爬波檢測靈敏度設定對薄壁管對接環焊縫檢測結果的影響

張懷雅，于淑敏

(華電鄭州機械設計研究院有限公司，鄭州　450015)

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爬波檢測靈敏度設定對薄壁管對接環焊縫檢測結果的影響

張懷雅，于淑敏

(華電鄭州機械設計研究院有限公司，鄭州450015)

摘要：采用爬波檢測能有效控制特高壓輸電線路鋼管塔高頸法蘭與薄壁鋼管對接焊縫質量，但其檢測靈敏度的設定對檢測結果有較大影響。模擬1套帶有人工缺陷的試件，在不同型號、深度及探頭前沿與橫通孔水平距離下進行試驗，對比分析不同檢測靈敏度對檢測結果的影響。

關鍵詞：靈敏度；薄壁管；對接焊縫；爬波檢測

0引言

特高壓輸電線路鋼管塔采用高頸法蘭與鋼管對接環焊縫結構型式，焊縫質量的優劣對特高壓電網安全運行極為重要。由于鋼管管壁較薄且只能在焊縫一側進行檢測，而常規超聲波檢測方法由于各種原因無法掃查到焊縫的整個截面，容易造成漏檢。采用爬波檢測技術能滿足檢測要求，但其檢測靈敏度的設定對檢測結果影響較大，為驗證檢測靈敏度對檢測結果的影響，模擬特高壓輸電線路鋼管塔高頸法蘭與薄壁管對接環焊縫結構型式，制作了1套帶有人工缺陷的試件，并采用不同的檢測靈敏度檢測試件，以驗證檢測靈敏度對檢測結果的影響。

1爬波檢測的特點

爬波可認為是表面下縱波，其傳播速度與縱波相同。根據Snell定律，當入射角等于第一臨界角時，換能器可產生爬波，同時還伴隨有大角度主束縱波。理論與試驗研究結果表明，對于薄壁管對接環焊縫，利用存在于表面的爬波檢測垂直于外表面的橫向缺陷、利用主束縱波檢測內部和內表面的橫向缺陷是可行的。利用爬波檢測薄壁管對接環焊縫具有以下特點。

(1)根據超聲爬波原理，爬波探頭的聲束進入工件后可產生多種波形，其主縱波即為爬波主瓣，由于爬波主瓣的角度約為80°，基本垂直于工件的厚度方向，與工件中垂直方向的裂紋幾乎成90°，因此，爬波檢測對垂直性裂紋檢測有很高的靈敏度。

(2)由于超聲爬波在被檢工件近表面傳播，因此工件表面的粗糙度及雜質等異物基本不會影響超聲爬波的正常檢測。

(3)爬波探頭的有效覆蓋深度為0.5～9.0 mm，而常規雙晶直探頭的檢測盲區為4 mm，應用爬波探頭可以很好地解決雙晶直探頭盲區問題，準確檢測出近表面裂紋缺陷。

(4)爬波會產生約34°的超聲橫波，其聲速接近爬波聲速的一半，因此，在對爬波探頭進行校準時需要特別注意，如采用二次回波發射法，爬波的二次回波將與橫波的一次回波在聲程上非常接近，較難分辨，因此，可采用牛角試塊和半圓試塊校準爬波探頭的零點及材質聲速等性能參數。

2試件制備

結合鋼管塔高頸法蘭與薄壁鋼管對接環焊縫的特點，制作了1套薄壁管對接環焊縫試件，規格分別為?159 mm×4 mm，?180 mm×5 mm，?219 mm×6 mm，?299 mm×7 mm及?377 mm×8 mm，焊縫寬度10 mm，試件結構如圖1所示。焊縫內特定位置設置有人工缺陷，缺陷主要為坡口未熔合、焊縫中裂紋、坡口裂紋及氣孔。

圖1　薄壁管環焊縫試件

3檢測技術條件

超聲波檢測儀器型號為CTS-1002GT，探頭包

表1　深度為2 mm和5 mm的?1 mm×30 mm橫通孔波幅達到基準波高時的dB值

括2.5P7×7R80型(晶片面積為7 mm×7 mm，頻率為2.5 MHz，探頭弧面半徑為80 mm)，2.5P7×7R150型(晶片面積為7 mm×7 mm，頻率為2.5 MHz，探頭弧面半徑為150 mm)，2.5P7×7平面型(晶片面積為7 mm×7 mm，頻率為2.5 MHz，平面探頭)。對比試塊型號為SG-Ⅰ，耦合劑使用機油，檢測靈敏度為DAC+10 dB，耦合補償為2 dB。

檢測方式為聲束中心線垂直于焊縫中心，探頭放置在鋼管側外表面上，探頭距離焊縫中心15～20 mm沿環向掃查，還應作10°～15°的左右轉動，掃查速度不大于50 mm/s。

