鋼襯墊焊縫的超聲波檢測(cè)

，

(1.河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院唐山分院,唐山 063000；2.江蘇德創(chuàng)制管有限公司，泰州 225700)

在部分工程結(jié)構(gòu)的施工中，如管道的環(huán)焊縫對(duì)接、鋼結(jié)構(gòu)鋼管工程最終拼接焊縫的對(duì)接和鋼結(jié)構(gòu)工程的T形和角接焊縫的對(duì)接等，如果采用全位置無襯墊單面焊接則容易出現(xiàn)焊接缺陷。由于坡口背面無襯墊，熔池金屬就無外部支撐，且現(xiàn)場(chǎng)安裝的焊縫焊接屬于全位置焊，焊接過程中熔池金屬的受力狀態(tài)不斷變化，根部焊縫成型的控制難度非常大，因此焊縫根部特別是立焊位置容易出現(xiàn)縮孔和其他缺陷[1]。如果采用鋼襯墊的單面對(duì)接焊工藝，焊接質(zhì)量就容易保證。 對(duì)鋼襯墊焊縫進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，墊板反射回波也會(huì)顯示在熒光屏上，在聲波入射到探頭對(duì)側(cè)的焊角時(shí)，會(huì)在熒光屏上顯示出焊角和襯墊兩個(gè)回波，單面襯墊焊超聲檢測(cè)原理及回波示意如圖1所示。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定焊縫不允許存在裂紋、未焊透和未熔合等缺陷，如何正確判斷鋼襯墊焊縫的真假缺陷回波就尤為重要，許多超聲檢測(cè)人員認(rèn)為鋼襯墊會(huì)影響焊縫的超聲檢測(cè)回波信號(hào)[2]。

1 T形或角接接頭焊縫

1.1 90°角的T形或角接接頭焊縫

帶鋼襯墊的90°T形或角接接頭結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，圖中鋼襯墊端部將起到反射體R的作用，R反射回波的定位將等于一個(gè)相當(dāng)于來自D點(diǎn)的焊接缺陷的聲程距離。

圖2 帶鋼襯墊的90°T形或角接接頭結(jié)構(gòu)示意

對(duì)于存在以上的反射回波，可通過如下方法綜合解決：

(1) 在C點(diǎn)用直探頭來檢測(cè)，確定是否存在缺欠D的反射回波(如果C點(diǎn)位置可以進(jìn)行檢測(cè))。

(2) 確定在焊接接頭長(zhǎng)度上該回波顯示是否是連續(xù)不斷的，一般來自墊板的反射回波很高，當(dāng)探頭沿著焊縫方向移動(dòng)時(shí)，此類波形就一直伴隨，相對(duì)而言大多數(shù)焊接缺陷并不均勻連續(xù)。

(3) 采用多次波反射法從B點(diǎn)對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)，來確定D是否存在。這時(shí)可能要對(duì)F點(diǎn)打磨平整，以保證超聲束能覆蓋到D點(diǎn)。

(4) 增加探頭角度(即更換大角度探頭)以保證聲束能更好地覆蓋到D點(diǎn)。

(5) 清除掉一小塊襯墊，使聲波不能達(dá)到R位置，從而確定D是否是缺陷或證實(shí)回波是否來源于R處。

(6) 選擇一處最大的反射回波位置進(jìn)行打磨或刨槽后，通過表面檢測(cè)(磁粉或滲透檢測(cè))來確定D是否存在。

圖3 帶鋼襯墊的夾角角度小于90°的T形或角接接頭結(jié)構(gòu)示意

1.2 夾角小于或大于90°的斜T形或角接接頭焊縫

因?yàn)榻宇^夾角角度的改變，來自接頭的反射回波就變得較復(fù)雜。帶鋼襯墊的夾角角度小于90°的T形或角接接頭結(jié)構(gòu)示意如圖3所示，R的反射回波也可以視為焊道下裂紋C的回波。帶鋼襯墊的夾角角度大于90°的T形或角接接頭結(jié)構(gòu)示意如圖4所示，當(dāng)夾角角度大于90°時(shí)，R就和缺陷D的回波聲程距離相等。這些條件的分辨與90°T 形或角接接頭的相同。

圖4 帶鋼襯墊的夾角角度大于90°的T形或角接接頭結(jié)構(gòu)示意

2 對(duì)接接頭焊縫

2.1 襯墊和接頭間脫開的情況

通常的假回波指示R是由連接接頭的錯(cuò)邊(如鋼管橢圓度大、焊接變形等導(dǎo)致裝配質(zhì)量問題)或兩個(gè)不同厚度板材連接，鋼襯墊和板材間貼合面分離而產(chǎn)生的。襯墊和接頭分離的對(duì)接接頭結(jié)構(gòu)示意如圖5所示，根據(jù)聲程距離和波束傳播路徑，在圖5中，當(dāng)從A點(diǎn)檢測(cè)時(shí)，回波顯示看起來就像裂紋或未熔合等根部缺陷[3]。

