不銹鋼管對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)中缺陷的定性

  超聲波檢測(cè)不銹鋼管中, 缺陷定性是檢測(cè)的難點(diǎn)。在焊縫檢測(cè)中, 超聲波儀的熒光屏僅能看到大致相 同的脈沖波形, 要在微小差別的波形中, 分辯出缺陷的性質(zhì), 就比較困難。文章通過(guò)分析常見(jiàn)不銹鋼管焊縫缺陷的 波形及其特征, 提出了鑒別缺陷性質(zhì)的方法。超聲波探傷除了確定工件中缺陷的位置和大小外，還應(yīng)盡可能判定缺陷的性質(zhì)。不同性質(zhì)的不銹鋼管缺陷危害程度不同，例如裂紋就比氣孔、夾渣危害大得多。因此，缺陷定性十分重要。常規(guī)超聲波檢測(cè)的主要判據(jù)為聲程、反射波高、反射波形靜態(tài)特征和底波的降低，輔助判據(jù)為反射波動(dòng)態(tài)特征、頻率關(guān)系、缺陷區(qū)內(nèi)的聲波衰減和反射波的再現(xiàn)。

 超聲波脈沖的傳播時(shí)間可以準(zhǔn)確測(cè)量，這意味著能清楚確定焊縫中反射點(diǎn)的位置。而缺陷沿焊縫的相對(duì)位置和在橫截面上的分布等因素使我們能夠初步認(rèn)識(shí)缺陷類(lèi)型。在焊縫的超聲波探傷檢驗(yàn)中，手工操作占有重要地位。用該方法能檢出因熔煉、制造不當(dāng)所產(chǎn)生的缺陷。由于焊縫特有的結(jié)構(gòu)燥聲與材料的缺陷信號(hào)相互混雜，往往使缺陷信號(hào)不易識(shí)別因此，應(yīng)開(kāi)發(fā)并探索新的手工檢測(cè)方法，建立所得信息與產(chǎn)品焊接參數(shù)、及缺陷類(lèi)型之間的關(guān)系，以便能簡(jiǎn)便合理的在各種焊管焊縫探傷中辨識(shí)缺陷類(lèi)型。 缺陷定性是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，目前的A型超聲波探傷儀只能提供缺陷回波的時(shí)間和幅度兩方面的信息。探傷人員根據(jù)這兩方面的信息來(lái)判定缺陷的性質(zhì)是有困難的。實(shí)際探傷中常常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合工件的加工工藝、缺陷特征、缺陷波形和底波博況來(lái)分析估計(jì)缺陷的性質(zhì)。

一、噪聲干擾雜波識(shí)別

 1. 噪聲的來(lái)源

 超聲波檢測(cè)中，噪聲的來(lái)源很廣泛，首先是檢測(cè)儀器在工作時(shí)性能不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生干擾噪聲；振動(dòng)及沖擊、環(huán)境儀器相互干擾等也會(huì)導(dǎo)致噪聲的產(chǎn)生。此外，超聲波在材料中傳播時(shí)，粗大晶粒會(huì)使超聲波發(fā)生散射，從而產(chǎn)生雜波。

2. 雜波的識(shí)別

  超聲波檢測(cè)中，由于儀器自身及振動(dòng)沖擊等產(chǎn)生的雜波，具有不規(guī)則性、偶然性，其產(chǎn)生的原因多種多樣，出現(xiàn)的隨機(jī)性較大，因此，可通過(guò)分析，多次重復(fù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)。另外，超聲波在物體中傳播時(shí)，粗大晶粒的界面會(huì)使聲波發(fā)生散射，并引起波型轉(zhuǎn)換，從而在熒光屏上產(chǎn)生雜亂的草狀波，且噪聲波幅隨晶粒尺寸增大而升高。由于不銹鋼管中的缺陷反射往往會(huì)湮沒(méi)于噪聲雜波中而無(wú)法分辨，導(dǎo)致細(xì)小缺陷的檢測(cè)受到限制，故要會(huì)識(shí)別比較常見(jiàn)的雜波，從而排除其對(duì)缺陷定性的干擾。

二、對(duì)接焊縫不同缺陷的波形分析及判定方法根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，介紹一下對(duì)接焊縫中不同缺陷的波形特點(diǎn)及缺陷定性方法。

1. 裂紋

  裂紋屬于平面型缺陷，對(duì)于平面形缺陷，在不同的方向上探測(cè)，其缺陷回波高度顯著不同。在垂直于缺陷方向探測(cè)，缺陷回波高；在平行于缺陷方向探測(cè)，缺陷回波低，甚至無(wú)缺陷回波。

  由于裂紋內(nèi)含有氣體，屬于鋼/空氣界面，聲壓反射率高，回波高度大，波峰較寬，多峰。兩側(cè)探測(cè)時(shí)，波幅不同。超聲波對(duì)裂紋較敏感，一般以最大回波高度作為判斷裂紋性質(zhì)的依據(jù)，探測(cè)面合適時(shí)，裂紋缺陷回波較高，反射強(qiáng)烈。

 2. 未熔合

包括坡口和層間未熔合，片狀缺陷類(lèi)似裂紋，但表面比裂紋光滑。探頭折射角合適時(shí)回波較高，從焊縫兩側(cè)探測(cè)時(shí)，反射幅度不同。

 3. 未焊透

  呈線狀或條狀，一般在焊縫中部和根部。波幅較高，探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定。兩側(cè)探測(cè)時(shí)，會(huì)得到大致相同的反射波，位置不變。探頭垂直焊縫轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，波形消失快。

