一種檢測深熔焊焊縫熔深的方法

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摘? ? 要：本文介紹通過優(yōu)化深熔焊超聲波檢測工藝，解決測量深熔焊焊縫熔深的問題。通過研究和對比試驗，采用直探頭在面板上檢測的工藝方法，確定深熔焊焊縫熔深尺寸，達到進一步提高檢測效率及檢測準確性的目的。

關鍵詞：深熔焊;超聲波檢測;熔深測量

中圖分類號：U671.8? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Method for Detecting Weld Penetration of Deep Penetration Welding

HOU Jiabao1， LIN Jiagen2， YAN Xinquan1， DU Wei1

（ 1. CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 511462;? 2. Guangzhou Shipyard International Co.， Ltd.， Guangzhou 511462 ）

Abstract： This paper mainly discusses a kind of ultrasonic testing process of T-joint deep penetration welding seam by using the straight beam probe on the panel plate for testing. Through theoretical research and comparative test， the penetration depth of deep penetration welding seam is determined. Compared with the conventional ultrasonic angle probe detection method， the new method improves the detection efficiency and accuracy.

Key words： Deep penetration welding， Ultrasonic testing; Measurement of penetration depth

1? ? ?前言

公司承接的某項目的橫隔板與外圍板、內壁板均采用深熔焊的焊接形式。按照相關技術文件要求，此類位置需要對焊縫熔深進行超聲波檢測。施工圖紙要求焊縫熔深達到2/3腹板母材厚度。按照現場施工情況，一般未焊透的高度尺寸為3 mm左右，如圖1所示。

采用超聲波檢測的方法測量深熔焊的熔深尺寸，是相對容易實現的檢測方法之一。該檢測方法與常規(guī)測量方法基本相同，即先將未焊透的尺寸測量出來，再用母材的厚度減去未焊透的尺寸，得到深熔焊熔深的尺寸。由此可知，測量出深熔焊焊縫中未焊透的高度，是測量深熔焊熔深尺寸的關鍵。

2? ? ?常規(guī)超聲波檢測未焊透高度的方法

目前，超聲波檢測未焊透高度的方法，是采用斜探頭在T型焊縫腹板上進行檢測：通過一次波法確定未焊透缺陷在焊縫上端點的深度H1，再利用二次波法確定未焊透缺陷在焊縫下端點的深度H2，用H2減去H1得出未焊透缺陷的高度H（如圖2所示）;最后，用母材厚度減去未焊透缺陷高度H就可得到焊縫的熔深尺寸。

根據超聲波檢測原理，結合現場檢測情況進行分析，此種測量熔深尺寸的方法誤差較大，主要原因如下：

（1）由于超聲波在工件中的傳播并不是以平行線向前傳播，而是個以探頭為頂點的錐形擴散聲束向前傳播，檢測未焊透缺陷端點時有一定的誤差;尤其是當采用二次檢測時，由于超聲波聲程較長，聲束擴散十分嚴重，導致檢測未焊透缺陷下端點深度時存在較大的誤差;

（2）未焊透缺陷自身尺寸對計算結果有一定的影響。例如，小缺陷的上下端點距離較近，由于超聲波檢測原本存在的一定誤差，導致小缺陷的高度測量更加不準確，有時候會出現上端點深度比下端點深度還要深的情況;

（3）未焊透缺陷自身的形狀和方向對測量結果也有一定的影響。超聲波檢測受缺陷形狀和分布方向的影響較大。一般情況下，缺陷平面與超聲波聲束垂直時會得到較高的反射波;而T型接頭未焊透缺陷方向一般與面板平行，當使用斜探頭檢測時獲得最大回波的位置，主聲束不一定正對著缺陷最高或最低端點，由此產生測量偏差，造成未焊透尺寸測量不準確;

（4）采用斜探頭測量未焊透尺寸的方法來測定焊縫熔深，需要逐點測量和定位缺陷回波并計算未焊透尺寸，工作量大，效率非常低，不利于在實際檢測中應用。

如上所述，由于檢測誤差影響，有可能會導致出現不必要的返修，或有可能將不合格的焊縫評定為合格。所以為了確保焊接質量，同時提高檢測工作效率，減少不必要的返修，需要對原本的檢測方法進行優(yōu)化。

