AUT檢測技術(shù)典型缺陷圖譜分析

張 鑫

(洛陽欣隆工程檢測有限公司 ， 河南 洛陽 471012)

隨著長輸油氣管道向高鋼級、大口徑、大壁厚方向發(fā)展，對管道焊縫質(zhì)量及焊接技術(shù)的要求越來越高。全自動超聲檢測(AUT)技術(shù)是在超聲檢測(UT)技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出的焊縫檢測技術(shù)。由于其具有檢測靈敏度高、效率高、缺陷定位及定量精確度高等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于工業(yè)管道焊縫檢測。為了保證AUT的檢測質(zhì)量，對AUT缺陷圖譜進行分析就顯得十分重要。

1 全自動焊接主要缺陷形式及形成原因

1.1 坡口未熔合

全自動焊接在實際施工中焊接坡口未熔合是非常常見的一種缺陷。產(chǎn)生這種缺陷的原因：①焊接電流過大，焊接速度過快，導致焊絲熔化較快，焊絲熔化后的鐵水與母材來不及熔合就凝固導致坡口未熔合的形成；②對口間隙太寬，焊槍擺動幅度不足導致坡口兩側(cè)溫度較低，焊絲熔化后的鐵水冷卻過快覆蓋在坡口面上，從而形成坡口未熔合。

1.2 層間未熔合

產(chǎn)生原因：①焊接電流過小，焊接速度過快；②焊槍角度沒掌握好，也會出現(xiàn)層間未熔合現(xiàn)象。

1.3 未焊透

焊縫未焊透缺陷是母材金屬未熔化，焊縫金屬沒有進入接頭根部的現(xiàn)象。未焊透缺陷位于焊縫的根部或鈍邊區(qū)，產(chǎn)生原因：①焊接電流小，熔深淺。②當管道組對坡口和間隙尺寸不當，鈍邊太大，管道不圓，對接接頭錯邊時更容易產(chǎn)生焊縫未焊透缺陷。③焊根清理不良，易產(chǎn)生根部未焊透缺陷。

1.4 裂紋

結(jié)晶裂紋存在于焊縫中，多呈縱向分布在焊縫中心，產(chǎn)生的主要原因是由于焊縫凝固時的先后時間順序及組織成分不同。焊接熔池在結(jié)晶過程中存在偏析現(xiàn)象，當焊接應(yīng)力足夠大時，就會因為結(jié)晶被拉開，形成裂紋。焊接時增加熱輸入，減緩焊道溫度下降過快，避免裂紋的產(chǎn)生。管道組對機械操作不到位，加劇了管道受力產(chǎn)生裂紋，焊接時有應(yīng)力的存在易產(chǎn)生裂紋，選用合理的焊接順序在一定程度上可以減少焊接應(yīng)力，避免焊接變形，從而大大減少管道裂紋現(xiàn)象的出現(xiàn)。在全自動焊接過程中，如果焊絲未及時更換，導致焊絲用完焊槍銅嘴接觸到坡口面，銅嘴熔化銅液滲入到焊縫中形成滲銅裂紋。

1.5 體積型氣孔

體積型氣孔缺陷有單個、分散、密集氣孔。氣孔是焊接時，熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出，殘存于焊縫之中所形成的空穴。產(chǎn)生原因是：①管道全位置自動焊，坡口窄，填充金屬量減少，在焊接電流、電弧電壓不變的情況下，焊接速度必須提高，焊接熱輸入減小，熔池冷卻速度加快，氣體沒有來得及逸出，就被快速冷卻的鐵液凝固在焊道中，形成氣孔。為減少氣孔產(chǎn)生，應(yīng)預熱提高母材溫度，連續(xù)焊接控制層間溫度，減緩熔池冷卻速度。②外界空氣進入，保護氣體純度不夠，焊絲或母材污染也是產(chǎn)生氣孔的原因。焊接時注意防風操作，保證氣體的純度，焊絲或母材除銹、油污[1]。

2 AUT檢測原理及典型缺陷

2.1 AUT檢測原理

AUT檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理采集軟件、掃查硬件構(gòu)成。掃查硬件部分包含兩個相控陣探頭、兩個TOFD探頭、行走電機、掃查架等。AUT檢測主要用到的是相控陣檢測技術(shù)、TOFD檢測技術(shù)以及分區(qū)掃查法。相控陣超聲檢測技術(shù)采用許多很小的壓電晶片(例如：16、32、64甚至多達128個晶片組裝在一個探頭殼體內(nèi))來產(chǎn)生和接收超聲波束。通過電子方法控制壓電晶片陣列各激發(fā)脈沖的相位，使其在檢測對象中產(chǎn)生的超聲場相互干涉疊加，從而得到預先希望的波束入射角度和焦點位置。從而對特定的位置進行超聲波檢測的一種技術(shù)。TOFD檢測技術(shù)是一種依靠從被檢試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)(主要是指缺陷)的端角和端點處得到的衍射能量檢測缺陷的方法。其采用一收一發(fā)2個寬帶窄脈沖探頭進行檢測，2個探頭相對于焊縫中心線對稱分布。發(fā)射探頭產(chǎn)生非聚焦縱波波束以一定角度入射到被檢工件中，其中部分波束沿表面?zhèn)鞑ケ唤邮仗筋^接收，部分波束經(jīng)底面反射后被接收探頭接收。接收探頭通過接收缺陷尖端衍射信號及其時差來確定缺陷的位置和自身高度。分區(qū)掃查法是根據(jù)焊縫壁厚、坡口形式將焊縫沿壁厚方向進行分區(qū)，不同的分區(qū)使用不同的聚焦法對其進行檢測，分區(qū)高度越小檢測靈敏度越高，但是設(shè)備調(diào)試越困難；分區(qū)高度太高，則容易導致漏檢。因此一般分區(qū)高度≤3 mm。AUT檢測圖譜各通道分布及名稱見圖1。

