焊缝超声波探伤技术的改进

焊缝超声波探伤技术的改进

超声检测是压力容器连接焊接内部检验的重要方法之一。作为一种传统探伤方法,具有设备简单、操作方便等优点。随着计算机技术的发展,智能化的超声波探伤仪能大大简化过去人必须承担的一些工作。但超声波在焊缝探伤应用中存在着不利的一面,众所周知,超声波探伤过程中,有许多即时的因素不仅影响探伤的实施而且影响探伤结果判断,焊缝表面结构状态对超声波探伤检测结果的判断就有着直接的影响,如对不同的焊缝表面结构状态简单地使用所谓的智能化仪器,就很可能出现误判和错判。1非点匹配结构对超声波检测的影响1.1剩余高连接对超声波检测的影响1.1.1焊缝余高宽度JB4730—1994标准第三篇9.1.3.2条按板厚推荐了焊缝探伤的斜探头K值。但在实际工作中,一般只用一种探头的直接波或反射波对焊缝进行全扫查,这时,斜探头的K值和前沿距离的组合不仅应考虑板厚,而且还应考虑焊缝余高的宽度。图1为受焊缝余高宽度影响,单面双侧探伤直接波和反射波组合扫查,超声波波束的最大扫查范围。可见式中T——板厚度b,b1——上、下探测面焊缝半宽l——探头前沿长度当a1+a2>T时,单面双侧的直接波和反射波组合扫查才能沿壁厚方向对焊缝进行全扫查。图2为受焊缝余高影响,双面双侧探伤直接波扫查时,超声波波束的最大扫查范围。可见当a1+a2>T时,双面双侧的直接波组合扫查才能沿壁厚方向对焊缝进行全扫查。1.1.2ab/ac异常点的缺陷波和反射纵波如图3所示,入射波在底面焊缝的余高A点产生反射波,由于焊缝余高弧面的曲率影响,超声波反射波束有别于平面反射的超声波束。根据余高弧面曲率半径的大小,超声波的反射有两种情况,曲率半径较小时,如埋弧自动焊焊缝的余高,在A点的反射角α<33.2°,A点产生反射横波和反射纵波;曲率半径较大时,如手工平焊焊缝的余高,在A点的反射角α>33.2°,A点只产生反射横波。问题是这些反射波在探测面的焊缝余高上产生反射,当探测面余高上B,C点存在反射体如沟槽,或B,C点的反射角较小时则这些反射信号可能被探头接收,由于AB和AC的声程比理想状态下的计算声程要短,以及纵波和横波声速差异,使得B,C点的反射波信号在荧光屏上出现在特定的时基线区域范围内,而这个区域恰好是一般设定的缺陷波区,这严重影响着探伤结果的判断。一般这种情况的反射波经计算总被确认为是母材上的缺陷,并且反射波幅度较高。出现上述情况,关键是要确定反射点A的位置,常用方法是通过现场测量计算X的长度,设底面焊缝半宽为b,检测面与底面焊缝偏心距为s,若X>KT+b±s,则A点不在底面焊缝的余高上,这样可排除焊缝表面余高形状产生伪反射的影响。1.1.3剩余高、宽和形状的突变影响了剩余高、宽和形状的正确检测(1)焊缝/接头工作区域超声波探头的选择取决于母材板厚和焊缝宽度,一般在探伤实施前已按板厚和焊缝的正常宽度选定了探头。但实际工作中有焊缝突然变宽的情况,如自动焊的起弧和收弧区及焊缝的返修区都比正常的焊缝要宽,而这些区域总是缺陷的多发区。由图1和2可知,焊缝变宽超声波束就可能对焊缝的中心区域漏扫查,产生对该区域缺陷的漏检。(2)探伤结果的判定如图3所示,焊缝形状变化可能由无伪反射转变为有伪反射,焊缝宽度变化使得产生伪反射的区域增宽,并且不能确定焊缝的宽度值b,在检验结果的判断过程中就不能正确判断X值,以至在这一余高变化区域中探伤结果判断出现错误。1.1.4焊缝余高上造成的反射焊缝余高虽是焊接接头多余的部分,但如其内部存在缺陷,则会对焊接接头产生负面影响。超声波探伤对余高内部缺陷的检测存在困难。