不銹鋼管對接焊縫超聲波檢測中缺陷的定性

  超聲波檢測不銹鋼管中, 缺陷定性是檢測的難點。在焊縫檢測中, 超聲波儀的熒光屏僅能看到大致相 同的脈沖波形, 要在微小差別的波形中, 分辯出缺陷的性質(zhì), 就比較困難。文章通過分析常見不銹鋼管焊縫缺陷的 波形及其特征, 提出了鑒別缺陷性質(zhì)的方法。超聲波探傷除了確定工件中缺陷的位置和大小外，還應盡可能判定缺陷的性質(zhì)。不同性質(zhì)的不銹鋼管缺陷危害程度不同，例如裂紋就比氣孔、夾渣危害大得多。因此，缺陷定性十分重要。常規(guī)超聲波檢測的主要判據(jù)為聲程、反射波高、反射波形靜態(tài)特征和底波的降低，輔助判據(jù)為反射波動態(tài)特征、頻率關(guān)系、缺陷區(qū)內(nèi)的聲波衰減和反射波的再現(xiàn)。

 超聲波脈沖的傳播時間可以準確測量，這意味著能清楚確定焊縫中反射點的位置。而缺陷沿焊縫的相對位置和在橫截面上的分布等因素使我們能夠初步認識缺陷類型。在焊縫的超聲波探傷檢驗中，手工操作占有重要地位。用該方法能檢出因熔煉、制造不當所產(chǎn)生的缺陷。由于焊縫特有的結(jié)構(gòu)燥聲與材料的缺陷信號相互混雜，往往使缺陷信號不易識別因此，應開發(fā)并探索新的手工檢測方法，建立所得信息與產(chǎn)品焊接參數(shù)、及缺陷類型之間的關(guān)系，以便能簡便合理的在各種焊管焊縫探傷中辨識缺陷類型。 缺陷定性是一個很復雜的問題，目前的A型超聲波探傷儀只能提供缺陷回波的時間和幅度兩方面的信息。探傷人員根據(jù)這兩方面的信息來判定缺陷的性質(zhì)是有困難的。實際探傷中常常是根據(jù)經(jīng)驗結(jié)合工件的加工工藝、缺陷特征、缺陷波形和底波博況來分析估計缺陷的性質(zhì)。

一、噪聲干擾雜波識別

 1. 噪聲的來源

 超聲波檢測中，噪聲的來源很廣泛，首先是檢測儀器在工作時性能不穩(wěn)定，會產(chǎn)生干擾噪聲；振動及沖擊、環(huán)境儀器相互干擾等也會導致噪聲的產(chǎn)生。此外，超聲波在材料中傳播時，粗大晶粒會使超聲波發(fā)生散射，從而產(chǎn)生雜波。

2. 雜波的識別

  超聲波檢測中，由于儀器自身及振動沖擊等產(chǎn)生的雜波，具有不規(guī)則性、偶然性，其產(chǎn)生的原因多種多樣，出現(xiàn)的隨機性較大，因此，可通過分析，多次重復檢測發(fā)現(xiàn)。另外，超聲波在物體中傳播時，粗大晶粒的界面會使聲波發(fā)生散射，并引起波型轉(zhuǎn)換，從而在熒光屏上產(chǎn)生雜亂的草狀波，且噪聲波幅隨晶粒尺寸增大而升高。由于不銹鋼管中的缺陷反射往往會湮沒于噪聲雜波中而無法分辨，導致細小缺陷的檢測受到限制，故要會識別比較常見的雜波，從而排除其對缺陷定性的干擾。

二、對接焊縫不同缺陷的波形分析及判定方法根據(jù)工作經(jīng)驗，介紹一下對接焊縫中不同缺陷的波形特點及缺陷定性方法。

1. 裂紋

  裂紋屬于平面型缺陷，對于平面形缺陷，在不同的方向上探測，其缺陷回波高度顯著不同。在垂直于缺陷方向探測，缺陷回波高；在平行于缺陷方向探測，缺陷回波低，甚至無缺陷回波。

  由于裂紋內(nèi)含有氣體，屬于鋼/空氣界面，聲壓反射率高，回波高度大，波峰較寬，多峰。兩側(cè)探測時，波幅不同。超聲波對裂紋較敏感，一般以最大回波高度作為判斷裂紋性質(zhì)的依據(jù)，探測面合適時，裂紋缺陷回波較高，反射強烈。

 2. 未熔合

包括坡口和層間未熔合，片狀缺陷類似裂紋，但表面比裂紋光滑。探頭折射角合適時回波較高，從焊縫兩側(cè)探測時，反射幅度不同。

 3. 未焊透

  呈線狀或條狀，一般在焊縫中部和根部。波幅較高，探頭平移時，波形較穩(wěn)定。兩側(cè)探測時，會得到大致相同的反射波，位置不變。探頭垂直焊縫轉(zhuǎn)動時，波形消失快。

 4. 夾渣

  由于夾渣內(nèi)含有非金屬頭雜物，其聲壓反射率低。夾渣有一定棱角，條渣呈條狀連續(xù)或斷續(xù)分布；點渣回波有方向性。條渣多呈鋸齒狀，反射率偏低，根部較寬不清晰，好像樹枝一樣。隨著探頭的移動，夾渣各信號閃爍不定或幅度突變。

