复合焊缝超声检测

1、08-01-04 复合焊缝超声检测Examination of Composite Welding Line by Ultrasonic Technology娄瑞龙 水电四局By Lou ruilong The 4th Bureau of Water & Electricity Department of China摘要 在实际中选用低频率大晶片，声阻抗较大的耦合剂，经分析缺陷产生情况及影响检测的声压差，衰减，表面及近表面影响，采取措施，检测三峡排砂管复合焊缝，保证缺陷检出。abstract:In practical use, choosing big wafer with low f

2、requency and coupling with greater sound impedance to analyze the crevice produced after considering the factors such as the sound pressure difference, the attenuation, the surface and close surface effects. Take measures to examine the composite welding lines of the sand ejection pipe in Three Gorg

3、e. 主题词 焊接 焊缝 超声波 检测 复合钢板 key Words: weld; welding line; ultrasonic; examine; composite armor plate. 我厂承建的三峡二期工程，大型复合钢板排砂管，直径5米，材质选用4毫米的00Cr18Ni5Mo3Si2铁素体奥氏体双相不锈钢与20毫米厚的16MnR或Q345C的复合钢板。焊接纵缝采用100%超声波检测，15%射线复检，环缝采用50%超声波，5%射线复检。目前，该种焊缝还没有详细的验收标准。三峡选用JB4730-94焊缝验收标准。文章讲述复合钢板焊缝的超声波检测方法，是本人在长期实践中的经验总结。1

4、、焊接三峡排砂管复合钢板由太原钢厂生产，通过爆炸焊复合而成，对焊接质量要求很高，采用非对称X型坡口。（如图一） 6008 202 4 600图 一焊接工艺先采用507焊不绣钢侧16MnR，焊至离复合层2毫米时停焊，用角磨机修磨焊道深约1毫米左右，其后用碳弧气刨清根并焊背缝，然后用312焊条焊过渡层，最后用042焊条焊不锈钢。2、缺陷分析三峡气候较湿，湿度最高时达到85%90%（相对湿度），由于工期较紧，湿度较高时在车间中焊接，空气中的水被电解成氢气或氧气溶解在熔池中，形成气孔和氢裂（微裂），为以后延迟裂纹创造裂纹源。A312，A042焊条的流动性，脱渣性较差，加以线能量、电流控制严格，焊接时外

5、观成形较差，夹渣性层间未熔合和边缘未熔合较多。这种影响在平焊时不大，全位置焊接时影响特别明显。16MnR与过渡层的材质相差较大，基材含Cr量几乎为零，复材高含Cr量，在过渡层与基材的熔合线上Cr与16MnR形式极为复杂的复合层组织，舍勒组织图可能看出，随着Cr的增加，材料的淬硬性增加，此时过渡层中肯定存在贝氏体和马氏体组织，在外力和焊接应力的作用下，形成过渡层裂纹，特别经多次返修的焊缝。由于两种材质不同，在焊接过程中，会产生焊接偏析，其对超声检测有一定影响。3、检测时机：过渡层Cr熔于16MnR低合金钢中，形成淬硬组织，按裂纹分类有延迟裂纹和冷裂纹，检测时机应在焊后受外力24小时后。2、检测分

6、析：1）界面衰减复合钢板焊缝由16MnR，过渡层，复合层三种介质组成，超声波进入异质界面时，由于声阻抗不同，界面上反射声压也不同。（如图二） z1 z2 z3图 二r1= r2= r3=声压往复透过率T=r1-介质16Mn声压反射率 r2-过渡层介质声压反射率 r3-不锈钢介质声压反射率 a-入射角123分别为16Mn、过渡层、不锈钢中的折射角 T-声压往复透射率当Z1Z2Z3 时，会产生极高的界面反射当Z1Z2Z3时，会产生极高的界面反射或不产生反射。界面的dB差值为：（下面值通过实测得）Z钢=3230××106g/cmSZ过渡层=3203××106g