3? ? ?利用直探頭檢測未焊透缺陷高度的方法

考慮到T型焊的未焊透方向一般與面板平行，所以在面板側使用直探頭檢測未焊透缺陷時，聲束方向與缺陷方向垂直，理論上會得到較高的反射信號?；谶@一判斷，筆者改變以往采用斜探頭檢測熔深的方法，利用直探頭從面板進行檢測的技術。

直探頭測量未焊透缺陷尺寸，通常有兩種方法：一種是邊緣6 dB法，主要應用于未焊透尺寸大于聲束尺寸的情況;另一種是基于反射波高進行判斷，主要應用于未焊透缺陷尺寸小于聲束尺寸的情況。由于工件的未焊透尺寸比探頭聲束尺寸小很多，因此采用反射波高來判斷缺陷尺寸，在某一特定聲程的反射聲壓與反射體的反射面積有關。

本文通過制作參考發(fā)射體，模擬焊縫中的未焊透尺寸，對比受檢測焊縫與參考反射體的反射波高，判斷焊縫的熔深是否滿足要求，采取如下具體步驟。

3.1? ?探頭選用

選用超聲波探傷儀的工作頻率范圍為0.5 MHz～10 MHz。直探頭的選擇如表1所示。

3.2? ?制作試塊

對比試塊應選用與被檢工件相同的材料或聲學性能相近的材料制作，試塊底面開方型橫通槽，用橫通槽頂端面模擬焊縫中的未焊透，根據檢測對象的面板厚度范圍，制作一系列不同深度的橫通槽，如圖3所示。

針對不同腹板厚度所對應熔深標準，制作不同槽寬的參考試塊，槽寬對應未焊透的尺寸。為驗證該檢測工藝的可行性，本文制作了兩種槽寬的對比試塊，具體如下：

試塊1：對于要求未熔透區(qū)域≤3 mm的焊縫，試塊的方型槽寬為3 mm;

試塊2：對于要求未熔透區(qū)域≤6 mm的焊縫，試塊的方型槽寬為6 mm。

3.3? ?直探頭校準

直探頭量程范圍的校準，采用IIW（CSK-IA）校準試塊或V2校準試塊，或者在待檢材料上沒有缺陷的區(qū)域進行。

圖4所示為0～100 mm范圍內，直探頭典型的校準方式。

3.4? ?建立DAC曲線

制作DAC曲線應以實際檢測用的儀器和探頭，根據焊接接頭的熔深要求選擇對應的試塊。繪制DAC曲線時，每5 mm取一個點，且最大深度應滿足檢測要求。在檢測范圍內的DAC曲線，應不低于示波屏滿刻度的20%，如圖5所示。

DAC曲線的制作步驟如下：

（1）以波幅高度為縱坐標、以深度為橫坐標，建立坐標系;

（2） 采用直射法，探頭對準第一個深度的方形槽，將最大回波高度調節(jié)到示波屏某一刻度（如80%），記錄此時衰減器或增益器讀數（此讀數作為基準靈敏度）和波峰位置;

（3）保持基準靈敏度不變，將探頭對準第二個深度的方形槽，找到最大回波，記錄此時波峰位置;

（4）根據檢測范圍要求，保持基準靈敏度不變，依次找到余下深度方型槽的最大回波，記錄各個回波波峰位置;

（5）將各回波波峰位置連接，得到基準DAC曲線。

3.5? ?傳輸補償值測定

由于試塊與現場工件材質及表面狀態(tài)存在一定的差異，所以在檢測前應測定傳輸衰減情況，并將補償數值記錄到檢測靈敏度中，具體步驟如下：

（1）探頭放置對應對比試塊的底面，將回波調到示波屏面刻度80%高度，記錄此時波峰位置的靈敏度dB1;

（2）保持儀器靈敏度不變，將探頭移到被檢工件無缺陷的區(qū)域，找到工件底面回波，將該回波調到示波屏滿刻度80%高度，記錄此時波峰位置的靈敏度dB2;

