脈沖反射法和衍射時(shí)差組合法在環(huán)向?qū)雍缚p檢測(cè)中的應(yīng)用

田國(guó)良,孫　磊

(1.葫蘆島市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所, 葫蘆島 125001;2.安徽津利能源科技發(fā)展有限責(zé)任公司, 合肥 231281)

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脈沖反射法和衍射時(shí)差組合法在環(huán)向?qū)雍缚p檢測(cè)中的應(yīng)用

田國(guó)良1,孫磊2

(1.葫蘆島市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所, 葫蘆島 125001;2.安徽津利能源科技發(fā)展有限責(zé)任公司, 合肥 231281)

摘要：分析了脈沖反射法(PE)和超聲波衍射時(shí)差法(TOFD)組合檢測(cè)方法的特點(diǎn)和原理，介紹了PE和TOFD組合檢測(cè)方法在環(huán)向?qū)雍缚p檢測(cè)中的應(yīng)用。通過(guò)多種檢測(cè)方法對(duì)預(yù)制缺陷進(jìn)行檢測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)該組合檢測(cè)技術(shù)不僅能合理地分析評(píng)定缺陷，又能極大地提高檢測(cè)效率。PE和TOFD檢測(cè)技術(shù)的組合應(yīng)用，不僅能控制產(chǎn)品質(zhì)量，又能保證缺陷檢出率和檢出效果。

關(guān)鍵詞：脈沖反射法;衍射時(shí)差法;組合檢測(cè)技術(shù);環(huán)向?qū)雍缚p;預(yù)制缺陷

超聲波衍射時(shí)差法(Time of Flight Diffraction, TOFD)自1975年在英國(guó)問(wèn)世以來(lái)，受到人們的普遍重視,并將其應(yīng)用于焊縫的檢測(cè)中。近年來(lái)， TOFD檢測(cè)方法在我國(guó)石化、電力及特種設(shè)備等行業(yè)已經(jīng)普遍應(yīng)用。TOFD方法的優(yōu)勢(shì)是測(cè)量缺陷的高度，為斷裂力學(xué) “工程臨界分析”[1](Engineering Critical Assessment, ECA)的評(píng)判提供關(guān)鍵性指標(biāo)，但實(shí)際應(yīng)用中也暴露出很多不足：① 在工件上下表面存在檢測(cè)盲區(qū)。② 檢測(cè)效率低。

TOFD方法有平行掃查和非平行掃查兩種方式，平行掃查檢測(cè)效率極低，但定量精度高;非平行掃查檢測(cè)速度快，但不能判定缺陷在焊縫的哪一側(cè)，定位困難，有時(shí)需要進(jìn)行多次掃查才能確定缺陷的位置，檢測(cè)效率低，檢測(cè)中常采用非平行掃查方式。

TOFD方法基于非幅度法進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)缺陷的檢出率遠(yuǎn)高于手動(dòng)超聲波檢測(cè)、自動(dòng)超聲波檢測(cè)及射線檢測(cè)等檢測(cè)方法。其可以檢出不同大小的缺陷，但增加了缺陷評(píng)定的難度，如果控制不好返修率相當(dāng)高，甚至有的缺陷返修后檢測(cè)不出。

因此，必須采用合理的方法與TOFD方法組合使用才能體現(xiàn)出TOFD方法的特點(diǎn)，也就是說(shuō)采用幅度法與非幅度法組合檢測(cè)環(huán)向?qū)雍缚p有著十分重要的意義。

1組合檢測(cè)方法

1.1組合檢測(cè)方法的概念

組合檢測(cè)方法是指組合使用幅度法與非幅度法對(duì)環(huán)向?qū)雍缚p進(jìn)行檢測(cè)的方法。幅度法就是超聲脈沖反射法(Pulse-echo, PE)。PE方法包括相控陣超聲檢測(cè)(Phased Array Ultrasonic Testing, PAUT)和手動(dòng)超聲檢測(cè)(Manual Ultrasonic Testing, MUT)。非幅度法就是TOFD方法，是利用缺陷尖端衍射的低幅度縱波進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)定反射體尺寸的一種特殊的檢測(cè)方法。

