超聲波檢測中缺陷顯示特性與解決對策

張新訓

摘 要：在對于超聲波檢測壓力容器焊縫過程中，發現危害性缺陷的特征及儀器（脈沖式超聲儀器）波形的特征形式，對于缺陷的產生及預防的相關措施的概述。

關鍵詞：超聲波；壓力容器；缺陷；特性

1 未焊透

在一次對于直徑2000mm， 厚度為45mm壓力容器封頭環縫焊縫超聲檢測時，（V型坡口）焊接工藝為氬弧焊打底，埋弧自動焊填充。發現反射波幅高，并且顯示深度在42mm左右，當探頭沿焊縫平行移動時，在較大范圍內，連續出現缺陷波且在熒光屏的同一位置上，且幅度變化不大。探頭沿焊縫垂直移動時，缺陷波消失比較慢，探頭做環繞移動時，缺陷波小幅度的降低。通過人孔進入設備后，發現內壁一圈為未焊透情況。反射波表現為尖銳型，在探頭平行移動時，波形不敏感，波幅度比較高，在焊道兩邊可以檢測到類似情況。此缺陷降低焊接部位的機械性能，在未焊透處的缺口處造成應力集中的情況，當容器投產使用后會有引發裂紋的風險，是具有危險性質的嚴重缺陷。預防措施為（1）優化合理焊接工藝；（2）合理裝配組對間隙，確定焊接坡口的尺寸和角度。

2 裂紋

在檢測壁厚為40mm、直徑1400mm、材質Q345R、筒體縱縫時，發現有缺陷波形明顯、尖銳、波峰陡峭。探頭平行移動時，波形在波峰高度和水平定位距離有變化，探頭移動到較長距離后，才逐漸減幅，直至消失。在零下的環境，進行厚壁壓力容器自動焊焊接，若不按照焊接工藝要求，進行焊前預熱，焊后保溫工作，易產生冷裂紋缺陷。 分析裂紋缺陷：回波的高度明顯，波幅較寬，有時會出現多個波幅，超聲波探頭在做平行移時，反射波會持續產生波幅起伏，超聲探頭旋轉時，波峰有上下跳動情況。常見的裂紋分為：熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋三種。（1）熱裂紋預防措施：控制焊接材料中如硫含量、鎳元素等等危害較大的雜質和容易偏析的關鍵元素，提高錳元素的含量，提高焊劑或焊條中的堿性，通過降低有害雜質的含量來改變偏析狀況，通過調整焊接順序，調整焊接結構，控制好焊接中的收縮自由度預防熱裂紋的產生；（2）冷裂紋預防措施：實施焊接前必須控制好預熱溫度，焊接后加強保溫，避免溫度下降過快，通過保留影響區足夠的溫度，消除奧氏體避免形成淬硬組織，并且能消除焊接應力的影響；（3）再熱裂紋預防措施：嚴格按照焊接工藝規程操作。一般采用較小的線能量，有利于焊接組織結晶，并且減小回火脆化傾向。對于復合鋼板焊接，應該在板材的基層和復合層開不同角度坡口，不同層次焊接工藝嚴格控制，并且先對基層進行無損檢測，確保無超標缺陷，避免返修。對于過渡層應優化焊接工藝，控制由于滲透和稀釋所導致的合金元素碳含量的上升或者鉻、鎳等元素的下降。做好焊前預熱、焊后熱處理的工作。

3 未熔合

在超聲檢測壓力容器環焊縫時，發現在焊縫與母材熔合處，有起波尖銳，波幅度高，在焊縫單面雙側檢測時，顯示兩側波幅高度有差異。經過返修發現為坡口未熔合缺陷。分析未熔合缺陷：探頭沿焊道移動時，回波的形狀比較相似，在焊道兩側檢測時，回波高度不一致，在一側檢測反應敏感。其產生的原因：坡口清理不到位，焊接速度過快。電流不穩定，過小或過大，焊接的角度不對，電弧偏吹等。防控措施：按制造工藝加工合理的坡口，準確的控制電流、焊接速度等工藝參數。正確操作防止焊偏等現象。

4 氣孔

在超聲檢測壓力容器焊縫時，經常會發現有缺陷波形敏銳、凸顯、波形單一。當探頭繞缺陷移動時，缺陷波依然存在。當超聲波探頭沿焊縫水平轉動時，單個氣孔缺陷波會消失，連續氣孔則會產生持續的缺陷波顯示，密集氣孔則會出現多個此起彼落的缺陷波。當探頭垂直焊縫移動時，除針狀氣孔外，缺陷波均很快消失。分析產生氣孔缺陷的原因有（1）氣孔波形為單縫狀，穩定性好，單個氣孔的回波高度幅度小；（2）從多個方向探測可以知道，雖然反射波大體形狀相當，但是探頭稍微以活動，反射波就會消失，密集氣孔會出現一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當探頭作定點轉動時，會出現此起彼落的現象。防控措施有：杜絕藥皮開裂、剝落、變質及焊芯銹蝕的焊條，有銹的焊絲需除銹后才能使用。所用焊接材料應按規定溫度烘干，坡口及其兩側清理干凈，并要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。

5 夾渣

反波信號一般呈鋸齒狀連續波幅，最高峰邊緣上有小峰，當平行移動探頭時，反射波會有出現變動，從焊道兩側檢測，反射波幅出現不相同，但是缺陷定位一致。經過返修后會看到是夾渣缺陷。分析夾渣缺陷原因：夾渣多為非金屬雜質，如熔渣。有線狀連續、獨立的、成簇的形狀等。在相同條件下探測時，其缺陷波幅比氣孔、未焊透、裂紋、未焊透回波低、波型也相對較寬。探頭平行移動時，條狀夾渣的回波具有連續性，當近似樹叉的形狀時，可判斷疑似成堆或簇的缺陷群。探頭做環繞移動時，條狀夾渣缺陷波會比較快消失，但對于體積大的夾渣在較大的范圍內都有缺陷波。在不同位置檢測時，呈現不同形狀的回波，這類缺陷產生的原因有：焊接電流過小，速度過快，焊接角度不合理等因素，熔渣返出不及時，焊接過程中對各層焊縫及邊緣處清理不徹底，對于焊材選擇的化學成分不正確，如含硫、磷較多等。防控措施有：正確選用焊接電流，合理選擇運條角度，焊接速度等。焊接件的坡口角度選擇合理，焊前坡口應清理干凈。

參考文獻：

[1]李廣波.全自動超聲波檢測應用于西部管道施工[J].油氣田地面工程，2010（08）.

[2]于喜元，樓俊君，楊平.管道超聲波檢測器的應用與發展趨勢[J].油氣儲運，2003（04）.

[3]徐文彪.石油、天然氣管道對接焊縫超聲波檢測[J].無損檢測，2002（01）.