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      鋼構(gòu)件質(zhì)量檢測中缺陷的定量問題及其影響因素研究

      2013-08-15 00:54:54
      山東工業(yè)技術(shù) 2013年7期
      關(guān)鍵詞:聲阻抗波高聲波

      田 園

      (寧夏送變電工程公司,寧夏 銀川750101)

      0 引言

      目前,焊接是鋼構(gòu)連接的基本加工工藝方法,廣泛地應用在各種鋼結(jié)構(gòu)件的制作及安裝過程中,因此,焊縫質(zhì)量檢驗是焊接質(zhì)量控制的重要內(nèi)容,焊縫缺陷檢測又是焊接檢驗的主要內(nèi)容。 受焊接過程中各種參數(shù)穩(wěn)定性的影響,焊縫有時會出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣、未熔合和未焊透等缺陷。

      1 缺陷的定量

      焊縫超聲波檢測的目的就是檢出缺陷,并對缺陷定量與定位。

      缺陷定量即測量缺陷的波幅和指示長度。 缺陷的波幅通常用缺陷最大反射波幅來表示,一邊以波峰所在的區(qū)域來表示或表示為SL+ndB。 缺陷的指示長度有多種測量方法,但在工程中一般采用6dB 法或端點測值法測長。 當缺陷反射波只有一個高點或高點起伏小于4dB 采用6dB 法(或稱半波高法),當缺陷反射波峰起伏變化含有多個高點時,采用端點峰值法測長。

      (1)缺陷波高HF 在GB11345-89 標準評定線以下時一般不作記錄,也不考慮對其定性。 如操作人員認為有必要的也可作進一步定性。

      (2)缺陷波高HF 位于GB11345-89 標準III 區(qū)(含判廢線)時,定為線狀缺陷或平面狀缺陷或多重缺陷。

      (3)缺陷波高HF 位于GB11345-89 標準II 區(qū)(含定量線)時,當缺陷指示長度ΔL≤LS 時,如A 掃描顯示一個光圓波可定為點狀缺陷, 否則定為線狀或平面狀缺陷或多重缺陷,當缺陷指示長度ΔL>LS 時,可定為線狀或平面狀缺陷或多重缺陷。 LS 值為:當板厚6mm≤t<20mm 時LS=t,當板厚t≥20mm 時,LS=20mm。

      (4)缺陷波高HF 位于GB11345-89 標準I 區(qū)(含評定線)時,當缺陷指示長度ΔL≤Ld 時,如A 掃描顯示一個光圓波,可定為點狀缺陷,否則定為線狀或平面狀缺陷或多重缺陷;當缺陷指示長度ΔL>Ld 時可定為線狀或平面狀缺陷或多重缺陷。Ld 值為: 當板厚6mm≤t<30mm 時Ld=t, 當板厚6mm≤t <30mm 時,Ld=30mm。

      (5)定為線狀或平面狀缺陷或多重缺陷后,再進一步測定缺陷平面和深度位置、缺陷高度、定向反射特性、缺陷傾斜度、靜態(tài)波形、動態(tài)波形,然后結(jié)合工件結(jié)構(gòu)、坡口形式、材料、焊接工藝和焊接方法及探頭掃查方式,進行綜合判斷,最終定出缺陷的實際性質(zhì)。 當測定時找不到缺陷端點衍射波或端點最大反射波時,可采用6dB 法測定。 當用6dB 波測定缺陷自身高度時還應對缺陷高度進行適當修正。 缺陷定向反射可按下列方法測定:采用相同頻率不同入射角(入射角差值應≥10°)的橫波探頭探測同一缺陷,分別測得來自同一缺陷的最高反射波(記為Hmax和Hmin),若Hmax-Hmin)≥9dB,則認為該缺陷具有定向反射性,應進一步測定其傾斜度。 在測試缺陷定向反射時,應確保母材兩面平行,聲波掃查通過的母材區(qū)無影響評定的缺陷,當兩種不同角度的探頭探測時,如聲程不同, 應對聲程不同引起的材質(zhì)衰減dB 差和距離波幅dB 差進行修正。

      2 儀器及探頭性能的影響

      儀器和探頭性能的優(yōu)劣,對缺陷定量精度影響很大。 儀器的垂直線性、衰減器精度、頻率、探頭形式、晶片尺寸、折射角大小等都直接影響回波高度。 因此,在檢測時,除了要選擇垂直線性好、衰減器精度高的儀器外,還要注意頻率、探頭形式、晶片尺寸、折射角的選擇。

      3 耦合與衰減的影響

      耦合的影響:超聲波檢測中,耦合劑的聲阻抗和耦合層厚度對回波高度有較大的影響。 因此,在實際檢測中耦合劑的聲阻抗, 對探頭施加的壓力大小都會影響缺陷回波高度,進而影響缺陷定量。