1.2幅度法和非幅度法組合檢測(cè)方法的特點(diǎn)組合檢測(cè)方法中的PE是以PAUT技術(shù)為主。PE和TOFD組合有兩種方式，第一種方式是PAUT方法中的線形掃描與TOFD方法組合，就是常說(shuō)的全自動(dòng)相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)(Automatic Ultrasonic Testing, AUT)，該組合方式主要用于檢測(cè)油氣長(zhǎng)輸管道環(huán)向?qū)雍缚p；第二種方式是PAUT方法中的扇形掃描與TOFD方法組合，就是多組掃查全自動(dòng)相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)(Multiple Group Automatic Ultrasonic Testing, MGAUT)。該組合方式主要用于檢測(cè)鍋爐、壓力容器及管道等的環(huán)向?qū)雍缚p。

PE和TOFD組合方法采用線性掃查方式，如圖1所示。該掃查方式可借助于裝有探頭的機(jī)械掃查器沿著精確定位的軌道滑動(dòng)來(lái)完成，也可采用手動(dòng)方式推動(dòng)掃查器完成。其具有檢測(cè)速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低和檢測(cè)效率高的優(yōu)點(diǎn)。

圖1　線性掃查方式示意

PE和TOFD組合應(yīng)用能彌補(bǔ)TOFD方法的不足,能解決TOFD的盲區(qū)、缺陷定位及缺陷評(píng)定困難的問(wèn)題。PE和TOFD組合方法以圖像的形式顯示檢測(cè)結(jié)果，即采用A掃描、B掃描及TOFD等三種顯示方式，且可在同一個(gè)界面上顯示，并能實(shí)時(shí)分析檢測(cè)結(jié)果。

2實(shí)際應(yīng)用

2.1采用線形掃描與TOFD方法組合應(yīng)用

2.1.1AUT的概念

所謂AUT就是將焊縫沿厚度方向分成若干個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)用一對(duì)或兩對(duì)聚焦聲束檢測(cè)，同時(shí)還采用非聚焦聲束檢測(cè)，因此要求檢測(cè)系統(tǒng)是多通道；檢測(cè)結(jié)果以圖像形式顯示，分為A掃描(也叫帶狀圖)、B掃描及TOFD三種顯示方式；掃查器在管道環(huán)向自動(dòng)掃查、自動(dòng)聲耦合，即可對(duì)整個(gè)焊縫厚度方向的分區(qū)進(jìn)行全面檢測(cè)，自動(dòng)將檢測(cè)結(jié)果和聲耦合顯示在圖像上。

2.1.2AUT應(yīng)用示例

現(xiàn)以規(guī)格為φ1 016 mm×21 mm的管子焊縫內(nèi)預(yù)制表面開(kāi)口裂紋、坡口未熔合、根部未焊透及層間未熔合缺陷為例，分別采用AUT、MUT及射線檢測(cè)(Radiographic Testing, RT)對(duì)該焊縫進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，以驗(yàn)證AUT的合理性。

(1) 表面開(kāi)口裂紋缺陷與解剖驗(yàn)證

表面開(kāi)口裂紋缺陷見(jiàn)圖2，裂紋規(guī)格為30 mm×0.3 mm×5 mm,缺陷長(zhǎng)度誤差為±5 mm,深度誤差為±1 mm,自身高度誤差為±1 mm。AUT方法檢測(cè)示意見(jiàn)圖3(采用2個(gè)線性相控陣探頭，參數(shù)為7.5 MHz、60個(gè)晶片，p=1 mm，e=0.9 mm，以下同。其中p為相鄰兩個(gè)晶片中心線之間的距離;e為晶片寬度)，MUT(探頭參數(shù)為:頻率2.5 MHz，K=2，探頭規(guī)格10 mm×10 mm，前沿10.5 mm，以下同)、RT及解剖試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖2　表面開(kāi)口裂紋缺陷示意

表面開(kāi)口裂紋缺陷解剖實(shí)測(cè)自身高度為5.0 mm，寬度為0.1 mm。AUT在TOFD通道和表面B掃描通道中有裂紋缺陷顯示。按TOFD測(cè)量其深度為5.09 mm，長(zhǎng)度為35.3 mm。按B掃描測(cè)量其深度為4.3 mm，長(zhǎng)度為33 mm，幅度為75.7%。MUT方法測(cè)得其長(zhǎng)度為30 mm，深度為0 mm，幅度為SL+4.3 dB。射線檢測(cè)測(cè)得缺陷長(zhǎng)度為34 mm。檢測(cè)結(jié)果分析如下:

