角焊縫超聲波檢驗(yàn)方法及其缺陷的分析

田野

（中國(guó)核工業(yè)華興建設(shè)有限公司）

角焊縫超聲波檢驗(yàn)方法及其缺陷的分析

田野

（中國(guó)核工業(yè)華興建設(shè)有限公司）

介紹L型、T型角焊縫超聲波檢驗(yàn)的基本方法，通過(guò)理論的學(xué)習(xí)與實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)對(duì)核電廠鋼結(jié)構(gòu)超聲波檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的缺陷能夠準(zhǔn)確判斷其位置，并對(duì)缺陷類型進(jìn)行歸類與總結(jié)，避免發(fā)生漏檢與誤判，確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定。

超聲波檢驗(yàn)；全熔透L型；T型焊縫；未熔合缺陷

引言

隨著工業(yè)的發(fā)展，新能源越來(lái)越多被人們所利用，而核能作為清潔、高效、經(jīng)濟(jì)的新能源必然成為我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)及其被廣發(fā)應(yīng)用。因此核電廠的建造期間的質(zhì)量要嚴(yán)格把關(guān)，而核電廠的鋼結(jié)構(gòu)工程也顯得尤為重要，特別是T型角焊縫的焊接質(zhì)量，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗(yàn)收施工規(guī)范》（GB50205-2001）的要求為：全焊透的一、二級(jí)焊縫應(yīng)采用超聲波檢驗(yàn)，由于焊接工藝的差異，檢驗(yàn)人員經(jīng)驗(yàn)的不足等諸多因素影響，對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤差較大，為避免漏檢與誤判，所以正確使用超聲波檢驗(yàn)方法對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果顯得尤為重要。

1 角焊縫的焊接

角焊縫的拼裝，一般是在腹板側(cè)開K型、單V型坡口，K型坡口焊接時(shí)一般先在腹板一側(cè)施焊，另一側(cè)反面清跟后再施。角焊縫的焊接一般采用手工電弧焊或CO氣體保護(hù)焊。超聲檢驗(yàn)一般要了解被檢試件的焊接工藝參數(shù)、焊接方法、坡口類型、材質(zhì)規(guī)格、熱處理狀態(tài)等先決條件。下面我們以圖1 L型焊接接頭和圖2 T型焊接接頭兩種焊接結(jié)構(gòu)為例來(lái)做分析。

圖1 L型焊接接頭

2 超聲波檢驗(yàn)的基本條件

2.1 檢驗(yàn)儀器的選擇

為了能夠精確定位，選擇線性誤差較小的儀器，為了能夠精確定量，選擇垂直線性好，衰減器精度高的儀器，并且儀器的性能指標(biāo)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

圖2 T型焊接接頭

2.2 探頭的選擇

對(duì)于上述兩種焊接接頭我們選擇縱波直探頭、橫波斜探頭。頻率一般選擇5MHz，對(duì)于母材厚度較大或材質(zhì)衰減較明顯的焊縫，可考慮較低的頻率。為了提高檢測(cè)效率橫波斜探頭一般選擇13mm×13mm的晶片尺寸?？v波直探頭一般選擇∮20mm的晶片尺寸。探頭K值的選擇應(yīng)使斜探頭的聲束能掃查到整個(gè)檢測(cè)區(qū)截面，斜探頭的聲速中心線應(yīng)盡量與該焊縫可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)性缺陷垂直，根據(jù)腹板厚度來(lái)選擇K值。

2.3 耦合劑的選擇

耦合的好壞決定著超聲能量傳入工件的聲強(qiáng)透射率高低，一般選擇流動(dòng)性、無(wú)污染的化學(xué)漿糊，少量工件也可用機(jī)油。

2.4 DAC曲線的制作

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的試塊來(lái)校驗(yàn)儀器的組合性能，并準(zhǔn)確制作DAC曲線，確保檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，這里不做細(xì)說(shuō)。

2.5 其他

超聲檢驗(yàn)前確保焊縫外觀質(zhì)量符合有關(guān)文件規(guī)定。

3 L型、T型角焊縫未熔合缺陷超聲波檢驗(yàn)基本方法與分析

角焊縫常見的缺陷有氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋等。而T型、L型角焊縫焊接接頭未熔合又是長(zhǎng)見的危險(xiǎn)性缺陷，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接接頭危害極大。下面我們以未熔合為例來(lái)介紹超聲波檢驗(yàn)的基本方法。