試驗執行標準依據Q/GDW 707—2012《輸電線路鋼管塔薄壁管對接焊縫超聲波檢驗與質量評定》[1]。

4試驗數據及結果

4.1試驗數據

用爬波檢測，在SG-Ⅰ試塊上分別對深度為2 mm和5 mm的?1 mm×30 mm橫通孔繪制距離-波幅曲線，探頭前沿距橫通孔水平距離分別取5，10，15，20，25，30 mm，記錄每點波幅調至滿屏80%時衰減器讀數dB值，測試結果見表1，根據測試結果繪制距離-波幅曲線(DAC曲線)如圖2～4所示。

從表1可以看出，深度為2 mm的?1 mm×30 mm橫通孔的dB值均高于深度為5 mm的?1 mm×30 mm橫通孔的dB值，其中2.5P7×7R80探頭平均高4 dB左右，2.5P7×7R150探頭平均高6 dB左右，2.5P7×7探頭平均高5 dB左右。

為了驗證不同深度的橫通孔繪制出來的DAC曲線對檢測結果的影響，分別用深度為2 mm和5 mm的?1 mm×30 mm橫通孔調試的DAC曲線對?159 mm×4 mm，?219 mm×6 mm，?299 mm×7mm及?377 mm×8 mm的試件進行檢測，檢測結果與射線透照檢驗結果進行對比分析。每個試件選取1個比較典型的缺陷波形進行比對，如圖5～8所示。從圖中可以看出，同一缺陷采用不同靈敏度檢測波幅相差較大，一般情況下，對同一個缺陷用深度為2 mm的橫通孔調試的DAC曲線檢測的缺陷波幅比深度為5 mm的橫通孔調試的DAC曲線高2～8dB，而在2種檢測靈敏度下采用6 dB法對缺陷測長，結果基本一致，所測缺陷長度與射線檢測結果基本吻合。

圖2　2.5P7×7R80探頭DAC曲線

圖3　2.5P7×7R150探頭DAC曲線

圖4　2.5P7×7平面探頭DAC曲線

4.2試驗結果

(1)選擇合適的爬波探頭可有效檢測出薄壁管對接焊縫中的缺陷，條狀缺陷測長與射線所檢出的尺寸較吻合，與所采用的檢測靈敏度關系不大。

(2)用深度為2 mm的?1mm×30 mm橫通孔調試的靈敏度比深度為5 mm的橫通孔高，同一缺陷波幅在DAC曲線基礎上高2～8 dB。

(3)采用不同深度的橫通孔制作的DAC曲線檢測薄壁管對接焊縫，對發現的條狀缺陷長度測量影響不大，在2種靈敏度下用6 dB法進行檢測，所得結果基本一致。

(4)用不同深度的橫通孔調試的靈敏度對缺陷的檢出率有一定影響。不同靈敏度對氣孔檢出率的影響最大，氣孔回波波幅相對較低，有些氣孔基本看不到回波，用深度為2 mm的?1 mm×30 mm橫通孔

圖5　?159 mm×4 mm試件焊縫中裂紋

圖6　?219 mm×6 mm試件焊縫中坡口未熔合

圖7　?299 mm×7 mm試件焊縫中氣孔(?1.5 mm×5)

圖8　?377 mm×8 mm試件焊縫中坡口裂紋

調試的靈敏度比深度為5mm的橫通孔對氣孔的檢出率高。

5結論

試驗設計的薄壁管對接環焊縫對比試塊，經與射線檢測結果對比，可用于輔助薄壁管對接環焊縫缺陷性質的對比檢測。靈敏度的設定對薄壁管對接環焊縫爬波檢測的影響較大，試驗表明，實際檢測中采用深度為2 mm的?1 mm×30 mm橫通孔調試掃查靈敏度，制作DAC曲線，可減少漏檢現象，但由于其靈敏度高，雜波相對也多，所以在檢測中，要根據實際情況，選擇合適的橫通孔調試掃查靈敏度。

參考文獻：

[1]輸電線路鋼管塔薄壁管對接焊縫超聲波檢驗及質量評定：Q/GDW 707—2012[S].

(本文責編：弋洋)

收稿日期:2015-08-31；修回日期:2016-02-20

中圖分類號：TG 447

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)03-0061-03

作者簡介：

張懷雅(1988—)，女，河南南陽人，助理工程師，從事電力無損檢測及人員培訓方面的工作(E-mail:zhanghy@hdmdi.com)。

于淑敏(1988—)，女，河南開封人，助理工程師，從事電力無損檢測及人員培訓方面的工作(E-mail:yusm@hdmdi.com)。