① AUT、MUT和RT三種檢測(cè)方法均能檢測(cè)出表面開(kāi)口裂紋缺陷。

② 從解剖圖看，表面開(kāi)口裂紋缺陷應(yīng)使AUT中TOFD通道的直通波斷開(kāi)，而事實(shí)上未斷開(kāi)，緊靠近直通波處有弱顯示，說(shuō)明TOFD技術(shù)存在“透聲”現(xiàn)象。故借助于B掃描通道計(jì)算出缺陷自身高度為4.3 mm。

圖3　AUT方法檢測(cè)表面開(kāi)口裂紋缺陷示意

圖4　表面開(kāi)口裂紋缺陷的MUT、RT及解剖結(jié)果

③ 在焊縫的上游端和下游端體積通道上均有顯示，且焊縫表面余高圖像有明顯的斷開(kāi)，說(shuō)明該缺陷位于焊縫中心附近、靠近焊縫表面，再結(jié)合該缺陷的深度，可估判該缺陷為表面開(kāi)口裂紋。

④ 在TOFD通道中表面開(kāi)口裂紋缺陷存在透聲現(xiàn)象，無(wú)法測(cè)量自身高度，按JB/T 4730.10-2010[2]評(píng)定為Ⅱ級(jí)。MUT測(cè)量結(jié)果按JB/T4730.3-2005[3]評(píng)定為Ⅰ級(jí)。AUT中B掃描測(cè)量結(jié)果按SY/T0327-2003[4]評(píng)定為不合格。MUT幅度較低，這是因?yàn)镸UT采用一種角度的聲束進(jìn)行檢測(cè)，而AUT使用A掃描、B掃描和TOFD檢測(cè)三種方法，并且采用不同角度聲束檢測(cè)表面開(kāi)口裂紋缺陷。

⑤ 若按TOFD方法對(duì)表面開(kāi)口裂紋缺陷的評(píng)定是允許的，但就其性質(zhì)而言是絕對(duì)不允許的。由此可見(jiàn)，對(duì)該缺陷的評(píng)定PE方法更合理，TOFD方法可能會(huì)產(chǎn)生誤評(píng)的現(xiàn)象。

(2) 填充區(qū)坡口未熔合缺陷與解剖驗(yàn)證

填充區(qū)坡口未溶合缺陷示意見(jiàn)圖5，AUT檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖6，MUT、RT及解剖試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7。缺陷尺寸為30 mm×3 mm×4 mm。

圖5　填充區(qū)坡口未熔合缺陷示意

從解剖圖可見(jiàn)，該填充區(qū)坡口未熔合缺陷實(shí)測(cè)自身高度為3.8 mm。AUT在帶狀圖上測(cè)量其長(zhǎng)度為27 mm，深度為2.94 mm，自身高度為5.88 mm，幅度為100%。在TOFD通道上測(cè)量其深度為5.1 mm，長(zhǎng)度為29 mm，自身高度為4.28 mm。MUT方法測(cè)得其長(zhǎng)度為23 mm，深度為6.3 mm，幅度為SL+0.2 dB。RT測(cè)得其長(zhǎng)度為26 mm。檢測(cè)結(jié)果分析如下:

① AUT、MUT和RT三種檢測(cè)方法均能檢測(cè)出填充區(qū)坡口未熔合缺陷。

② 由解剖結(jié)果可得，采用TOFD方法測(cè)量缺陷自身高度的準(zhǔn)確性，遠(yuǎn)高于PE方法。

③ 該缺陷在上游端的帶狀圖和B掃描中有顯示，而在下游端帶狀圖中無(wú)顯示，說(shuō)明該缺陷位于焊縫的上游端。在帶狀圖上顯示的時(shí)間門(mén)位置處于熔合線上，故可判定為填充區(qū)坡口未熔合缺陷。

圖6　AUT方法檢測(cè)填充區(qū)坡口未熔合缺陷示意

圖7　填充區(qū)坡口未熔合缺陷的MUT、RT及解剖結(jié)果

圖9　AUT方法檢測(cè)根部未焊透缺陷示意

④ 填充區(qū)坡口未熔合缺陷按JB/T 4730.10-2010評(píng)定為Ⅲ級(jí),按SY/T 0327-2003評(píng)定為不合格。按JB/T 4730.3-2005評(píng)定為Ⅰ級(jí)。但MUT幅度很低，這是因?yàn)镸UT采用自發(fā)自收式的檢測(cè)方法，而AUT中采用串列式的檢測(cè)方法。