未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷。按其所在部位，未熔合可分為坡口未熔合，根部未熔合，層間未熔合三種。就T型角焊縫而言它可能產(chǎn)生在翼板與熔化金屬的結(jié)合處，也可能產(chǎn)生于腹板坡口與熔化金屬的結(jié)合處。對(duì)于翼板處未熔合缺陷我們以縱波直探頭檢驗(yàn)為主。靈敏度的確定有兩種：一種是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的有關(guān)試塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，這里我們用第二種，即被檢焊縫翼板母材無(wú)缺陷完好部位來(lái)調(diào)節(jié)靈敏度。這樣即可可避免耦合、粗糙度、聲程等引起誤差的影響，又可以節(jié)約成本避免購(gòu)置大量試塊。靈敏度調(diào)整好以后，可對(duì)工件進(jìn)行檢驗(yàn)。探頭放在角焊縫所對(duì)應(yīng)的翼板上進(jìn)行（見圖3 L型、K型焊接接頭缺陷位置及探頭位置），如圖3 L型、K型焊接接頭缺陷位置及探頭位置所示，探頭垂直于焊縫中心線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由A→B→C→D→E依次循環(huán)做。當(dāng)探頭在位置A時(shí)，儀器熒光屏上將出現(xiàn)翼板處多次反射底波，假如焊縫無(wú)缺陷，探頭位置由B→C移動(dòng)時(shí)，熒光屏上底波的反射波將會(huì)向右移動(dòng)。當(dāng)探頭移動(dòng)到位置C時(shí)，反射脈沖波將會(huì)消失，因?yàn)槁暡芰繉?huì)傳入腹板而消失。當(dāng)探頭位置由D→E移動(dòng)時(shí)，儀器熒光屏上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)向左移動(dòng)的直至底波的位置穩(wěn)定下來(lái)的多次脈沖反射波。焊縫如有缺陷，L型接頭可通過(guò)熒光屏上反射波來(lái)辨別，一般來(lái)說(shuō)探頭在翼板上移動(dòng)時(shí)（翼板與熔化金屬這個(gè)區(qū)域），熒光屏上有反射脈沖波，并且探頭移動(dòng)時(shí)，波形比較穩(wěn)定，回波波形寬，一般是未熔合。K型接頭則發(fā)生在B到D的區(qū)域，此位置出現(xiàn)的未熔合與未焊透相似，缺陷最高反射時(shí)探頭位于B或D的位置，一般可產(chǎn)生與底波位置一致的多次反射脈沖波，波形圓滑，幅值可能較大，也可能較低。對(duì)K型焊接接頭翼板側(cè)焊縫下層狀撕裂也有發(fā)生，故檢測(cè)時(shí)需注意，縱波直探頭的檢測(cè)很重要。對(duì)腹板側(cè)我們用橫波斜探頭檢測(cè)，這時(shí)選取K值很重要，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及工作經(jīng)驗(yàn)我們選取K=2.0的探頭較為適宜。如果腹板坡口與熔化金屬間純?cè)谖慈酆先毕荩烟筋^放在腹板處，當(dāng)超聲波發(fā)射出的主聲束垂直于角焊縫的坡口時(shí)信號(hào)反射最強(qiáng)，即儀器熒光屏上的反射波最高，這時(shí)我們將探頭沿角焊縫方向平移，未熔合反射缺陷波基本不會(huì)發(fā)生變化，再固定探頭，對(duì)焊縫進(jìn)行轉(zhuǎn)角檢驗(yàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)該反射波以對(duì)稱性減弱。

圖3 L型、K型焊接接頭缺陷位置及探頭位置

4 非缺陷回波的識(shí)別

超聲波校驗(yàn)?zāi)軌驒z測(cè)各類缺陷，與此同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生各類非缺陷回波，這就要求檢驗(yàn)人員有很高的技能、很強(qiáng)的責(zé)任心。下面介紹幾個(gè)常見的橫波斜探頭的非缺陷回波。

4.1 工件輪廓回波

當(dāng)超聲波射達(dá)工件的臺(tái)階等輪廓時(shí)在熒光屏上將會(huì)引起一些輪廓回波，條件允許時(shí)可用手沾油觸摸法來(lái)鑒別工件輪廓回波。

4.2 端角反射波

超聲波在兩個(gè)平面構(gòu)成的直角處將產(chǎn)生端角反射波。既可能有根部焊接缺陷產(chǎn)生的回波，也可能有焊縫內(nèi)成型或錯(cuò)邊引起的端角反射波。檢測(cè)時(shí)應(yīng)注意動(dòng)態(tài)波形的特點(diǎn)加以區(qū)分。除此之外還有探頭雜波、山形波、幻想波、草狀回波等?？傊?，在檢測(cè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種各樣的非缺陷回波，此時(shí)應(yīng)注意應(yīng)用超聲波反射、折射和波型轉(zhuǎn)換理論，并計(jì)算相應(yīng)回波的聲程和時(shí)間來(lái)分析判別可能出現(xiàn)的各種非缺陷回波。

5 未熔合缺陷的產(chǎn)生與防止

未熔合缺陷產(chǎn)生的主要原因有：焊接電流過(guò)小；焊接速度過(guò)快；焊條角度不對(duì)；產(chǎn)生了弧偏吹現(xiàn)象；焊接處于下坡焊位置；母材表面有污物或氧化物影響熔敷金屬與母材間的熔化結(jié)合等。未熔合是一種面積型缺陷，坡口未熔合和根部未熔合對(duì)承載截面積的減小都非常明顯，應(yīng)力集中也較為嚴(yán)重，其危害性僅次于裂紋。采用較大的焊接電流，正確地進(jìn)行施焊操作，注意坡口部位的清潔等能有效的防止未熔合的發(fā)生。

6 總結(jié)

超聲波作為一種常規(guī)的檢驗(yàn)手段，對(duì)L型K型角焊縫焊接接頭檢驗(yàn)起著至關(guān)重要的作用，而焊接接頭又是鋼結(jié)構(gòu)制作過(guò)程中的重中之重，也相對(duì)薄弱，這就要求我們要牢固掌握超聲波檢驗(yàn)的基本方法，對(duì)未熔合等危險(xiǎn)性缺陷能夠了解并熟悉，提高檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性。通過(guò)缺陷產(chǎn)生的位置及其規(guī)律，及時(shí)對(duì)焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)，避免未熔合等缺陷的發(fā)生。

[1]鄭暉，林樹青.超聲檢測(cè)第二版[M].北京-中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008.

[2]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001）[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

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