對接縫超聲波定位偏差分析

饒?zhí)锾?朱文亮

江南造船集團(tuán)有限責(zé)任公司 上海 201913

在船體焊接對接縫檢測過程中，我們會碰到一些因為焊縫結(jié)構(gòu)以及焊接材料的原因?qū)е碌姆侨毕莼夭ㄐ盘枺怯捎谖覀兪褂玫膬x器計算回波信號的水平和深度都在焊縫范圍內(nèi)，若經(jīng)驗不足就會造成誤判，造成不必要的返修，會給船舶建造質(zhì)量以及生產(chǎn)工期造成較大的影響。本論文針對幾種現(xiàn)場超聲檢測遇到的缺陷定位偏差的情況進(jìn)行研究分析并給出可行的方法，這樣方便我們判別缺陷的真?zhèn)危ＷC船體焊縫的質(zhì)量。

1 斜射橫波檢測普通碳鋼對接縫

1.1 定位偏差分析

在現(xiàn)場檢測流水線拼板自動焊對接縫時，母材厚度為22mm，檢測過程中發(fā)現(xiàn)整條焊縫都有缺陷回波顯示，回波信號深度為18mm左右，水平位置靠近焊縫邊緣，由于之前尚未發(fā)現(xiàn)該類型情況，通過抽拍一張射線片，底片上并無缺陷顯示。后經(jīng)與現(xiàn)場生產(chǎn)部門溝通了解到，該鋼板對接縫焊接后未進(jìn)行火工矯正，導(dǎo)致兩塊鋼板之間存在一定的夾角，夾角角度為7°。

如圖一所示條件下檢測流水線自動焊焊接后外觀成型較好的對接縫時，可能會遇到的結(jié)構(gòu)反射波。在上圖所示情況下，由于鋼板對接縫焊接后未進(jìn)行火工矯正或矯正不到位導(dǎo)致兩塊鋼板夾角僅僅為7°時，通過CAD模擬1：1模擬作圖可以得到，探頭所接收到的結(jié)構(gòu)反射回波顯示深度為18．68mm，而母材厚度為22mm，此時如果不仔細(xì)觀察很容易造成誤判而導(dǎo)致無謂的返修。同樣，如果在鋼板反面進(jìn)行探傷，在該種情況下會出現(xiàn)反射回波顯示深度約為25mm，同樣對檢測結(jié)果的評判造成困擾。

圖1 未矯正鋼板超聲波檢測CAD模擬圖

1.2 解決辦法

（1）使用耦合劑拍打反面焊趾位置，觀察儀器上的回波信號是否上下跳動，若上下跳動，則該回波信號為結(jié)構(gòu)回波。（2）觀察焊縫兩側(cè)鋼板是否平行，如具有一定的夾角應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚＃?）此類回波一般情況下回波包絡(luò)線較寬，探頭前后移動時回波下降不明顯，左右移動時整個焊縫都存在此類回波。

2 斜射縱波檢測粗晶材質(zhì)對接縫

2.1 定位偏差分析

在使用縱波斜探頭檢測粗晶材料試板對接縫時，母材厚度為20mm，檢測過程中發(fā)現(xiàn)有回波信號，儀器上顯示深度為14mm左右，水平位置經(jīng)測量處于焊縫范圍以內(nèi)，而該試板底片無任何缺陷顯示，后經(jīng)理論分析并CAD1：1作圖發(fā)現(xiàn)，該回波信號為縱波斜探頭分離出的折射橫波在焊趾處的反射回波。具體分析過程如下：

如圖2所示，當(dāng)檢測20mm母材厚度的粗晶材質(zhì)對接縫時，如果我們選用70°縱波雙晶斜探頭，則同時會分離出折射角為31°的折射橫波。當(dāng)探頭掃查焊縫時移動到如圖所示位置時可能會收到焊趾處反射回波，此時橫波聲程約為23．5mm。由于數(shù)字機(jī)為手動輸入聲速，根據(jù)探頭發(fā)射脈沖的時間延遲和聲速乘積自動生成聲程值，而此時數(shù)字機(jī)仍采用5900mm/s的聲速計算反射回波聲程，因此數(shù)字機(jī)上顯示的聲程值為43mm。與此同時，數(shù)字機(jī)中輸入的角度為70°而不是實際的31°，根據(jù)聲程和角度數(shù)字機(jī)自動生成的深度約為14．5mm，且水平位置位于探頭放置的焊縫另一側(cè)邊緣，直接造成粗晶材質(zhì)對接焊縫檢測時的誤判。具體計算過程如下：

圖2 粗晶材料超聲波檢測CAD模擬圖

縱波折射角為α，分離橫波折射角為β，母材厚度T，縱波聲程為SL，橫波聲程為SS，CL為縱波聲速，CS為橫波聲速，儀器顯示聲程為S，儀器顯示深度為H。

以上數(shù)值均為模擬計算得來，所得出的數(shù)值僅用以證明本人觀點，考慮到現(xiàn)場檢測時粗晶材質(zhì)聲速的不均勻性及其它實際情況，實測值與上述數(shù)字應(yīng)有少許偏差[1]。

2.2 解決辦法

（1）檢測前事先通過計算得出縱波斜探頭對應(yīng)的斜射橫波角度，同時通過模擬找出探頭移動到特定位置時容易出現(xiàn)的橫波反射回波位置，與實際檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。（2）使用耦合劑拍打反面焊趾位置，觀察儀器上的回波信號是否上下跳動，若上下跳動，則該回波信號為結(jié)構(gòu)回波[2]。（3）如果不考慮焊縫強(qiáng)度，可以在檢測前打磨焊縫焊趾位置，有條件情況下可考慮磨平焊縫，避免出現(xiàn)此類回波。

3 結(jié)語

通過本文的對接縫超聲波定位偏差分析，在船舶建造超聲波檢測中，儀器上一些經(jīng)過測量在焊縫范圍內(nèi)的回波信號，并非缺陷的回波信號，而是一些結(jié)構(gòu)回波信號。在我們現(xiàn)場的超聲波檢測中，一定要了解焊縫附近的結(jié)構(gòu)、焊接材料的材質(zhì)等關(guān)鍵因素，以免產(chǎn)生不必要的誤判和漏判。在實際檢測中，遇到問題時不要盲目的返修，可以通過CAD進(jìn)行1：1模擬作圖分析，這樣會使得我們對檢測結(jié)果的判定提供更好的說服力[3]。通過對對接縫超聲波定位偏差進(jìn)行分析，能夠保證我們船舶建造的質(zhì)量，同時也能夠保證產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度。