⑤ 對(duì)此類(lèi)缺陷的評(píng)定要體現(xiàn)出TOFD測(cè)量缺陷自身高度的優(yōu)勢(shì)，這是PE方法和RT方法所不及的。

圖8　根部未焊透缺陷示意

(3) 根部未焊透缺陷與解剖驗(yàn)證

根部未焊透缺陷示意見(jiàn)圖8，AUT檢測(cè)示意見(jiàn)圖9,MUT和RT及解剖試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖10,根部未焊透缺陷尺寸為40 mm×2.5 mm×1.6 mm。

圖10　根部未焊透缺陷的MUT、RT及解剖結(jié)果

圖12　AUT方法檢測(cè)填充區(qū)層間未熔合示意

根部未焊透缺陷解剖實(shí)測(cè)自身高度為3.0 mm，寬度為0.3 mm。在AUT的A掃描和B掃描中有顯示，通過(guò)帶狀圖測(cè)量其長(zhǎng)度為38 mm，深度為19.4 mm，缺陷自身高度為1.6 mm，幅度為100%,在TOFD通道中無(wú)顯示。MUT結(jié)果為缺陷長(zhǎng)度為46 mm，深度為20.1 mm，幅度為SL+8.0 dB。RT測(cè)得其長(zhǎng)度為38 mm。檢測(cè)結(jié)果分析如下:

① AUT、MUT和RT三種檢測(cè)方法均能檢測(cè)出根部未焊透缺陷。

② 在AUT的TOFD通道上該缺陷未顯示，處于TOFD下表面盲區(qū)中，但從帶狀圖和B掃描圖像上看，該缺陷在根部各通道上對(duì)稱(chēng)顯示，可判定該缺陷位于焊縫根部，且在帶狀圖中顯示的時(shí)間門(mén)位置處于焊縫中心線附近，進(jìn)而可估判該缺陷為根部未焊透。

③ 根部未焊透缺陷在TOFD通道中沒(méi)有顯示，按JB/T 4730.10-2010評(píng)定為Ⅰ級(jí)，在AUT的帶狀圖通道有顯示，其測(cè)量結(jié)果按SY/T 0327-2003評(píng)定為不合格。MUT按JB/T 4730.3-2005評(píng)定為Ⅲ級(jí)。由此可見(jiàn)，對(duì)該缺陷的評(píng)定PE方法比TOFD方法合理。

④ 由AUT結(jié)果看，一次掃查可以解決TOFD盲區(qū)需要補(bǔ)充檢測(cè)和缺陷定位困難的問(wèn)題，又解決了缺陷評(píng)定困難的問(wèn)題，加快了掃查速度，極大地提高了檢測(cè)效率。

(4) 填充區(qū)層間未熔合缺陷與解剖驗(yàn)證

填充區(qū)層間未熔合缺陷示意見(jiàn)圖11，AUT檢測(cè)方法見(jiàn)圖12，MUT、RT及解剖試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖13,缺陷尺寸為20 mm×1 mm×5 mm。

圖11　填充區(qū)層間未熔合缺陷示意

從解剖圖可見(jiàn)，層間未熔合缺陷實(shí)測(cè)自身高度為0.3 mm。AUT僅在TOFD通道上有顯示，測(cè)量其長(zhǎng)度為30.2 mm，深度為12.76 mm。MUT方法測(cè)得其長(zhǎng)度為22 mm，深度為13.5 mm，幅度為SL-6.3 dB。射線方法未檢測(cè)出層間未熔合缺陷。檢測(cè)結(jié)果分析如下:

① AUT和MUT均能檢測(cè)出填充區(qū)層間未熔合缺陷，而RT沒(méi)有檢測(cè)出。但MUT幅度很低，這是因?yàn)镸UT采用一種角度探頭檢測(cè)，受缺陷的方向影響嚴(yán)重。

圖13　填充區(qū)層間未熔合缺陷的MUT、RT及解剖結(jié)果

② 由于填充區(qū)層間未熔合缺陷自身高度很小(小于2 mm)，在TOFD通道上無(wú)法分辨該缺陷的上下兩個(gè)端點(diǎn)，即顯示為一條亮線，所以不能測(cè)量該缺陷的自身高度。