7、/cmSZ不绣钢=2727××106g/cmSr2=r3= dB=20Lg =20Lg/=20Lg/=2）散射衰减00Cr18Ni5Mo3Si2是由奥氏体铁素体双相不锈钢，而奥氏体组织的晶粒较粗，超声波在晶粒之间有漫反射，产生林状回波，应选用较低频率的探头，以减少草状回波对超声波检测的影响。粗晶公式可知a=as+aa aa=c×fas=as-散射衰减系数 aa-吸收散射系数 a-介质衰减系数 f-声波频率 d-介质的晶粒直径-波长 F-各向异性系数 c1 c2 c3 c4-常数当吸收衰减与频率 f，晶粒直径d各向异性系数有关，当d时，散射衰减与频率散减f4d3成正

8、比。实际测得衰减系数为：直探头 2.5P20D B1=78dB B2=56dB dB=78-56=22dB一二次波的dB差为6dB，横波（K2）在过渡层与复合层的路程为7.1毫米。=22-6-6-2/2X=8/2×在实际中为×3）检测基准面选择检测时，由于过渡层和不锈钢只有6mm左右，而危险性缺陷都出在这个部位区域。为了避免始脉冲和近场区的影响。选择16MnR为检测基准面。（如图三） Y O A B图 三4）K值选择选16MnR为检测基准面时。由于超声波检测的是近表面缺陷，扩散角和底面焊缝表面的影响，使缺陷波有三角反射OBA，由“横野泰和，南康雄，迎静雄”等在关于表面和底面

9、附近缺陷与评价的基础研究中结论表明在600左右时，这种影响不大。本来示波屏上显示有杂乱回波，如不考虑，对检测难度加大，会产生误判。所以选用在600左右的探头。迟到波（如图四）图 四5）晶片选择由0/D)可知,晶片尺寸增加，半扩散角减少，波束指向性变好，超声波能量集中，探头未扩散区扫查范围大，远距离扫查范围相对变小，发现远距离缺陷能力增强，对超声波检测有利。所以选用13×13晶片。6）定位误差超声波在定位时由于 00Cr18NiMo3Si2的横波声速为2727m/s，而基材横波声速为3230m/s，因声速不同，所以折射角也相应变化。 L L1 L0 490图 五（如图五）所示，定位时尺

10、寸稍有偏差，经返修过的焊缝偏差较大。如表1：表 一×13K2工件编号深度缺陷长度LL2LA4018160036342A63/6417220034340184119680383531875/7621920423845、调节仪器：采用武汉汉威HS×13K2采用深度1：1调节，一、二次波检测。灵敏度在CSKA试块调节，用两次板厚的长横孔做面板曲线，然后表面补偿2dB，12dB=4.7dB，此时灵敏度调节好。不补偿和补偿后对比如表二：表 二2.5P13K2 补偿18dB工件编号H缺陷长度未补偿补 偿DB区域评定DB区域评定A-121201×6-71×6+4184

11、7/481921351×6-21×6+9A右55/561721201×6-14/1×6-3A40/411820451×6-41×6+6由表二可以看出没有考虑补偿，焊缝的级别相差很大，因前期未考虑，焊缝缺陷严重漏检，在实际必须考虑00Cr18Ni5Mo3Si2不锈钢层引起的各项dB差并修正距离-波幅曲线。6、定量定位测长通常用6dB法和端点6dB法或绝对12dB法测长，在实践中测长用绝对12dB法较理想，定位时在量L值时尽量考虑偏差，特别注意焊缝边缘缺陷定位偏差。7、实例分析表 三×13K2 （补偿18dB 曲线已修正）工件编号HL缺陷长度DB定性评定A40183416001×6+11裂纹1875/7621389201×6+14裂纹A62/631721343817601×6+13裂纹A63/64173422001×6+11裂纹A39/401935701×610裂纹184119356801×6-1夹渣性未熔A右818213438501×6+2夹渣性未熔A40、1841、A右8经拍片复验基本相符，1875/76、A62/63 、A63/64、A39/40，用角磨机磨开后肉眼与放大镜看不到，经做着色才能发现。缺陷符合实际检