 5. 氣孔

  呈空心狀，其介質(zhì)成份為氣體，反射界面規(guī)則光滑，單個氣孔回波幅度不高，波形為單峰較不穩(wěn)定；密集氣孔常出現(xiàn)一簇反射波。波高與氣孔大小有關(guān)，從不同方位探測，幅度隨探頭移動面作平滑變化，回波幅度變化不大。

三、現(xiàn)場實踐

  我們在中石油東北輸油管焊縫過程中，對焊接不銹鋼管波探傷方法進行了現(xiàn)場檢驗。根據(jù)輸油管規(guī)格加工了許多存在缺陷的焊接接頭試樣，利用射線拍片和超聲波探傷進行對比分析。在驗證過程中，我們對射線拍片發(fā)現(xiàn)的根部缺陷，用超聲波進行復探，缺陷的波幅均超過不合格線。另外經(jīng)過射線拍片合格的焊接接頭也用超聲波進行檢測，發(fā)現(xiàn)有一處坡口缺陷，發(fā)現(xiàn)缺陷為坡口未熔合。由此可見超聲波探傷方法不僅能有效地檢測出射線檢測中發(fā)現(xiàn)的危害性缺陷，還能檢測出射線檢測不敏感的線性缺陷。

四、結(jié)束語

  不銹鋼管焊縫內(nèi)部大缺陷能用超聲波檢測，容易定位，定量和定性。關(guān)鍵是成群小缺陷的存在，在缺陷區(qū)域內(nèi)造成超聲波的衰減，使缺陷信號波形與結(jié)構(gòu)燥聲混雜，不易分辨。出現(xiàn)多次反射波時，部分透射的缺陷產(chǎn)生特有的最大反射波高，但對于這一現(xiàn)象的正確辨別必須滿足許多條件。在焊縫超聲波探傷中，特別是在缺陷屬于密集的非金屬夾雜物時，這種現(xiàn)象只能觀測到當發(fā)現(xiàn)這種特有的最大反射波高時，可被當成一定類型缺陷的一種波形。

  要做到缺陷判定準確、可靠，應進行綜合分析，根據(jù)實際探傷經(jīng)驗，總結(jié)焊縫缺陷的波形及其特征來鑒別缺陷的性質(zhì)。總之，超聲檢測中缺陷定性是一個復雜的系統(tǒng)工程。實際檢測中，波形的正確識別和缺陷的定性依賴于檢測人員的經(jīng)驗、技術(shù)水平，因此提高專業(yè)人員的技術(shù)水平與技能，是提高超聲波檢測技術(shù)的關(guān)鍵。

  K2.5的單晶探頭檢測結(jié)果中出現(xiàn)低于定量線的缺陷，這個與實際不符合，而且同樣存在放大缺陷的問題。測得的缺陷為兩條，計算得到長度都為54mm，當量分別為φ3＋11.5 db和φ3＋14.4 db，所以工件判廢。由于其探頭的頻率較低，靈敏度較低，跟薄壁管間的耦合不是很好，同樣造成實驗數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)間的差別。

  雙晶雙斜探頭5P3×6×2，K＝3所得實驗數(shù)據(jù)雙晶探頭的頻率較高，實際k值達到2.95，符合薄壁管探傷的條件。由于雙晶探頭采用是一收一發(fā)的模式，消除了有機玻璃/鋼界面反射雜波，又因始脈沖不能進入接收放大器，克服了阻塞現(xiàn)象，使探測盲區(qū)大為減小，為用一次波探傷及發(fā)現(xiàn)近表面缺陷創(chuàng)造了條件，減少了相互之間的干擾，性能穩(wěn)定。測量計算得到長75 mm，當量為φ3＋13.3 db和長54 mm當量φ3＋13.6 db的兩個缺陷。據(jù)相關(guān)標準該工件判廢。從實驗數(shù)據(jù)分析，雙晶探頭探傷的結(jié)果和實際缺陷長度相吻合，雙晶雙斜探頭較適合應用于實際探傷。根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，得出方法二中的雙晶雙斜探頭相對于方法一中的單晶單斜探頭，前者具有靈敏度高、雜波少、盲區(qū)小和近場區(qū)長度小優(yōu)點。經(jīng)過實驗驗證，與實際的結(jié)果相吻合。

五、結(jié)論

  從實驗結(jié)果分析得到，探頭頻率對探傷精度影響不大，但是k值大的探頭相對探傷精度高；在k值和探頭頻率滿足薄壁管探傷的前提下，雙晶雙斜探頭由于其探頭構(gòu)造的優(yōu)越性，探傷結(jié)果相對實際缺陷較吻合。 單晶探頭測得的缺陷長度要比實際缺陷長度大，所以在探傷中單晶探頭可能會造成缺陷評判的誤判。雙晶雙斜探頭，有較好的薄壁管探傷精度，探傷結(jié)果缺陷分析和實際相吻合，就目前情況而言，采用雙晶雙斜探頭對304薄壁不銹鋼管Y型節(jié)點焊縫探傷是可行的。