③ 該缺陷僅在AUT中TOFD通道上有顯示，而在帶狀圖和B掃描通道上沒(méi)有顯示。這是因?yàn)槿毕莸淖呦驅(qū)OFD方法沒(méi)有影響，但對(duì)PE方法影響較大。

④ 該缺陷只能判定為埋藏缺陷，按JB/T 4730.3-2005評(píng)定為Ⅰ級(jí)，按SY/T 0327-2003評(píng)定為合格,按JB/T 4730.10-2010評(píng)定為Ⅱ級(jí)。

⑤ 由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知，層間未熔合缺陷在分層焊接中經(jīng)常出現(xiàn)，若按ECA評(píng)定其危害性很小，如返修基本上看不到該缺陷，必須找到合理的評(píng)定方法，才能避免不必要的返修。綜上所述，對(duì)此類(lèi)缺陷的評(píng)定PE方法是最佳的方法。

2.2采用扇形掃描與TOFD方法組合應(yīng)用

2.2.1MG-AUT的概念

MG-AUT就是將焊縫沿厚度方向分成若干區(qū)，每個(gè)區(qū)用一對(duì)扇形掃描聲束檢測(cè)，且每個(gè)區(qū)均可制作距離-波幅曲線(Distance Amplitude Curve, DAC)，同時(shí)還采用TOFD聲束檢測(cè)，因此要求檢測(cè)系統(tǒng)是多通道；檢測(cè)結(jié)果以圖像形式顯示，采用主視圖、俯視圖及TOFD等顯示方式；掃查器平行于焊縫方向檢測(cè)時(shí)，即可對(duì)整個(gè)焊縫厚度方向的分區(qū)進(jìn)行全面檢測(cè)，并自動(dòng)將檢測(cè)結(jié)果和聲耦合顯示在圖像上。

2.2.2MG-AUT應(yīng)用示例

現(xiàn)以1 000 mm×650 mm×132 mm的試件焊縫內(nèi)預(yù)制下表面裂紋、中間未焊透及上表面裂紋缺陷為例，分別采用MG-AUT、MUT及RT對(duì)該焊縫進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，以驗(yàn)證MG-AUT的先進(jìn)性及可靠性。

(1) 下表面裂紋缺陷

下表面裂紋缺陷示意見(jiàn)圖14，MG-AUT方法檢測(cè)見(jiàn)圖15(采用2個(gè)線性相控陣探頭，參數(shù)為5 MHz、32個(gè)晶片，p=0.5 mm，e=0.4 mm，一次激發(fā)32晶片，表面補(bǔ)償6 dB。3對(duì)TOFD探頭，頻率為5 MHz和2.5 MHz，直徑為6 mm，折射角度為70°、60°和45°，以下同)，MUT(按JB/T 4730.3-2005 B級(jí)要求檢測(cè)，探頭頻率為2.5 MHz，晶片尺寸為10 mm×16 mm，K值為1和1.5，前沿13 mm，表面補(bǔ)償4 dB,以下同)及RT檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖16。下表面裂紋規(guī)格為33 mm×0.5 mm×9 mm。

圖14　下表面裂紋缺陷示意

圖15　MG-AUT方法檢測(cè)下表面裂紋示意

圖16　MUT和RT方法檢測(cè)下表面裂紋缺陷結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果分析為:

在MG-AUT中的West-Group1通道、East-Group1通道(West通道和East通道代表焊縫兩側(cè)。Group1代表一次波檢測(cè)，扇形角度范圍為56°～71°。Group2代表二次波檢測(cè)，扇形角度范圍為38°～54°,以下同)和TOFD通道中均有下表面裂紋缺陷的顯示。

在West-Group1通道：測(cè)其長(zhǎng)度為33 mm，深度為124.8 mm，幅度為DAC+13.7 dB，處于Ⅲ區(qū)。在Eest-Group1通道：測(cè)其長(zhǎng)度為30 mm，深度為129.9 mm，幅度為DAC+14.2dB，處于Ⅲ區(qū)。在TOFD-132 mm-3通道：測(cè)量其長(zhǎng)度為30 mm，深度為118.6 mm。