 4. 夾渣

  由于夾渣內(nèi)含有非金屬頭雜物，其聲壓反射率低。夾渣有一定棱角，條渣呈條狀連續(xù)或斷續(xù)分布；點(diǎn)渣回波有方向性。條渣多呈鋸齒狀，反射率偏低，根部較寬不清晰，好像樹(shù)枝一樣。隨著探頭的移動(dòng)，夾渣各信號(hào)閃爍不定或幅度突變。

 5. 氣孔

  呈空心狀，其介質(zhì)成份為氣體，反射界面規(guī)則光滑，單個(gè)氣孔回波幅度不高，波形為單峰較不穩(wěn)定；密集氣孔常出現(xiàn)一簇反射波。波高與氣孔大小有關(guān)，從不同方位探測(cè)，幅度隨探頭移動(dòng)面作平滑變化，回波幅度變化不大。

三、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐

  我們?cè)谥惺蜄|北輸油管焊縫過(guò)程中，對(duì)焊接不銹鋼管波探傷方法進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。根據(jù)輸油管規(guī)格加工了許多存在缺陷的焊接接頭試樣，利用射線拍片和超聲波探傷進(jìn)行對(duì)比分析。在驗(yàn)證過(guò)程中，我們對(duì)射線拍片發(fā)現(xiàn)的根部缺陷，用超聲波進(jìn)行復(fù)探，缺陷的波幅均超過(guò)不合格線。另外經(jīng)過(guò)射線拍片合格的焊接接頭也用超聲波進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有一處坡口缺陷，發(fā)現(xiàn)缺陷為坡口未熔合。由此可見(jiàn)超聲波探傷方法不僅能有效地檢測(cè)出射線檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的危害性缺陷，還能檢測(cè)出射線檢測(cè)不敏感的線性缺陷。

四、結(jié)束語(yǔ)

  不銹鋼管焊縫內(nèi)部大缺陷能用超聲波檢測(cè)，容易定位，定量和定性。關(guān)鍵是成群小缺陷的存在，在缺陷區(qū)域內(nèi)造成超聲波的衰減，使缺陷信號(hào)波形與結(jié)構(gòu)燥聲混雜，不易分辨。出現(xiàn)多次反射波時(shí)，部分透射的缺陷產(chǎn)生特有的最大反射波高，但對(duì)于這一現(xiàn)象的正確辨別必須滿(mǎn)足許多條件。在焊縫超聲波探傷中，特別是在缺陷屬于密集的非金屬夾雜物時(shí)，這種現(xiàn)象只能觀測(cè)到當(dāng)發(fā)現(xiàn)這種特有的最大反射波高時(shí)，可被當(dāng)成一定類(lèi)型缺陷的一種波形。

  要做到缺陷判定準(zhǔn)確、可靠，應(yīng)進(jìn)行綜合分析，根據(jù)實(shí)際探傷經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)焊縫缺陷的波形及其特征來(lái)鑒別缺陷的性質(zhì)。總之，超聲檢測(cè)中缺陷定性是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。實(shí)際檢測(cè)中，波形的正確識(shí)別和缺陷的定性依賴(lài)于檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平，因此提高專(zhuān)業(yè)人員的技術(shù)水平與技能，是提高超聲波檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵。

  K2.5的單晶探頭檢測(cè)結(jié)果中出現(xiàn)低于定量線的缺陷，這個(gè)與實(shí)際不符合，而且同樣存在放大缺陷的問(wèn)題。測(cè)得的缺陷為兩條，計(jì)算得到長(zhǎng)度都為54mm，當(dāng)量分別為φ3＋11.5 db和φ3＋14.4 db，所以工件判廢。由于其探頭的頻率較低，靈敏度較低，跟薄壁管間的耦合不是很好，同樣造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)間的差別。

  雙晶雙斜探頭5P3×6×2，K＝3所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)雙晶探頭的頻率較高，實(shí)際k值達(dá)到2.95，符合薄壁管探傷的條件。由于雙晶探頭采用是一收一發(fā)的模式，消除了有機(jī)玻璃/鋼界面反射雜波，又因始脈沖不能進(jìn)入接收放大器，克服了阻塞現(xiàn)象，使探測(cè)盲區(qū)大為減小，為用一次波探傷及發(fā)現(xiàn)近表面缺陷創(chuàng)造了條件，減少了相互之間的干擾，性能穩(wěn)定。測(cè)量計(jì)算得到長(zhǎng)75 mm，當(dāng)量為φ3＋13.3 db和長(zhǎng)54 mm當(dāng)量φ3＋13.6 db的兩個(gè)缺陷。據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)該工件判廢。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，雙晶探頭探傷的結(jié)果和實(shí)際缺陷長(zhǎng)度相吻合，雙晶雙斜探頭較適合應(yīng)用于實(shí)際探傷。根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，得出方法二中的雙晶雙斜探頭相對(duì)于方法一中的單晶單斜探頭，前者具有靈敏度高、雜波少、盲區(qū)小和近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度小優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，與實(shí)際的結(jié)果相吻合。

五、結(jié)論

  從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得到，探頭頻率對(duì)探傷精度影響不大，但是k值大的探頭相對(duì)探傷精度高；在k值和探頭頻率滿(mǎn)足薄壁管探傷的前提下，雙晶雙斜探頭由于其探頭構(gòu)造的優(yōu)越性，探傷結(jié)果相對(duì)實(shí)際缺陷較吻合。 單晶探頭測(cè)得的缺陷長(zhǎng)度要比實(shí)際缺陷長(zhǎng)度大，所以在探傷中單晶探頭可能會(huì)造成缺陷評(píng)判的誤判。雙晶雙斜探頭，有較好的薄壁管探傷精度，探傷結(jié)果缺陷分析和實(shí)際相吻合，就目前情況而言，采用雙晶雙斜探頭對(duì)304薄壁不銹鋼管Y型節(jié)點(diǎn)焊縫探傷是可行的。