超声波检测的伪缺陷波的回波反射

超声波检测的伪缺陷波的回波反射

超声波检测是目前国内外应用最广泛、使用频率最高、开发速度快的一种无损检测技术。它具有灵敏度高、穿透能力强、速度快、检测成本低、对人体及环境无害以及便于现场使用等特点,但在设备对接焊缝探伤过程中,却常常遇到焊缝余高引起的反射回波。这些回波虽不是由于焊缝内部缺陷引起的,但却给超声波检测带来辨别真伪缺陷的困难,很可能造成误判和错判。为了尽量避免误判、错判,以下就实际操作过程中常见的由焊缝余高引起的几种伪缺陷波进行辨析。1声束在a点产生回波反射的危险因素分析对接焊缝进行超声探伤时,常发现距母材上表面或下表面几个毫米深度范围内的焊缝及热影响区附近有不同长度的,连续的超标反射回波,有时甚至在焊缝全长都有此回射波,现就该情况进行分析。由声波特性可知,当声波遇到焊缝余高的圆弧面时,若入射方向与圆弧面的切平面方向相垂直,声波便会产生回射。本文以板厚为T,上下焊缝余高分别为h和δ,焊缝宽度为1T的对接焊缝为探伤对象。当直射波能在余高表面上产生回波反射时,探伤示意图如图1所示。如图1所示探头发出的声波在焊缝圆弧面A点产生回射,A点距工件下表面的距离为r,探头的入射角为α,此时探头距下表面焊缝右侧焊角的水平距离为2T,仪器示波屏上显示声程为S。由于探头发出的声束有一定的扩散角,根据声束及焊逢的几何特征可知,如果扩散角内的某声束能在圆弧面A点产生回波反射,则必定是唯一的。因此在探伤过程中有以下三种产生超标波形的可能情况:(1)轴线上声束在A点产生回波反射,其入射角为α,即探头入射角;(2)上半扩散角内的某声束在A点产生回波反射,其入射角为α+β;(3)下半扩散角内的某声束能在A点产生回波反射,其入射角为α-γ;则三种情况下仪器上的声程显示数值计算公式如下:S1为轴线声束在A点产生回波反射,仪器上的声程数值(mm)。S2为上半扩散角内的声束在A点产生回波反射,仪器上的声程数值(mm)。S3为下半扩散角内的声束在A点产生回波反射,仪器上的声程数值(mm)。示波屏上与声程1S、S2、S3相对应的垂直深度、水平距离(包含探头前沿)分别为1H、H2、H3、1L、2L、3L,其计算公式如下:此;H3<H1<H2,L3<L1<L2现设定=mmT30,δ=5mm,mmh=5,mmr=2,oα=60,oβ=5,oγ=5由上述公式计算得三种情况下仪器中声程、垂直深度、水平距离数值如表1所示。对示波屏上超标波形进行定位时,应将焊缝余高的影响考虑进去,以免做出错误的定位。如表1中轴线声束在A点产生回射时垂直深度显示为32mm,由于32>T=30mm,如未考虑到余高则认为超标波形是一次反射波所探出的缺陷,位置距下表面垂直距离为32-30=2mm,水平距离为55.4mm的焊缝上,就容易误认为是缺陷。若考虑到焊缝余高h,则很清楚的看出为直射波在焊缝的圆弧面上产生回波反射。此外,从表1数据也看出若上半扩散角范围内的声束在A点产生回射时,也会直观的判断为是一次波遇到缺陷所产生的回波,位置距下表面垂直深度为37.8-30=7.8mm,水平距离为66.5mm,显然66.5小于探头中心至A点的实际水平距离(757.×sin65o=686.),若656.<T2,就会误认为在焊缝右侧的热影响区上存在缺陷;下半扩散角内的声束在A点产生的回射波则会直观认为是直射波到达距下表面垂直深度为30-27.9=2.1mm,水平距离44.3mm的缺陷所形成,显然48.3大于探头中心至A点的实际水平距离(55.8×sin55o=45.7),若483.>T2+T1,就会误认为缺陷在焊缝左侧的热影响区上。当超声波经工件表面在焊缝余高上产生的一次回波反射时,探伤示意图如下:图2中所示参数与图1中参数定义相同,同理如果扩散角内的某声束能在圆弧面A点产生一次波回射,也必定是唯一的。