超聲波檢測在厚板對接焊縫中的應用

陳皓+李艷

摘 要：對超聲波檢測的基本原理和檢測條件的選擇做了詳細的闡述，并對厚板對接焊縫進行超聲波檢測時提出了要進行階段性檢測的觀點及可行性操作方法。

關鍵詞：超聲波；無損檢測；焊縫；缺陷

超聲波檢測技術具有適用性廣，檢測靈敏度高、檢測深度大、使用方便、安全性好、成本低等優(yōu)點，是目前應用最廣泛、使用頻度最高的無損檢測技術之一，也是四大常規(guī)無損檢測方法中發(fā)展較快的一門技術。作為常規(guī)無損檢測手段的超聲波檢測技術幾乎應用到各個工業(yè)部門，其中包括鋼鐵、機器制造、特種設備、石油、鐵路運輸、船舶、建筑、航空航天及核電工業(yè)等。

一、超聲波檢測原理

超聲波檢測按原理分為：脈沖反射法、穿透法和共振法，我們常用的最廣泛的是脈沖反射法，下面以脈沖反射法為例簡單闡述一下其基本原理。

缺陷回波法：根據儀器示波屏上顯示的缺陷波形進行判斷的方法，稱為缺陷回波法。當試件完好時，超聲波可以順利傳播到達底面，示波屏顯示圖有表示發(fā)射脈沖T及回波B兩個信號.如圖1（a）。若試件存在缺陷，在示波屏上底面回波前有表示缺陷回波F，如圖1（b）。

底波高度法：當試件的材質和厚度不變時，底面回波高度應是基本不變，如果試件內存在缺陷，底面回波高度會下降甚至會消失.如圖2所示。

二、厚板對接焊縫的超聲波檢測

1.檢測面的修整

工件表面狀況，直接影響探傷結果。檢測面上的焊接飛濺、氧化皮、銹蝕和油垢等應清除掉，探頭移動區(qū)的凹陷應補焊，然后用砂輪打磨修平。檢測面的修整寬度（B）應根據板厚（T），所用探頭的折射角（β）和探頭尺寸（A）計算，如圖3，B≥L+A。對于厚板，用一次波法檢測時，L=Ttgβ-d

2.檢測條件的選擇

焊縫的晶粒比較細小，可選用較高的頻率探傷，一般為2.5～5MHZ，對于板厚較小的焊縫，可采用較高的頻率，對于板厚較大、衰減明顯的焊縫，應選擇較低的頻率。對于厚板對接焊縫，探頭頻率一般采用2.5MHZ，就能滿足檢測要求。探頭K值一般選用K1和K2兩種探頭共同檢測。

常用耦合劑有機油、甘油、漿糊、潤滑脂和水。目前實際探傷中用得最多的是機油與漿糊。從耦合效果看，漿糊同機油差別不大，不過漿糊有一定的粘性，可用于任意姿勢的探傷操作，并具有較好的水洗性。用于垂直面或頂面探傷具有獨到的好處。

目前焊縫探傷中廣泛應用的橫波是通過波型轉換得到的，整個聲場實際上由斜楔中的縱波聲場和工作中的橫波聲場組成。為了便于討論和計算，引進了假想波源，橫波聲場是由假想波源發(fā)射出來的。假想波源發(fā)射的橫波聲場聲壓分布類似于縱波聲場，同樣存在近場區(qū)、遠場區(qū)和半擴散角，只是在入射平面內半擴散角不對稱，θ上>θ下。由于橫波聲場的理論推導計算比較復雜，也不成熟，因此在焊縫橫波探傷中常利用距離——波幅曲線來對缺陷定量和評價焊縫的質量級別。距離——波幅曲線是描述某一特定規(guī)則反射體的回波高度隨距離變化的曲線。距離——波幅曲線可以通過試塊實測得到，也可由通用AVG曲線或理論計算公式得到，但后兩種方法只適用于x>3N的情況，而焊縫探傷中往往是在x>3N以內，因此焊縫探傷用的距離——波幅曲線一般是在試塊上實測得到的。厚板超聲波檢測因其板材較厚，距離——波幅曲線的制作在一個通道內很難完成，可分成兩個通道制作距離——波幅曲線，一個通道制作近聲程距離——波幅曲線，一個通道制作遠聲程距離——波幅曲線。實際檢測中，在制作遠聲程距離——波幅曲線的通道檢測時，對出現在近聲程中缺陷波不予考慮，檢測完畢后再換制作近聲程距離——波幅曲線的通道檢測近聲程缺陷。

根據板材的厚度，坡口的形狀，我們可以采用鋸齒形掃查，斜平行掃查，交叉掃查，串列掃查，在此基礎上，我們還可以采用單面雙側和雙面雙側對焊縫進行檢測。

3.厚板對接焊縫超聲波檢測工藝的改進

厚板對接焊縫，在實際檢測操作中，往往會發(fā)現因為板材過厚的對接焊縫易出現超標缺陷，焊縫的內部質量達不到標準要求，這樣就會造成一次返修，甚至要多次返修，因其板材厚度大，修復成本較高，也減緩了工程進度，增加了焊工的工作強度。因此有必要對厚板對接焊縫進行階段性超聲波無損檢測，以降低成本。

對此，我們做了對比實驗，為了檢驗半槽超聲波探傷的準確性，制作了如圖4所示的試塊用以檢驗半槽超聲波探傷的可行性。試塊上人工做出了3個Φ3盲孔，用以模擬缺陷用超聲波探傷儀是否可以檢出。通過實驗比較，在試塊兩側進行K1、K2兩種探頭檢測是可以發(fā)現人工制作的三個缺陷孔的，驗證了半槽超聲波探傷是可行的。

因此厚板超聲波探傷工藝的改進就是在焊縫焊至半槽時，先進行一次超聲波檢測，若有缺陷應及時進行挖補返修，返修合格后再進行后序焊接，直至焊滿后，再進行一次超聲波檢測，檢測時采用兩種角度的探頭，對焊縫進行單面雙側或雙面雙側的掃查檢測，這樣不僅大大提高了工程的進度，也實現了成本的降低，保證了產品的質量。其檢測方法簡圖如圖6所示。

三、結語

綜上所述，超聲波檢測是確保產品質量和設備運行安全的重要手段，我們無損檢測人員應隨著我國工業(yè)水平的不斷提高，要不斷探索超聲波檢測技術新的應用，加強對檢測方法和檢測技術的研究。

參考文獻：

[1]《超聲波檢測》 中國機械工程學會無損檢測學會編1989年.

[2]《超聲波探傷》 全國鍋爐壓力容器無損檢測人員資格考核委員組織編寫1995年.

[3]《船舶超聲波探傷》船舶超聲波探傷編寫組 1991年.