采用K1探頭從正面檢測(cè)：測(cè)量其長(zhǎng)度為25 mm,深度為128 mm,幅度為SL+2 dB,位于Ⅱ區(qū)。采用K1.5探頭檢測(cè)：測(cè)量其長(zhǎng)度為30 mm,深度為130 mm,幅度為SL+8 dB,位于Ⅱ區(qū)。 從反面檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)該缺陷。

RT底片上顯示其長(zhǎng)度為35 mm。

檢測(cè)結(jié)果分析如下:

① MG-AUT、MUT及RT三種檢測(cè)方法均能檢測(cè)出下表面裂紋缺陷。

② 下表面裂紋缺陷在TOFD-132 mm-3通道有一條亮線顯示，底面反射波沒(méi)有斷開(kāi)，故可判定為內(nèi)部缺陷。在West-Group1通道和East-Group1通道上有顯示，位于焊縫下表面，在合成通道Overlap上顯示為V形，故可判定為下表面開(kāi)口型缺陷，見(jiàn)圖17。在West-Group1通道測(cè)量該缺陷自身高度為11.2 mm，且距焊縫中心線為5.9 mm，說(shuō)明該缺陷位于East探頭側(cè)。

圖17　在Overlap通道上顯示V形

③ MUT采用雙面四側(cè)掃查，兩種K值探頭，共計(jì)檢測(cè)8遍，勞動(dòng)強(qiáng)度很大，檢測(cè)效率很低。而MG-AUT采用扇形掃描和TOFD進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)一遍即可完成整個(gè)焊縫的掃查。

④ 對(duì)TOFD-132 mm-3通道測(cè)量結(jié)果，按JB/T 4730.10-2010評(píng)定為I級(jí)。對(duì)West-Group1和East-Group1通道測(cè)量的結(jié)果，按JB/T 4730.3-2005評(píng)定為Ⅲ級(jí)。對(duì)MUT測(cè)量結(jié)果，按JB/T 4730.3-2005評(píng)定為I級(jí)。這是因?yàn)镸G-AUT中的扇形掃描采用多種角度聲束進(jìn)行檢測(cè)。

⑤ 綜上所述，僅按TOFD通道對(duì)該缺陷進(jìn)行評(píng)定會(huì)造成誤判，只有將West通道、East通道與TOFD通道結(jié)合起來(lái)評(píng)定，才能判定該缺陷為下表面開(kāi)口裂紋，不會(huì)造成誤判和漏評(píng)。由此可見(jiàn)，不論在缺陷的評(píng)定上還是在檢測(cè)效率上,MG-AUT技術(shù)都具有優(yōu)勢(shì)。

(2) 根部未焊透缺陷

根部未焊透缺陷示意見(jiàn)圖18，MG-AUT檢測(cè)示意見(jiàn)圖19，MUT及RT檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖20。缺陷規(guī)格為70 mm×4 mm×8 mm。

圖18　根部未焊透缺陷示意

圖19　MG-AUT方法檢測(cè)根部未焊透缺陷

圖20　MUT和 RT方法檢測(cè)根部未焊透缺陷結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果為:

在MG-AUT中的West-Group2通道、East-Group2通道和TOFD-132 mm-3通道中均有根部未焊透缺陷的顯示。

在West-Group2通道：測(cè)其長(zhǎng)度為70 mm，深度為82.2 mm，自身高度為11.7 mm，距焊縫中心線為2.2 mm，幅度為DAC+0.5 dB，處于Ⅱ區(qū)。

在TOFD-132 mm-3通道：測(cè)量其長(zhǎng)度為71.1 mm，深度為78.7 mm，自身高度為8.5 mm。

采用K1探頭從正面檢測(cè)：測(cè)量其長(zhǎng)度為100 mm,深度為90 mm,幅度為SL+2 dB,位于Ⅱ區(qū)。采用K1.5探頭檢測(cè)：測(cè)量其長(zhǎng)度為105 mm,深度為81 mm,幅度為SL+8dB,位于Ⅱ區(qū)。

采用K1探頭從反面檢測(cè)：測(cè)量其長(zhǎng)度為95 mm,深度為55 mm,幅度為SL+4 dB,位于Ⅱ區(qū)。采用K1.5探頭檢測(cè)：測(cè)量其長(zhǎng)度為98 mm,深度為57 mm,幅度為SL+2 dB,位于Ⅱ區(qū)。

RT底片上顯示其長(zhǎng)度為75 mm。

檢測(cè)結(jié)果分析如下:

