限和不足，但隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，相信這些問題都能夠得到很好的解決。

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