超聲波探傷中裂紋的定性分析

河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院 姜 慧

超聲波探傷中裂紋的定性分析

河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院 姜 慧

在常規(guī)超聲波探傷中，對檢測缺陷進(jìn)行定性分析存在一定難度。比如，焊縫探傷中未焊透、根部內(nèi)凹、根部錯邊等情況不易確定，目前國外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也都沒有提及缺陷的定性分析。但是在實際工作中，除了對危害性缺陷進(jìn)行定量分析以外，結(jié)合實際工作中的經(jīng)驗累積，對缺陷進(jìn)行定性判斷是探傷人員必不可少的“一把利劍”。所以，定性分析水平的高低也從側(cè)面體現(xiàn)了探傷水平的高低。本文，筆者結(jié)合工作實踐，提出了一些對缺陷進(jìn)行定性判斷和分析的方法。

一、檢測工藝

首先，合理的檢測工藝直接決定了檢測項目能否順利進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)中對裂紋類缺陷分別作規(guī)定并不是重復(fù)定義，主要是強(qiáng)調(diào)了裂紋類缺陷的危險性，需要在探傷過程中重點排除和留心觀察。其次，由于大多數(shù)裂紋類缺陷反射信號較大，通常在探傷靈敏度下可以發(fā)現(xiàn)。但由于其具有一定的傾向性，所以在掃查時需要特別注意方向角度及部位的覆蓋，防止漏檢。此外，對可疑部位有把握確認(rèn)是危害缺陷如裂紋時，可以運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定予以判廢，但要慎重。在正常超聲探傷作業(yè)中，注意不低于規(guī)定的基準(zhǔn)探傷靈敏度（包括表面耦合及材質(zhì)衰減、側(cè)壁干擾等），掌握好標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的掃查方向及區(qū)域覆蓋等。

由于受波長的限制，對于尺寸較小的裂紋用超聲的方法檢測是無法檢出的，因此，不能僅憑超聲檢測合格，就認(rèn)為該焊縫（構(gòu)件、工件）沒有裂紋等危害性缺陷了。這個問題應(yīng)該屬于超聲檢測方法的測量不確定度的范疇，磁記憶技術(shù)的出現(xiàn)為其提供了較為有效的解決途徑。通過檢出應(yīng)力集中（產(chǎn)生裂紋的主要因素）較為嚴(yán)重的部位，再輔以其他手段（金相等）的分析，就可以判斷出該焊縫（構(gòu)件、工件）是否有產(chǎn)生裂紋的傾向，從而避免失效事故的發(fā)生。

二、加工工藝分析

工件內(nèi)所形成的各種缺陷與加工工藝密切相關(guān)。例如，焊接過程中可能產(chǎn)生氣孔、夾渣、未熔合、未焊透和裂紋等缺陷；鑄造過程中可能產(chǎn)生氣孔、縮孔、疏松和裂紋等缺陷；鍛造過程中可能產(chǎn)生夾層、折疊、白點和裂紋等缺陷。下面，筆者主要針對焊接件進(jìn)行分析。

在焊接過程中，裂紋是最嚴(yán)重的一種工藝缺陷。導(dǎo)致焊接接頭金屬開裂的因素主要有兩類，即冶金因素和力學(xué)因素。在焊接過程中，由于不平衡的快速加熱和快速冷卻，焊接接頭承受了熱循環(huán)的作用，在接頭的不同區(qū)域，加熱峰值溫度不同，冷卻速度也不同，這樣就產(chǎn)生了不均勻的組織區(qū)域。此外，由于熱應(yīng)變的不均勻，不同區(qū)域間會產(chǎn)生不同的應(yīng)力關(guān)系。在這些因素的作用下，整個焊接接頭金屬處于復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。內(nèi)在的熱應(yīng)力，與外加的約束應(yīng)力，以及應(yīng)力集中相疊加，構(gòu)成了導(dǎo)致焊接金屬開裂的力學(xué)條件。

在進(jìn)行缺陷定性時，必須掌握整個施焊的工藝，熟悉焊接材料的基本特性。比如，碳鋼不易產(chǎn)生裂紋，而高合金如P91、P92就很容易產(chǎn)生裂紋，特別是在點口處，在檢測這類焊縫時就需要特別謹(jǐn)慎，如果在容易產(chǎn)生裂紋的位置產(chǎn)生了回波，即使是回波很小，也必須引起重視，有可能就是裂紋。如果條件允許，最好進(jìn)行對比試塊，反復(fù)操作，從而把握其中的技巧。

三、被檢件工作環(huán)境分析

有些工件被長期使用，在承受交變負(fù)荷作用時會產(chǎn)生疲勞開裂，這種裂紋一般產(chǎn)生在表面及近表面，裂紋中間粗、兩頭細(xì)。有些工件在熱處理不當(dāng)時，如加熱溫度過高或冷卻過于激烈，也會由于應(yīng)力引起裂紋，這種裂紋一般在開槽、鍵孔或截面突變的部位產(chǎn)生。有些工件在與化學(xué)物質(zhì)接觸時，酸與金屬發(fā)生反應(yīng)，所析出的氫原子致使鋼中滲氫，使鋼脆化而產(chǎn)生裂紋。在對這些類型裂紋進(jìn)行超聲波檢驗時，要預(yù)先對裂紋可能產(chǎn)生的面進(jìn)行分析，正確選擇產(chǎn)生波的檢測面。

四、缺陷波形分析

超聲波的波形分為靜態(tài)波形和動態(tài)波形。靜態(tài)波形通常是指在最大波高處的靜止波形，實際反映的是缺陷反射界面的性質(zhì)。動態(tài)波形是指沿缺陷的長度方向移動探頭時，波峰的變化情況，反映的是缺陷的長度和是否連續(xù)。靜態(tài)波形和動態(tài)波形結(jié)合起來也只能反映缺陷的一部分信息，并不能全面反映缺陷。

超聲波判定裂縫缺陷波形最主要的依據(jù)有：一是裂縫的形狀，裂縫在長度方向有直的、有彎曲的，但是在長度方向的某一點處的高度方向上，從裂縫頂端到裂縫底端是一條直線，這是超聲波判定裂縫的主要依據(jù)之一。二是裂紋的缺陷波的包絡(luò)線較寬，而且在包絡(luò)線的前方有一個尖角的突起，該現(xiàn)象是裂紋的尖端產(chǎn)生的尖角衍射造成的。三是不要看反射波波幅的高低，只要反射波跟著探頭在移動，就是再低的反射波也不能放過。

五、檢測者

作為一名合格的探傷人員，在日常工作中必須從以下幾點來提高自己的檢測水平。

1.工作中要有自信心和耐心。

2.要選擇多個探頭檢測，反復(fù)琢磨。

3.多積累經(jīng)驗，多思考，多采用其他方法驗證（如采用射線、解剖后做低倍金相、高倍電鏡、了解加工及焊接工藝等），才有可能做好一些定性判斷。

4.超聲波檢測或射線檢測只能作為參考，不能一味相信其中一種。

5.宜采用具有較高探傷靈敏度的儀器，避免漏判。發(fā)現(xiàn)疑難缺陷波，最好由多人商量后確定。

在實際工作中，各種檢驗檢測方法都有各自的優(yōu)缺點，要綜合運(yùn)用幾種方法，對檢測缺陷進(jìn)行定性分析。當(dāng)然，綜合選用的檢測方法，在實際操作中也要有先后順序，盡量避免重復(fù)工作或不必要的浪費。