① MG-AUT、MUT及RT三種檢測(cè)方法均能檢測(cè)出根部未焊透缺陷。

② 在TOFD-132 mm-3通道上測(cè)量根部未焊透缺陷自身高度為8.5 mm。在West-Group2通道測(cè)量該缺陷自身高度為11.7 mm。說(shuō)明TOFD測(cè)量缺陷自身高度比PE方法更準(zhǔn)確。

③ 該缺陷在West-Group2通道和East-Group2通道上顯示明顯，且來(lái)自于深度80 mm左右。在West-Group2通道測(cè)量缺陷距焊縫中心線為2.2 mm，說(shuō)明該缺陷位于焊縫中心線附近。

④ 對(duì)TOFD-132 mm-3通道測(cè)量結(jié)果，按JB/T 4730.10-2010評(píng)定為Ⅲ級(jí)。對(duì)West-Group2通道測(cè)量的結(jié)果，按JB/T 4730.3-2005評(píng)定為Ⅱ級(jí)。對(duì)MUT測(cè)量結(jié)果，按JB/T 4730.3-2005評(píng)定為Ⅲ級(jí)。

⑤ 可見(jiàn)，對(duì)此類(lèi)缺陷的評(píng)定，按TOFD方法評(píng)定是最科學(xué)、最合理的。

(3) 上表面裂紋缺陷

上表面裂紋缺陷示意見(jiàn)圖21，MG-AUT檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖22，MUT及RT檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖23。缺陷規(guī)格為33 mm×0.5 mm×9 mm。

圖21　上表面裂紋缺陷的示意

圖22　MG-AUT方法檢測(cè)上表面裂紋缺陷示意

圖23　 MUT和RT方法檢測(cè)上表面裂紋缺陷結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果為:

在MG-AUT中的West-Group2通道、East-Group2通道和TOFD-132 mm-1通道中均有上表面裂紋缺陷的顯示。

在West-Group2通道：測(cè)其長(zhǎng)度為33 mm，深度為3 mm，幅度為DAC+8.2dB,處于Ⅲ區(qū)。在TOFD-132 mm-1通道：測(cè)量其長(zhǎng)度為34 mm，深度為0 mm，自身高度為9.8 mm。

從正面檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)上表面裂紋缺陷。采用K1探頭從反面檢測(cè)：測(cè)量其長(zhǎng)度為40 mm,深度為129 mm,幅度為SL+5 dB,位于Ⅱ區(qū)。采用K1.5探頭檢測(cè)：測(cè)量其長(zhǎng)度為36 mm,深度為127 mm,幅度為SL+8 dB,位于Ⅱ區(qū)。

RT底片上顯示其長(zhǎng)度為35 mm。

檢測(cè)結(jié)果分析如下:

① MG-AUT、MUT及RT三種檢測(cè)方法均能檢測(cè)出上表面裂紋缺陷。

② 在TOFD-132 mm-1通道上上表面裂紋缺陷顯示的直通波斷開(kāi)，可判斷為表面開(kāi)口缺陷，但不能判斷出該缺陷是來(lái)源于焊縫上還是母材上，以及位于焊縫哪一側(cè)。

③ 表面裂紋缺陷在West-Group2通道和East-Group2通道上有顯示，說(shuō)明該缺陷位于焊縫中心附近；該缺陷深度為3 mm，來(lái)自于焊縫上表面。在West-Group2通道上測(cè)量該缺陷距焊縫中心線為11.3 mm，說(shuō)明位于East探頭側(cè)。

④ 對(duì)TOFD-132 mm-1通道測(cè)量，按JB/T 4730.10-2010評(píng)定為Ⅲ級(jí)。對(duì)West-Group2通道測(cè)量的結(jié)果，按JB/T 4730.3-2005評(píng)定為Ⅲ級(jí)。對(duì)MUT測(cè)量結(jié)果，按JB/T 4730.3-2005評(píng)定為Ⅰ級(jí)。

3檢測(cè)方法對(duì)比

3.1TOFD方法優(yōu)缺點(diǎn)

3.1.1優(yōu)點(diǎn)

TOFD方法不受缺陷的走向影響，故檢出率較高。測(cè)量缺陷自身高度準(zhǔn)確可靠。表面直通波和底面反射波斷開(kāi)或變形時(shí)，可判為開(kāi)口形缺陷。

