不銹鋼復合板對接焊縫超聲波檢測中的定位誤差

鄭文江，曹福想，郭少宏，鄧　波

(廣東省特種設備檢測研究院佛山檢測院，佛山 528000)

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不銹鋼復合板對接焊縫超聲波檢測中的定位誤差

鄭文江，曹福想，郭少宏，鄧波

(廣東省特種設備檢測研究院佛山檢測院，佛山 528000)

摘要：通過對超聲橫波在不銹鋼復合鋼板中傳播時產生的定位誤差進行分析,得出復合板對接焊縫超聲波檢測時的定位誤差補償規律，給出了定位誤差的補償方法，并對復合板對接焊縫表面缺陷和內部缺陷進行定位誤差補償比對試驗，從而總結出一種操作簡便、缺陷定位較準確的復合板對接焊縫超聲波檢測方法。

關鍵詞：復合板；對接焊縫； 超聲檢測； 定位誤差

常見的不銹鋼復合鋼板是以碳素鋼和低合金鋼為基板，不銹鋼為復板，通過爆炸法或熱軋成型工藝等方法復合而成的雙金屬板[1]。其對接焊縫的無損檢測一般采用X射線檢測或滲透檢測，但X射線檢測無法確定缺陷的深度，而滲透檢測只能檢測焊縫的表面缺陷；超聲波檢測法雖然能檢測出內部缺陷的位置和深度，但在復合板對接焊縫檢測中,由于涉及到聲波在兩種不同聲速的固體介質中傳播而帶來較大的定位誤差和定量誤差，從而極易導致誤判或漏檢，故使得其在復合板對接焊縫的無損檢測應用領域受到較大的限制[2]。目前國內只見復合鋼板(帶)超聲縱波檢測方法的標準，很少有復合鋼板對接焊縫超聲橫波檢測的文章或標準[3-4]。

利用折射定律對超聲橫波在奧氏體不銹鋼復合板對接焊縫中傳播時產生定位誤差的原因和補償規律進行分析，總結出超聲波檢測時的缺陷定位補償方法。通過自制復合板對接焊縫試塊進行比對和實測，均取得令人滿意的結果，從而為奧氏體不銹鋼復合鋼板對接焊縫實施超聲檢測提供一種操作簡便、切實可行的檢測方法。

1不銹鋼復合板對接焊縫超聲橫波檢測時的定位誤差分析

1.1超聲橫波在奧氏體不銹鋼復合板中傳播時產生定位誤差的原因

(1)

圖1　超聲橫波在不同介質中的傳播示意

1.2不銹鋼復合板對接焊縫超聲波檢測時定位誤差的修正

為了對復合板對接焊縫超聲波檢測時產生的定位誤差有更直觀的認識，假定缺陷在復合焊縫中的水平距離和深度分別為Lf和Df，有Lf=Kt，Df=t，t為缺陷距離基板表面的深度。設探傷儀水平讀數為X，根據焊縫中缺陷位置的不同和檢測面的不同，探傷時產生的定位誤差有以下三種情況：

(1) 0

由以上分析可知，復合板超聲波檢測時產生的理論水平定位誤差與基板厚度無關,僅與復板及復板焊縫厚度和探頭在不同聲速時的正切值有關，且水平定位誤差值ΔX1和ΔX3為定值，ΔX2為變值，為便于計算，探傷時只取定值ΔX1和ΔX3。由此可總結出復合板對接焊縫超聲波檢測時缺陷定位誤差補償的兩個公式，即，

復板產生的理論水平定位誤差修正值為：

(2)

復板焊縫產生的理論水平定位誤差修正值為：

(3)

1.3不銹鋼復合板對接焊縫超聲波探傷時缺陷定位補償方法

實際探傷中的缺陷定位補償方法是先根據復板厚度和探頭所在探測面位置的不同，相應選取表1中的補償值，將缺陷信號水平讀數減去補償值后，即視為缺陷的水平實測值，進而判斷缺陷真偽并對缺陷進行準確定位。在常見的超聲B級檢測中，當采用一次反射波法在對接焊縫的單面雙側進行檢測時，若不進行相應的定位誤差補償，極易將缺陷信號判斷為偽缺陷。以復板厚度為7 mm的復合板對接焊縫為例，復板側探傷時對焊縫內的缺陷從焊縫兩側進行探傷，若不進行補償，缺陷水平定位重合度為9 mm，碳鋼側缺陷水平定位重合度為5.6 mm，從而極易誤判為偽缺陷；若采用表1給出的數值進行水平定位補償后，將會明顯減少缺陷的誤判和漏檢，并能對缺陷進行準確定位。

表1　K2探頭不同探測面的定位誤差補償值　mm

需要注意探傷時出現的缺陷信號,要判斷其深度是位于基板側還是復板側，當在基板與復板交界面附近時，應結合缺陷波型作綜合判斷。一般來說，碳鋼焊縫缺陷波型較單純，波寬較窄，奧氏體不銹鋼則與之相反，波寬較寬，并出現兩個或多個波峰。