如图4所示,焊缝余高上A,B,C,D点处分别存在咬边、沟槽、气孔和裂纹,这些点上所产生的反射难以根据脉冲在荧光屏上出现的位置判断出反射点的性质。一般情况下把这些反射波所在荧光屏的区域定为表面反射区,无疑这样的处理方式会引起焊缝余高内部气孔和裂纹等缺陷的漏检。根据反射波的形态和探头位置微小的变化确定反射点的性质是判断焊缝余高反射是否是内部真实缺陷的方法,但应用该方法的效果与探伤人员的实践经验相关。1.2焊接头的焊接误差的影响1.2.1c3反射波的评定如图5所示,焊接接头中A点存在咬边,B,C点存在接头内部焊接缺陷,由于错口部位A,B,C三点反射波在荧光屏上出现的位置与理想的焊接接头状态有明显区别,如按理想的焊接接头结构进行评判,A点咬边会误判为焊缝内部的缺陷,B点反射会误判为底面余高的沟槽,而C点反射很可能不纳入评定范围之内。针对以上问题,对反射波定位时考虑焊接接头错口量H的影响非常重要。1.2.2缺陷定位错误如图6所示,在探测面观察不到错口,如只按一侧的板厚进行计算就可能把不是缺陷的A点反射判定为埋藏于焊缝内部的缺陷,对B,C两处真实的埋藏缺陷可能误判为余高表面缺陷,或判定为缺陷,但缺陷定位错误。针对上述问题,探伤前随时测量两侧的板厚度非常必要。1.3外接结构引起的反射影响探伤结果的判定焊缝表面外接结构一方面影响探头扫查的移动范围,另一方面外接结构引起的反射影响探伤结果的判断。如图7所示,底面外接结构的棱角A点的反射可能误判为焊缝内部B点的缺陷反射。1.4在不同的厚带连接结构中，厚板的薄热损失会对超声波检测产生影响1.4.1声程比无削薄状态的a点声程比对b点声程的影响这不仅影响缺陷定位,而且可能引起缺陷误判。如图8所示,A,B点的声程比无削薄状态按板厚T2计算的声程要短,如不按实际状态严密计算会导致B点的真实缺陷定位不准确及A点的咬边引起的反射判定为焊缝内部埋藏缺陷。1.4.2检测结果错误违反标准的削薄结构的存在后果是,检测人员按标准削薄结构确定检测工艺和定位计算,而实际情况与标准存在差异以致检测结果全部错误。如图9所示,检测工艺按标准削薄结构确定了检测用超声波探头的折射角(K值),但违反标准的削薄结构角度偏大,当削薄面上的反射角α<33.2°,在反射点O处发生波型转换,产生的反射横波和纵波在表面A,B处产生反射回波,由于此时的反射声程与标准状态下的不一致,很可能把A,B点的反射误判为埋藏在焊缝内部的缺陷反射。2超声波探伤的质量控制(1)压力容器设计和制造安装过程中,为实现焊接接头结构的超声波探伤,主要应考虑几方面的技术要求,即①焊缝的宽度及宽度的均匀性。②焊缝余高高度和表面平滑过渡的弧面形状。③上下表面焊缝余高中心错位量。④焊缝表面附近区域外接结构的范围。⑤焊缝错口和削薄结构的标准要求。(2)对接焊缝超声波探伤必须在探伤前根据不同焊缝表面结构状态制定对应的探伤工艺。(3)探伤实施过程中必须对有关焊缝表面结构状态的一些几何尺寸进行仔细的测量和确认。(4)探伤过程中注意反射信号波形的变化情况对作出正确的探伤结果判断也是非常必要的,一般情况下伪反射信号的波形都是比较规则的,波幅非常高,且相对稳定,而缺陷的反射波形,如未焊透和气孔有其非常明显的特点,其它缺陷通常都是形状不规则波幅不稳定的波形。(5)发现反射波时,不要根据片面的信息进行结果判断,必须经过严密分析和验证以得到正确的结果,验证的方法有,①在焊缝一侧发现的反射必须在另一侧进行验证,在可能的情况下最好在另一面加以验证。②采用折射角与检测用探头相差较大的另一种探头来验证。最好是采用折射角更大的探头对反射波发现的缺陷用直接波验证。③通过测量采用结构模拟计算来验证。④