半波高度法在大壁厚焊管超聲波手工檢測定位中的應用

孫少卿， 王艷云， 王立民， 劉傳水， 劉常慶

（渤海裝備華油鋼管有限公司， 河北 青縣062658）

1 常規手工超聲波探傷深度定位存在的問題

螺旋埋弧焊管生產時， 由于成型時應力[1]較大、 焊材中雜質較多或者焊接規范不合理等原因， 常常會產生各種缺陷[2]， 如氣孔、 夾渣、 未焊透和裂紋等。 對于缺陷， 補焊工一般采取碳弧氣刨的方式進行缺陷清除[3]。 清除缺陷前， 補焊工需要知道缺陷深度的準確信息， 以決定缺陷返修的內外位置。

通常情況下， 手工探傷人員利用A 型脈沖反射法對缺陷進行手工超聲波檢測[4]。 當發現缺陷后， 通過左右、 前后移動探頭找到缺陷波幅的最大位置， 此時， 缺陷反射波的深度即為缺陷的深度。 這種方法就是應用最廣泛的最高波幅法[5]，缺陷最高波形如圖1 所示。

圖1 超聲波手工探傷時缺陷的最高波形圖

筆者在實踐中發現， 對于壁厚大于20 mm的埋弧焊管返修時， 補焊工時常發現缺陷的實際位置和手探工給出的信息不一致， 如焊縫下部的缺陷當做焊縫上部的缺陷， 或者焊縫上部的缺陷當做焊縫下部的缺陷， 尤其是缺陷自身的高度較大時。 這種情況會極大地影響補焊工的返修效率， 造成缺陷清除不干凈， 嚴重時只能二次返修甚至鋼管降級。 為解決這一問題， 筆者在最高波幅法的基礎上， 參考6 dB 法測長[6]原理， 提出半波高度法測量缺陷的深度。

2 半波高度法測量深度的原理及方法

2.1 檢測原理

利用6 dB 法測量缺陷高度， 由于波高降低6 dB 后， 正好為原來的一半， 因此6 dB 法又稱為半波高度法。 實際檢測時， 首先在焊縫兩側通過左右、 前后掃查等方式[7]確定缺陷最高波幅位置，然后調整儀器的增益或衰減， 使缺陷波高為屏幕的80%； 在此基礎上在焊縫兩側緩慢前后移動探頭， 在最高波幅附近找到波幅降低一半的位置，即波幅40%的位置， 此時可以得到3 個位置信息，分別對應缺陷的最高波幅、 缺陷的上端點和下端點。 缺陷的上、 下端點為缺陷最高波降低6 dB 的位置[8]， 通過判斷上、 下端點的位置， 來確定缺陷的實際深度， 如圖2 所示。

圖2 缺陷上、下端點位置示意圖

2.2 儀器及探頭的選擇

儀器選用武漢中科的HS511 數字式超聲波探傷儀， 探頭類型為2.5P10×12K2 探頭， 聲程比例1:1 調節儀器， 按照GB/T 9711—2017[9]規定，人工缺陷選擇Φ1.6 mm 豎通孔[10]， 掃查靈敏度為Φ1.6 mm 豎通孔100%+4 dB。

3 半波高度法的應用

生產某項目用X80 鋼級Φ1 422 mm×21.4 mm大壁厚螺旋埋弧焊管時， 超標缺陷需要到補焊崗位返修。 返修前， 需要進行超聲波手工檢測， 準確定位缺陷深度以確定返修的內外位置。 手探人員利用半波高度法進行精確測量， 發現2 處缺陷的深度信息， 具體信息見表1。

表1 半波高度法確定的缺陷深度信息

對于缺陷A （裂紋）， 如果按照最高波幅法應從下表面返修， 但由于缺陷較大， 可能清除不干凈。 若按照半波高度法確定的上、 下端點位置進行返修， 補焊工則從鋼管上表面返修， 很容易找到缺陷， 且能夠將缺陷清除干凈。 實踐證明， 缺陷A實際刨開后的深度位置和半波高度法確定的位置基本一致， 圖3 所示為缺陷A 刨開后的實物照片。

對于缺陷B （裂紋）， 如果按照最高波幅法應從上表面返修， 至少碳弧氣刨8 mm 才能發現缺陷， 而按照半波高度法測量的信息應從下表面返修， 只需碳弧氣刨5 mm 即可發現缺陷， 極大地提高了返修效率。 實踐證明， 缺陷B 的實際刨開后的深度和半波高度法測量的深度基本一致， 圖4 所示為缺陷B 刨開后的實物照片。

圖3 缺陷A 刨開后實物照片

圖4 缺陷B 刨開后實物照片

但對于比較小的缺陷， 如氣孔或較小夾渣等， 受超聲波6 dB 聲束寬度的影響， 采用半波高度法測量缺陷時， 往往會放大缺陷的自身高度， 此時采用最高波幅法比較合適。 根據實踐經驗， 當缺陷高度≥4 mm 時， 采用半波高度法進行測量， 其端點的定位信息是準確的；當缺陷高度＜4 mm 時， 采用最高波幅法定位比較準確。

4 結束語

經過大壁厚鋼管的探傷實踐證明， 對于未焊透、 裂紋等較大缺陷， 應用半波高度法確定缺陷的上、 下端點位置， 比單純依靠最大波幅法確定缺陷深度有更大的優勢， 其定位信息準確， 有利于補焊工快速找到缺陷， 提高返修效率。