      衰減的影響:實際工件是存在介質(zhì)衰減的,由介質(zhì)衰減引起的分貝差Δ=2αx 可知衰減系數(shù)α 較大或距離x 較大時,由此引起的衰減Δ 也較大。這時如果仍不考慮介質(zhì)衰減的影響,那么定量精度勢必受到影響。 因此在檢測精粒較粗大和大型工件時,應測定材質(zhì)的衰減系數(shù)α,并在定量計算時考慮介質(zhì)衰減的影響,以便減少定量誤差。

      4 試件幾何形狀和尺寸的影響

      試件底面形狀不同,回波高度不一樣,凸曲面使反射波發(fā)散,回波降低;凹曲面使反射波聚焦,回波升高。實際檢測中應綜合考慮上述因素對定量的影響, 否則會使定量誤差增加。

      試件底面與探測面的平行度以及底面的光潔度、干凈程度也對缺陷定量有較大的影響。 當試件底面與探測面不平行、底面粗糙或沾有水跡、油污時將會使底波下降,這樣利用底波調(diào)節(jié)的靈敏度將會偏高,缺陷定量誤差增加;試件尺寸的大小對缺陷定量也有一定的影響。

      5 缺陷的影響

      5.1 缺陷形狀的影響: 試件中實際缺陷的形狀是多種多樣的,缺陷的形狀對其回波波高有很大影響

      平面形缺陷波高與缺陷面積成正比,與波長的平方和距離成反比。 對于各種形狀的點狀缺陷,當尺寸很小時,缺陷形狀對波高的影響就變得很小。 當點狀缺陷直徑遠小于波長時,缺陷波高正比于缺陷平均直徑的三次方,即隨缺陷大小的變化十分急劇。 缺陷變小時,波高急劇下降,很容易下降到檢測儀不能發(fā)現(xiàn)的程度。

      5.2 缺陷方位的影響:在實際缺陷表面相對于超聲波入射方向往往不垂直,因此對缺陷尺寸估計偏小的可能性很大

      聲波垂直缺陷表面時缺陷波最高。 當有傾角時,缺陷波高隨入射角的增大而急劇下降。

      5.3 缺陷波的指向性: 缺陷波高與缺陷波的指向性有關(guān),缺陷波的指向性與缺陷大小有關(guān),而且差別較大

      當缺陷直徑大于波長的3 倍時,不論垂直入射還是傾斜入射,都可把缺陷對聲波的反射看成是鏡面反射。 當缺陷直徑小于波長的3 倍時, 缺陷對聲波的反射不能看成鏡面反射,這時缺陷波能量呈球形分布,垂直入射和傾斜入射都有大致相同的反射指向性。 表面光滑與否,對反射波指向性已無影響。 因此,檢測時傾斜入射也能發(fā)現(xiàn)這種缺陷。

      5.4 缺陷表面粗糙度的影響:缺陷表面光滑與否,用波長衡量

      如果表面凹凸不平的高度差小于1/3 波長, 就可認為該表面是平滑的,這樣的表面反射聲束類似鏡子反射光束。 否則就是粗糙表面。

      5.5 缺陷性質(zhì)的影響:缺陷回波波高受缺陷性質(zhì)的影響

      聲波在界面的反射率是由界面兩邊介質(zhì)的聲阻抗決定的。 當兩邊聲阻抗差異較大時,近似地可認為是全反射,反射聲波強。 當差異較小時,就有一部分聲波透射,反射聲波變?nèi)酢?所以,試件中性能不同,大小相同的缺陷波波高不同。

      通常含氣體的缺陷,如鋼中的白點、氣孔等,其聲阻抗與鋼聲阻抗相差很大, 可以近似地認為聲波在缺陷表面是全反射。 但是,對于非金屬夾雜物等缺陷,缺陷與材料之間的聲阻抗差異很小,透射的聲波已不能忽略,缺陷波高相應降低。

      5.6 缺陷位置的影響:缺陷波高還與缺陷位置有關(guān)

      缺陷位于近場區(qū)時, 同樣大小的缺陷隨位置起伏變化,定量誤差大。 所以,實際檢測中總是盡量避免在近場區(qū)檢測定量。

      6 結(jié)束語

      總之,鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟中至關(guān)重要的部分。 通過無損檢測對鋼結(jié)構(gòu)焊縫進行檢測顯得尤為重要。

      [1]文永忠. 鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測缺陷的處理[J].工程質(zhì)量,2004(9):51.

      [2]王超.鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量驗收方案的制定[J].無損檢測,2001(4):26-28.

      [3]羅旭輝.鋼結(jié)構(gòu)焊縫的超聲檢測[J].廣州建筑,2002(1):7-10.

      [4]中國機械工程學會無損檢測分會.射線檢測[M].機械工業(yè)出版社,2006.

      [5]邸新杰,李午申,梁志芳.焊接缺陷早期檢測診斷的新方法[J].焊管,2004.

      [6]文永忠.鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測缺陷的處理[J].工程質(zhì)量,2004,12(9):51.

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