同样在三种可能的情况下仪器上显示的声程,垂直深度,水平距离(含探头前沿)的计算公式如下:上述公式中各参数定义与上面(1)~(9)公式中的参数定义相同。按直射回射时参数数值设定,由以上公式(10)~(18)计算得三种情况下仪器中声程、垂直深度、水平距离值如表2。从表2看出,上半扩散角内的声束在A点产生回射时,会容易断为二次波遇到缺陷产生的,位置距上表面垂直深度为73.4-30-30=13.4mm,水平距离为127mm,显然127小于探头中心至A点的实际水平距离(=×13365sin7.146o),若2127<T,则会误认是在焊缝右侧的热影响区上;同样93.5大于探头中心至A点的实际水平距离(=×5.8855sin108o),若125.93+>TT,则下半扩散角内的声束在A点产生的反射波则认为是一次波在垂直深度距上表面30+30-54=6mm,水平距离为93.5mm的焊缝左侧的热影响区上扫查出缺陷。对于上述这些反射回波并非缺陷回波,它是探头非轴线上的某一声束在焊缝表面的反射回波,在实际操作中无论斜探头角度多大,焊缝探伤的变角回波都是有可能存在的,但是否出现及反射波幅的大小则主要取决于有效反射面的大小、方向、形状和粗糙度等。对于这些波拍打焊缝区时波幅变化也不明显,按照常规的判断很容易被评定为缺陷,因此在遇到此类情况时,应慎重对待,需要认真观察焊缝外形,更换探头角度重新扫查看超标波形的位置是否会发生变化,如有变化则可能就是余高形成的。还可进行双面双侧扫查,确定是否只有单边会产生此波形。必要时可用砂轮打磨焊缝余高,后在进行扫查判断。2大流量操纵回波的特征分析在焊缝斜角探伤中,横波入射遇到焊缝底部的圆弧面时,由于反射面不是平面,故入射角发生变化,当入射横波在焊缝余高的圆弧面A点的入射角为θ,且θ<332.o时,那么在A点处除产生横波反射外,还会产生纵波反射,其反射角分别为θ,φ,如图3所示。由于纵波在钢中的声速大于横波,根据反射定律得φ>θ。当反射横波和反射纵波垂直入射至焊缝上表面的B、C点处时,将产生垂直的回波反射,沿原路径返回,被探头接收。在焊缝中,纵波声速CL=5900m/s,横波声速CS=3230m/s,因此在相同的时间里纵波的传播距离是横波的5900/3230=1.826倍,所以一般情况下在B点产生的纵波反射回波先于C点横波反射回波到达圆弧面A点,探头将先接收到B点的反射回波,此时便会在示波屏上产生2个反射回波,且变型纵波回射与横波回射在示波屏上显示的深度数值1H和H2大致为:图3中所设定的参数与图1中参数定义相同。由于实际中对接焊缝的宽度及焊缝余高的值都不大,故上式中作了如下的近似:纵波与横波在焊缝上下两余高之间的声程为T+h+δ,这种近似计算误差相对荧光屏读书精度来讲是可以接受的。从上两式中也可看出,在示波屏中纵波回射位于横波回射的前方。对于在示波屏上出现上述的变型纵波大致有以下这些特征。(1)它的产生需要一定的几何条件,即:焊缝两面的余高较为光滑,斜探头入射角较大。(2)缺陷在示波屏上显示的深度的数值,基本与上述公式的计算数值相近。(3)变型纵波一般波幅较高,常常超出判废线,有一定的延续长度,范围较大。(4)用手沾油法拍击焊缝余高表面,不一定都有信号跳动现象。在实际检测中,若示波屏上出现上述情况,即可通过以上的特征进行大致的判断,若还无法确定时,可改用其他K值探头进行扫查,若同样的波在相同的位置出现,则为缺陷波。必要时可打磨焊缝余高,消除几何条件,如此波消失,就能证明是变型波。3表面类超量的判定从以上分析可以看出,焊缝余高的存在对超声波探伤存在着一定的影响,因此在对接焊缝探伤中,应事先熟悉焊缝结构,合理选用探头,当在示波屏上出现超标波形时,不要轻易的做出缺陷的判定,应先根据反射波