2超聲橫波在不銹鋼復合板對接焊縫探傷時的定位誤差實測比對試驗

筆者按不同厚度的基板和復板,制作了9塊焊縫上下表面均帶線切割槽和3塊焊縫中不同位置帶φ2 mm×20 mm深孔人工缺陷的復合板試塊，進行了復合板對接焊縫的定位誤差實測比對試驗。復合板基板材料為Q345R，復板材料為304，試塊規格見表2，試塊人工缺陷及探傷位置如圖2所示。

表2　復合板試塊規格　mm

圖2　復合板對接焊縫試塊人工缺陷及探傷位置示意

經對圖2(a)中的表面人工缺陷采用表1中的補償值進行補償前后的比對試驗數據進行分析可知，考慮調機時的水平定位誤差為±1 mm，試驗共有72組數據，其中有58組數據滿足要求，占比為80%;如把一次波的定位誤差定為不大于1.5 mm，則滿足要求的占比為93%，其余最大誤差為1.7 mm;考慮到線切割槽在焊縫中的位置偏差和材料聲速的不均勻性，這樣的補償結果是可以接受的。

對于圖2(b)中的對接焊縫內的人工缺陷，采用表1的定位誤差補償值對復合板對接焊縫內部缺陷的水平定位進行補償修正后，水平讀數誤差均小于±1 mm，基本能準確找到缺陷。

3采用理論定位誤差補償值進行修正的實測試驗

通過對5塊帶焊接缺陷的復合板對接焊縫試塊采用表1中補償值修正后進行缺陷定位實測試驗，以A-2試塊為例，從測試結果可以看出，缺陷為位于基板側的條狀缺陷，焊縫兩側檢測時缺陷水平定位重合度最大為5 mm，通常判定為偽缺陷，而采用補償值進行修正后兩側缺陷水平定位相距為3 mm，可以確定為有一定寬度的缺陷。經水平定位補償后的缺陷位置與焊縫射線檢測照片中的缺陷位置基本

圖3　A-2試塊對接焊縫射線照片

吻合，從而避免了缺陷的誤判和漏檢。A-2試塊中的缺陷圖像如圖3所示。

4結論

(1) 根據聲波的折射原理，分析了超聲橫波在復合板對接焊縫中傳播時產生水平定位誤差的原因，得到理論水平定位誤差補償規律，給出了不銹鋼復合板對接焊縫實際探傷中的缺陷水平定位補償方法。

(2) 通過對奧氏體不銹鋼復合板對接焊縫表面缺陷和內部缺陷進行探傷，并利用理論水平定位補償方法進行修正，均達到滿意的結果。

針對不銹鋼復合板對接焊縫的超聲波檢測，筆者所用探傷方法不需制作專用試塊，只需采用給出的補償值和補償方法對缺陷信號進行補償，即可對缺陷進行判斷和準確定位，操作簡便，值得在實際探傷中推廣應用。

參考文獻：

[1]周松,曾為民，胡雯，等.16MnR+316L復合鋼板焊接工藝及性能研究[J].化工裝備技術,2009,30(6):49-50,60.

[2]富陽.復合板壓力容器裂紋的無損檢測[J].無損檢測,2010,33(3):227-229.

[3]林繩準.復合鋼板對接焊縫中橫向裂紋的超聲波檢測[J].市油工程建設,1991(5):38-39.

[4]何中吉.凝汽器不銹鋼復合材料焊縫的超聲波探傷[C].河南：河南省機械工程學會， 2003:179-182.

[5]王能利，張希艷，潘希德，等.超薄層0Cr18Ni9/20g復合鋼板的焊接工藝及接頭組織[J].機械工程材料,2007,33(11):55-57,64.

[6]寧克冰,劉繼儒.用超聲波測厚儀對不銹鋼復合板厚度的精確測量[J].無損檢測,2013,35(6):74-76.

Positional Error in Ultrasonic Testing of Stainless Clad Plate Butt Welds

ZHENG Wen-jiang，CAO Fu-xiang，GUO Shao-hong，DENG Bo

(Foshan Branch of Guangdong Special Equipment Inspection Institute, Foshan 528000, China)

Abstract：Through the analysis of positional error during ultrasonic shear wave propagation in the clad steel plate′s butt welds, conclusions were drawn for the ultrasonic testing′s positional error compensation rules and the positional error compensation method was also given. Comparison tests of positional error compensation have been done for the surface defects and internal defects in the clad steel plate′s butt welds. An ultrasonic detection method of simple operation and accurate defect locating was summarized for the clad steel plate's butt welds.

Key words:Clad steel plate；Butt weld；Ultrasonic testing；Positional error

中圖分類號：TG115.28

文獻標志碼：A

文章編號：1000-6656(2016)01-0049-03

DOI:10.11973/wsjc201601013

作者簡介：鄭文江(1956-)，男，高級工程師，主要從事承壓設備超聲檢測工作。

收稿日期：2015-04-07