（3）△dB=dB2-dB1即為補償靈敏度;

對于測定的傳輸補償值，在實際檢測時按如下要求操作：

① 當△dB≤±2 dB時，不需要修正;

② 當2 dB<△dB≤12 dB或-12 dB<△dB<-2 dB時，需要修正;

③ 當△dB>12 dB或△dB<-12 dB時，需要重新修磨，以減少傳輸補償差值，直到滿足 ① 或 ② 的情況，按相關要求執(zhí)行補償。

3.6? ? 未焊透高度的測定

（1）將DAC曲線上與檢測工件厚度對應點，調整至儀器屏幕的80%作為檢測的靈敏度;

（2）根據傳輸修正測定的補償值，在儀器上加上相應的△dB;

（3）為確保未焊透區(qū)回波和底面回波的明顯區(qū)分，可采用在與焊縫垂直的方向上往復掃查作為的初始掃查方式，當發(fā)現有不合格的區(qū)域再進一步精細掃查;

（4）探頭移動速度不大于150 mm/s。探頭沿焊縫方向每次移動覆蓋率應大于晶片尺寸的10%。

（5）通過對未熔合區(qū)的回波高度與DAC曲線比較，可以判定未熔合區(qū)寬度是否滿足要求，如果反射波的高度超過DAC曲線，則該區(qū)域的未熔合區(qū)的寬度大于基準方形槽的寬度，反之，則小于基準方型槽的寬度，由于方形槽的寬度代表了該焊縫允許的最大未熔合區(qū)寬度，所以當回波焊縫內部的高度大于DAC曲線時，判定該區(qū)域的焊縫不合格，操作簡單高效。

4? ? 驗證情況兩種檢測方法的對比試驗

筆者按照該項目深熔焊典型節(jié)點樣式，制作了T型焊接接頭深熔焊試塊，用常規(guī)斜探頭測量熔深和采用直探頭波高比較法測量熔深兩種方法進行對比試驗，試塊的面板厚度為30 mm、腹板厚度20 mm、未焊透高度為3 mm，如圖6所示。

4.1? ?采用常規(guī)斜探頭檢測未焊透高度

首先，我們用常規(guī)斜探頭的方法檢測未焊透高度，分別進行一次波、二次波的測量，超聲儀器得到的數據如圖7所示。

一次波測出深度為11.8 mm，二次波測出深度為20 mm×2-22.6mm=17.4 mm，得出未焊透的高度為17.4 mm-11.8 mm=5.6 mm。

4.2? ?采用直探頭檢測未焊透高度

用直探頭進行未焊透檢測，得到的數據如下圖8所示。

通過圖8可以看出，超聲儀器顯示的反射波接近對比式樣（3 mm寬）槽的曲線，因此可以得出未焊透高度近似為3 mm。

4.3? 兩種檢測方法的數據對比分析

通過實際操作顯示：采用斜探頭檢測的結果誤差較大，差值接近2 mm;而采用直探頭檢測的結果與實際值相近。因此可以得出采用直探頭檢測深熔焊熔深尺寸比采用常規(guī)斜探頭檢測更加準確，該方法可以滿足該項目深熔焊測量熔深的要求。

5? ? 小結

根據試驗情況：采用斜探頭檢測方（下轉第頁）（上接第頁）

法誤差較大，對實際3 mm未焊透缺陷檢測結果寸達到4.9 mm;而采用直探頭檢測方法誤差較小，接近3 mm。

從工作效率上看，采用常規(guī)的斜探頭檢測工藝，必須要進入艙室中對各個橫隔板進行檢查;而采用直探頭檢測方法，可將需要進入狹小艙室在橫隔板上進行檢測改為在面板或底板等空間開闊的區(qū)域進行檢測，縮短檢測時間，提升工作效率。

綜上所述，采用直探頭檢測橫隔板熔深尺寸的方法，不僅可以大幅度提高檢測的準確性，還提升了檢測的工作效率，在保證現場焊接質量的同時，也為深熔焊焊接工藝參數的優(yōu)化提供了數據支持，為產品焊接質量提供堅實的保障。

參考文獻

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