圖5 襯墊和接頭分離的對(duì)接接頭結(jié)構(gòu)示意

對(duì)于存在以上反射回波，可通過如下方法綜合判斷解決：

(1) 準(zhǔn)確標(biāo)記好反射回波的指示部位(如圖5中的L位置)。

(2) 從單面對(duì)側(cè)A1位置重復(fù)超聲檢測(cè)。

(3) 如果從A1點(diǎn)檢測(cè)，同樣可以得到L位置的回波反射指示，則證實(shí)在根部存在缺陷。

(4) 如果從A1點(diǎn)檢測(cè)不到L位置的反射回波，則可能是R產(chǎn)生的假缺陷反射回波顯示。

2.2 表面形狀和襯墊具有類似聲程的情況

另一個(gè)引起混淆的假反射回波的原因是焊縫表面成形與鋼襯墊導(dǎo)致的反射有相同的聲程距離。寬的對(duì)接接頭根部間隙結(jié)構(gòu)示意如圖6所示，圖6中焊接接頭底部足夠大，聲波傳播到鋼襯墊，并從R邊角處反射，得到一個(gè)大的反射回波顯示。較小的對(duì)接接頭根部間隙結(jié)構(gòu)示意如圖7所示，在圖7中，焊縫底部窄一些，且聲波進(jìn)入處離焊縫稍遠(yuǎn)了一些，從而焊縫余高位置W處產(chǎn)生了聲波反射和出現(xiàn)大的反射回波顯示。

圖6和圖7中的聲程距離相同，究竟是表面缺陷的反射，還是焊縫余高的反射，或者是襯墊邊緣的反射，就需要仔細(xì)地分析和判斷。

圖6 寬的對(duì)接接頭根部間隙結(jié)構(gòu)示意

圖7 較小的對(duì)接接頭根部間隙結(jié)構(gòu)示意

對(duì)于存在以上反射回波，可通過如下方法綜合判斷：

(1) 從單面對(duì)側(cè)A1點(diǎn)對(duì)圖6的焊縫進(jìn)行檢測(cè)，以確定W區(qū)域是否存在缺陷反射回波。

(2) 對(duì)W區(qū)域的任何回波顯示可以進(jìn)行打磨檢查，來確定缺陷的存在。

(3) 如果在單面對(duì)側(cè)的A1位置沒有反射回波指示，則再從A點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，確定從W來的反射回波是否是焊縫余高引起的。首先移動(dòng)探頭直到得到最大的反射回波高度，然后用手指蘸耦合劑觸摸W處，如果W是焊縫余高反射，那么隨著手指的觸動(dòng)，反射回波會(huì)出現(xiàn)跳動(dòng)。

(4) 如果W不是反射體，按照如下方法來驗(yàn)證鋼襯墊是否是反射源，將探頭放在A1或A處以得到最大的反射回波高度，測(cè)量從探頭入射點(diǎn)到反射體的投射表面的距離，探頭對(duì)側(cè)的焊縫位置標(biāo)記為L(zhǎng)，測(cè)量從L到W的尺寸，這一尺寸應(yīng)為鋼襯墊的寬度(如果超聲設(shè)備經(jīng)過精確校準(zhǔn)的話)。因此，超聲檢測(cè)人員在檢測(cè)前應(yīng)詳細(xì)了解所用鋼襯墊的尺寸和基本的根部間隙尺寸情況，可以排除一些關(guān)于反射源的問題(這也是超聲檢測(cè)人員需要熟悉焊接結(jié)構(gòu)的主要原因)。

(5)在圖7中，按中心線G將焊縫分為兩部分，從探頭所在的焊縫相同側(cè)對(duì)反射體進(jìn)行判斷，使假反射回波信號(hào)降低到最小。

3 密封焊鋼襯墊

合同雙方可以要求對(duì)所有鋼襯墊進(jìn)行密封焊接[4]，密封的焊縫使超聲波不能通過坡口焊縫的整個(gè)橫截面。超聲檢測(cè)人員應(yīng)在制作之前確定鋼襯墊的最實(shí)用寬度以及適于檢測(cè)的最佳橫波探頭角度。密封焊的鋼襯墊對(duì)接接頭結(jié)構(gòu)示意如圖8所示，在圖8中，鋼襯墊端部是關(guān)鍵部位，因?yàn)槠溆绊懥寺暡ǚ瓷涞浇宇^焊縫的上部。通常，在鋼襯墊端部，聲波從B至B1部位進(jìn)入鋼襯墊，信號(hào)可能被探頭接收，或者如A1部位那樣探頭完全接收不到返回信號(hào)回波。

圖8 密封焊的鋼襯墊對(duì)接接頭結(jié)構(gòu)示意

密封焊的鋼襯墊T形和角接接頭結(jié)構(gòu)示意如圖9所示，在圖9中，存在相同的狀態(tài)，即聲波在B處進(jìn)入鋼襯墊，并且通過襯墊板繼續(xù)傳播進(jìn)入腹板中。如在屏幕上看到這一反射回波，則很可能是假回波顯示。

圖9 密封焊的鋼襯墊T形和角接接頭結(jié)構(gòu)示意

針對(duì)這一反射回波，解決措施為：增加密封焊接鋼襯墊的寬度，或者更換較小角度的探頭進(jìn)行檢測(cè)。

4 結(jié)語

(1) 對(duì)鋼襯墊的焊縫進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，要精確地校準(zhǔn)距離軸線(時(shí)基掃描線)，從結(jié)構(gòu)中獲得信號(hào)的精確信息參數(shù)，以利于準(zhǔn)確地判定。尋找回波源的最佳反射角，使其產(chǎn)生最高回波，從而計(jì)算其水平和深度位置，精確地確定回波源的坐標(biāo)。通過仔細(xì)辨別反射回波的來源，分析回波的傳播路徑和反射特性，可以正確判斷真假缺陷回波。

(2) 超聲檢測(cè)人員檢測(cè)前應(yīng)該熟悉焊接結(jié)構(gòu)和焊接工藝，通過準(zhǔn)確地反射回波定位才能進(jìn)行正確判斷。