3.1.2缺點(diǎn)

TOFD方法在被檢件上下表面存在盲區(qū),存在“透聲”現(xiàn)象。采用非平行掃查時(shí)，無(wú)法確定缺陷位于焊縫的哪一側(cè)，給焊縫返修增加難度。

3.2PE方法的優(yōu)缺點(diǎn)

PE方法對(duì)缺陷的檢出無(wú)一漏檢。MUT采用單一角度的聲束檢測(cè)，PAUT采用多種角度的聲束檢測(cè)。但PE方法受缺陷的走向、缺陷的尺寸、聲束的角度及標(biāo)準(zhǔn)的閾值等影響，使得某些不合格缺陷未達(dá)到判廢要求。

3.3AUT和MG-AUT方法的優(yōu)缺點(diǎn)

3.3.1優(yōu)點(diǎn)

(1) 采用PA技術(shù)中線形掃描或扇形掃描與TOFD技術(shù)組合檢測(cè)焊縫。

(2) 容易判定缺陷的位置，并能估判缺陷的性質(zhì)。

(3) 采用PE方法與TOFD方法綜合評(píng)定缺陷，提高了評(píng)定缺陷的準(zhǔn)確性及檢測(cè)結(jié)論的科學(xué)合理性。

(4) 檢測(cè)速度快，效率高，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.3.2缺點(diǎn)

(1) 采用分區(qū)法進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)用的空間有限。AUT方法適用于母材厚度為6～50 mm環(huán)向焊縫的檢測(cè)，MG-AUT方法適用于母材厚度為12～150 mm環(huán)向焊縫的檢測(cè)。

(2) 調(diào)試復(fù)雜，對(duì)檢測(cè)人員素質(zhì)要求高。

3.4RT方法的優(yōu)缺點(diǎn)

RT方法對(duì)缺陷顯示直觀、容易定性。但限于檢測(cè)方法的局限性、射線束的角度以及缺陷的尺寸，RT方法無(wú)法檢出填充區(qū)層間未熔合缺陷。

4結(jié)語(yǔ)

從實(shí)際應(yīng)用看，每種檢測(cè)方法都有其局限性，如RT方法對(duì)線形和面積型缺陷不敏感，檢出率低；PE方法對(duì)體積型缺陷檢出率不高且受缺陷方向影響；TOFD方法存在檢測(cè)盲區(qū)、缺陷定位及評(píng)定困難等缺點(diǎn)。只有將PE方法和TOFD方法組合應(yīng)用才能合理地分析評(píng)定缺陷和減少不必要的返修，同時(shí)又能極大地提高檢測(cè)效率。

綜上所述，采用AUT、MG-AUT方法明顯優(yōu)于單獨(dú)使用PE檢測(cè)方法或TOFD檢測(cè)方法。因此，使用AUT、MG-AUT方法，能保證工件環(huán)向?qū)雍缚p的缺陷檢出率和檢出效果。

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Combination of Pulse-echo and TOFD Techniques in Circumferential Butt Weld Inspection

TIAN Guo-liang1, SUN Lei2

(1.Huludao Special Equipment Supervision and Inspection Institute, Huludao 125001, China;2.Anhui Jinli Energy Technology Development Co., Ltd., Hefei 231281, China)

Abstract：The characteristics and theory of combination of pulse-echo (PE) and time of flight diffraction (TOFD) techniques are shown in this paper. The application of this combination in circumferential butt weld inspection is introduced either. Compared with the inspecting results of some other inspection methods to the same preset defects, present defect evaluation is more reasonable with higher inspection efficiency and lower labor intensity. The combination of PE and TOFD techniques is not only quite valuable for product quality control in a more economical and reliable way, but also is guaranteed to defect inspection rate and detection effect.

Key words:Pulse-echo; TOFD; Combined inspection method; Circumferential butt weld; Preset defect

收稿日期：2015-10-18

作者簡(jiǎn)介：田國(guó)良(1971-)，男，高級(jí)工程師，主要從事長(zhǎng)輸管道和鍋爐壓力容器無(wú)損檢測(cè)工作。通信作者:田國(guó)良,E-mail: tianguoliang0413@126.com。

DOI:10.11973/wsjc201605013

中圖分類(lèi)號(hào)：TG115.28

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1000-6656(2016)05-0049-09