圖1 AUT檢測圖譜通道分布及名稱

2.2 典型缺陷在AUT圖譜中的顯示特征

2.2.1坡口未熔合

坡口未熔合是全自動焊接中出現(xiàn)頻率最大的缺陷類型。在AUT檢測圖譜中坡口未熔合缺陷通常在A掃通道中顯示明顯，同時在體積通道、TOFD通道中有時也會有顯示。圖2為坡口未熔合在AUT圖譜中顯示，圖3是現(xiàn)場打磨的缺陷顯示。

圖2 坡口未熔合AUT顯示圖譜

圖3 現(xiàn)場打磨出的缺陷

2.2.2根部未熔合

在X80M鋼焊接中不允許根部返修，因此在檢測中對根部缺陷的檢出尤為重要。根部未熔合缺陷在AUT圖譜中主要顯示在根部通道、鈍邊通道和根部B掃通道上，有時在體積1通道也會有顯示。圖4為根部未熔合AUT顯示圖譜。

圖4 根部未熔合AUT顯示圖譜

2.2.3未焊透

未焊透顯示在AUT圖譜中鈍邊通道上，有時在與鈍邊相鄰的通道上也會有顯示，通常未焊透在根部B掃通道、TOFD通道上也會有顯示。在根部B掃通道上顯示位置在根部余高的幾何線和熔合線之間，在TOFD通道上則顯示在底波前靠近底波第一個波峰的位置。圖5為未焊透AUT顯示圖譜。

圖5 未焊透AUT顯示圖譜

2.2.4裂紋、滲銅裂紋

裂紋類缺陷在管道運行中是最危害性最大的缺陷類型。X80管線鋼是一種低碳微合金管線鋼，強度高、韌性好，國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛，由于其強度高，存在一定的裂紋敏感性[2]。因此在AUT檢測中對裂紋缺陷的識別尤為重要。裂紋在焊縫中出現(xiàn)時其缺陷方向不確定，出現(xiàn)的位置也存在不確性，所以裂紋類缺陷在填充區(qū)通道中顯示有可能不明顯甚至無顯示，此時要結(jié)合體積通道和TOFD通道進行判定，必要時增加RT進行驗證。裂紋類缺陷在AUT圖譜中一般顯示為在TOFD通道上壁厚方向呈現(xiàn)不規(guī)則的疊加狀的曲線，在體積通道上具有一定的寬度，且呈不規(guī)則形狀。圖6、圖7為焊縫裂紋在AUT圖譜上的不同顯示。

圖6 裂紋AUT顯示圖譜

圖7 滲銅裂紋AUT顯示圖譜

2.2.5體積型氣孔

在焊接接頭中氣孔分為單個氣孔和密集型氣孔。無論是單個氣孔還是密集型氣孔在AUT圖片上顯示時在A掃通道上顯示都不太明顯，在體積通道和TOFD通道上有明顯顯示(TOFD盲區(qū)內(nèi)除外)

單個氣孔在TOFD通道顯示為帶一定弧度的曲線，在體積通道上顯示為一條長度不大的線狀影像；密集氣孔在TOFD通道上顯示為疊加狀態(tài)，分層的曲線，在體積通道上顯示為具有一定寬度的線狀影像。圖8為密集氣孔的AUT顯示圖譜。

圖8 密集氣孔AUT顯示圖譜

3 總結(jié)

在AUT圖譜中各類缺陷都有其顯示的特征，但是有的缺陷顯示特征比較相似或顯示通道相同，這就需要平時多與實際缺陷比較，或者與射線底片對比，找出區(qū)別。根部未熔合與未焊透兩種缺陷都有可能在鈍邊和根部通道里、根部B掃通道里顯示，兩者的區(qū)分在于根部未熔合大部分只在上游或者下游的根部、鈍邊通道里顯示，而未焊透通常在上下游鈍邊通道都有顯示；根部未熔合在根部B掃通道里邊顯示位置在熔合線上，未焊透在根部B掃里邊顯示位置則是在幾何線與熔合線之間。裂紋與密集氣孔在AUT圖譜中顯示特征相似，但是兩者在射線底片上顯示明顯不同，在判斷AUT圖譜中疑似裂紋等危害缺陷的相關(guān)顯示時，還應(yīng)結(jié)合射線底片進行相關(guān)缺陷類型的確認。