鋼墊板對接焊縫超聲波檢測的結構回波波形

張 菊

(中車株洲電力機車有限公司，株洲 412001)

各類型機車及地鐵構架產品在焊接時，梁體對接焊縫的根部是封閉的，多采用鋼墊板，根部外露的焊縫則采用可移動陶瓷墊塊。帶鋼墊板的對接焊縫在焊接后，墊板一般會與焊縫熔合在一起，由于結構的原因，這種焊縫在超聲波檢測時只能采用單面雙側檢測和全波程掃查，角度適宜時，焊角及墊板端部會產生結構回波，這些來自焊縫根部及墊板位置出現的結構回波和缺陷回波混雜在一起，現場檢測經驗不足的人員很難區分。由于焊縫根部不可見，不能像根部外露的焊縫一樣采用手指沾耦合劑拍打的方法來區分結構反射回波，且根部回波更為復雜，檢測結果的判定往往耗費時間且準確率不高。

1 鋼墊板對接焊縫的幾種常見裝配情況

以地鐵構架側梁對接焊縫為例，對接焊縫為手工二氧化碳氣體保護焊V坡口，板厚度為1216 mm，坡口角度為30°50°，墊板厚度為34 mm。實際工作中，由于梁體裝配會存在一些尺寸偏差，有時存在焊縫間隙超寬、墊板與母材間隙較大及焊縫兩側高低差等情況，這些偏差的出現都會給超聲波檢測時的根部結構回波判斷造成影響。

2 模擬試板的制作

根據實際檢測情況的特點,制作了以下幾種試板，具體結構尺寸如表1所示。

3 結構回波的識別方法

3.1 墊板端部產生的反射回波識別

3.1.1 墊板正常裝配時

當焊縫根部與墊板熔合在一起后,聲波入射至墊板的底面，在墊板上會產生多次反射，墊板端部的回波反射路徑示意如圖1所示，聲波被多次反射后，在墊板的端部(圖1中的D、E處)將產生反射回波，墊板端部的反射回波波形如圖2所示，實際工作中由于入射角度、焊縫厚度、墊板厚度和寬度、根部熔合情況等的不同，有時也會存在焊角回波、墊板一次、二次反射回波混合出現的現象。

表1 模擬試板結構尺寸 mm

圖1 墊板端部的回波反射路徑示意

圖2 墊板端部的反射回波波形

波形特征:探頭沿焊縫方向平行移動時，波形連續出現位置固定;在A側探測時，波形水平位置靠B側上表面熔合線;在B側探測時，波形水平位置靠A側上表面熔合線，深度顯示約為T+2b的厚度，兩個波水平位置之間的距離剛好等于墊板寬度，可判斷該波形為墊板端角反射波。用手沾耦合劑拍打試板上墊板的端角部位，儀器屏幕上反射波形跳動，驗證該波形為墊板端角的反射波。

3.1.2 墊板裝配偏向一側時

當出現墊板裝配偏向A側，在A側探測時，C位置反射波形水平位置在焊縫中心偏B側，有時會誤以為是根部未熔合(見圖3)。判斷方法:A側掃查時C位置反射波深度為(T+b)，理論上應是二次波的深度，但水平位置是焊縫中心偏B側，而二次波與B側熔合線是平行的,不會有未熔合缺陷反射波，可以排除A側二次波反射的可能。在B側用二次波驗證時，同一水平位置也沒有缺陷波反射，可判斷該波形為墊板端角的反射波。用手沾耦合劑拍打試板上墊板C處端角部位，儀器屏幕上反射波跳動，驗證該波形為墊板端角的反射回波，波形如圖4所示。

圖3 墊板偏向一側時端部的反射原理示意

圖4 墊板偏向一側時端部的反射回波

3.1.3 焊縫間隙超寬時

當焊縫間隙超寬時，探頭入射聲束到達墊板的上端角，產生反射回波。

波形特征:與正常裝配時的墊板回波類似，只是回波水平位置更靠近焊縫，容易誤判，檢測時應注意焊縫寬度。用手沾耦合劑拍打試板上墊板的端角部位，屏幕反射波跳動，驗證該波形為墊板端角的反射波。

3.2 根部焊角反射回波識別

3.2.1 母材與墊板間隙較大時

當母材與墊板之間有一定的間隙時,焊接后根部焊角成圓弧面,當入射聲束到達C處的焊角時產生反射,入射至該處的超聲聲束匯聚并反射。反射回波較高, 當探頭沿焊縫方向平行移動時，該波連續出現位置固定；在探頭垂直焊縫前后移動時, 反射波會移動小段距離, 在探頭轉動時, 波幅迅速下降(見圖5)。

圖5 焊角回波反射位置示意

判斷方法：A側掃查時，C位置反射波深度略大于試板厚度，水平位置是焊縫中心偏B側，B側掃查時A側根部焊角也有同樣反射，兩個波水平位置之間的距離恰好為焊縫根部兩個焊角之間的寬度。在兩側分別用二次波驗證，同一水平位置也沒有缺陷波反射。射線檢測發現該試板無缺陷，驗證該波形為焊角反射回波。焊角回波反射波形如圖6所示。

3.2.2 兩側母材存在高低差時

當焊縫裝配上下錯邊時, 焊角波易干擾對根部未焊透的判斷。A側探測時，其深度應為t, 但實際深度小于試板的厚度;在B側探測時，其深度遠大于試板的厚度。錯邊時的焊角回波反射原理示意如圖7所示。

圖7 錯邊時的焊角回波反射原理示意

判斷方法：檢測未焊透兩側時，水平位置顯示應在同一位置，但錯邊兩側回波水平位置不在同一位置，且一側深度會大于板厚，一側深度會小于板厚，焊縫目視檢測也發現有明顯高低差，波形如圖8所示。

圖8 錯邊時的焊角反射波形

4 結語

焊角回波、墊板回波是否出現，以及波幅的大小與探頭的入射角有關，當入射角適宜時就會出現這些回波，正確的識別這些結構回波有利于對焊縫根部缺陷的判別。通過對不同裝配情況下鋼墊板對接焊縫根部結構回波的分析與驗證，掌握了鋼墊板對接焊縫結構回波的特點，梳理出能識別鋼墊板對接焊縫結構回波的方法。