焊縫超聲波探傷技術(shù)的改進(jìn)

焊縫超聲波探傷技術(shù)的改進(jìn)

超聲檢測是壓力容器連接焊接內(nèi)部檢驗(yàn)的重要方法之一。作為一種傳統(tǒng)探傷方法,具有設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,智能化的超聲波探傷儀能大大簡化過去人必須承擔(dān)的一些工作。但超聲波在焊縫探傷應(yīng)用中存在著不利的一面,眾所周知,超聲波探傷過程中,有許多即時的因素不僅影響探傷的實(shí)施而且影響探傷結(jié)果判斷,焊縫表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)對超聲波探傷檢測結(jié)果的判斷就有著直接的影響,如對不同的焊縫表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)簡單地使用所謂的智能化儀器,就很可能出現(xiàn)誤判和錯判。1非點(diǎn)匹配結(jié)構(gòu)對超聲波檢測的影響1.1剩余高連接對超聲波檢測的影響1.1.1焊縫余高寬度JB4730—1994標(biāo)準(zhǔn)第三篇9.1.3.2條按板厚推薦了焊縫探傷的斜探頭K值。但在實(shí)際工作中,一般只用一種探頭的直接波或反射波對焊縫進(jìn)行全掃查,這時,斜探頭的K值和前沿距離的組合不僅應(yīng)考慮板厚,而且還應(yīng)考慮焊縫余高的寬度。圖1為受焊縫余高寬度影響,單面雙側(cè)探傷直接波和反射波組合掃查,超聲波波束的最大掃查范圍?？梢娛街蠺——板厚度b,b1——上、下探測面焊縫半寬l——探頭前沿長度當(dāng)a1+a2>T時,單面雙側(cè)的直接波和反射波組合掃查才能沿壁厚方向?qū)缚p進(jìn)行全掃查。圖2為受焊縫余高影響,雙面雙側(cè)探傷直接波掃查時,超聲波波束的最大掃查范圍?？梢姰?dāng)a1+a2>T時,雙面雙側(cè)的直接波組合掃查才能沿壁厚方向?qū)缚p進(jìn)行全掃查。1.1.2ab/ac異常點(diǎn)的缺陷波和反射縱波如圖3所示,入射波在底面焊縫的余高A點(diǎn)產(chǎn)生反射波,由于焊縫余高弧面的曲率影響,超聲波反射波束有別于平面反射的超聲波束。根據(jù)余高弧面曲率半徑的大小,超聲波的反射有兩種情況,曲率半徑較小時,如埋弧自動焊焊縫的余高,在A點(diǎn)的反射角α<33.2°,A點(diǎn)產(chǎn)生反射橫波和反射縱波;曲率半徑較大時,如手工平焊焊縫的余高,在A點(diǎn)的反射角α>33.2°,A點(diǎn)只產(chǎn)生反射橫波。問題是這些反射波在探測面的焊縫余高上產(chǎn)生反射,當(dāng)探測面余高上B,C點(diǎn)存在反射體如溝槽,或B,C點(diǎn)的反射角較小時則這些反射信號可能被探頭接收,由于AB和AC的聲程比理想狀態(tài)下的計算聲程要短,以及縱波和橫波聲速差異,使得B,C點(diǎn)的反射波信號在熒光屏上出現(xiàn)在特定的時基線區(qū)域范圍內(nèi),而這個區(qū)域恰好是一般設(shè)定的缺陷波區(qū),這嚴(yán)重影響著探傷結(jié)果的判斷。一般這種情況的反射波經(jīng)計算總被確認(rèn)為是母材上的缺陷,并且反射波幅度較高。出現(xiàn)上述情況,關(guān)鍵是要確定反射點(diǎn)A的位置,常用方法是通過現(xiàn)場測量計算X的長度,設(shè)底面焊縫半寬為b,檢測面與底面焊縫偏心距為s,若X>KT+b±s,則A點(diǎn)不在底面焊縫的余高上,這樣可排除焊縫表面余高形狀產(chǎn)生偽反射的影響。1.1.3剩余高、寬和形狀的突變影響了剩余高、寬和形狀的正確檢測(1)焊縫/接頭工作區(qū)域超聲波探頭的選擇取決于母材板厚和焊縫寬度,一般在探傷實(shí)施前已按板厚和焊縫的正常寬度選定了探頭。但實(shí)際工作中有焊縫突然變寬的情況,如自動焊的起弧和收弧區(qū)及焊縫的返修區(qū)都比正常的焊縫要寬,而這些區(qū)域總是缺陷的多發(fā)區(qū)。由圖1和2可知,焊縫變寬超聲波束就可能對焊縫的中心區(qū)域漏掃查,產(chǎn)生對該區(qū)域缺陷的漏檢。(2)探傷結(jié)果的判定如圖3所示,焊縫形狀變化可能由無偽反射轉(zhuǎn)變?yōu)橛袀畏瓷?焊縫寬度變化使得產(chǎn)生偽反射的區(qū)域增寬,并且不能確定焊縫的寬度值b,在檢驗(yàn)結(jié)果的判斷過程中就不能正確判斷X值,以至在這一余高變化區(qū)域中探傷結(jié)果判斷出現(xiàn)錯誤。1.1.4焊縫余高上造成的反射焊縫余高雖是焊接接頭多余的部分,但如其內(nèi)部存在缺陷,則會對焊接接頭產(chǎn)生負(fù)面影響。超聲波探傷對余高內(nèi)部缺陷的檢測存在困難。如圖4所示,焊縫余高上A,B,C,D點(diǎn)處分別存在咬邊、溝槽、氣孔和裂紋,這些點(diǎn)上所產(chǎn)生的反射難以根據(jù)脈沖在熒光屏上出現(xiàn)的位置判斷出反射點(diǎn)的性質(zhì)。一般情況下把這些反射波所在熒光屏的區(qū)域定為表面反射區(qū),無疑這樣的處理方式會引起焊縫余高內(nèi)部氣孔和裂紋等缺陷的漏檢。根據(jù)反射波的形態(tài)和探頭位置微小的變化確定反射點(diǎn)的性質(zhì)是判斷焊縫余高反射是否是內(nèi)部真實(shí)缺陷的方法,但應(yīng)用該方法的效果與探傷人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相關(guān)。1.2焊接頭的焊接誤差的影響1.2.1c3反射波的評定如圖5所示,焊接接頭中A點(diǎn)存在咬邊,B,C點(diǎn)存在接頭內(nèi)部焊接缺陷,由于錯口部位A,B,C三點(diǎn)反射波在熒光屏上出現(xiàn)的位置與理想的焊接接頭狀態(tài)有明顯區(qū)別,如按理想的焊接接頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行評判,A點(diǎn)咬邊會誤判為焊縫內(nèi)部的缺陷,B點(diǎn)反射會誤判為底面余高的溝槽,而C點(diǎn)反射很可能不納入評定范圍之內(nèi)。針對以上問題,對反射波定位時考慮焊接接頭錯口量H的影響非常重要。1.2.2缺陷定位錯誤如圖6所示,在探測面觀察不到錯口,如只按一側(cè)的板厚進(jìn)行計算就可能把不是缺陷的A點(diǎn)反射判定為埋藏于焊縫內(nèi)部的缺陷,對B,C兩處真實(shí)的埋藏缺陷可能誤判為余高表面缺陷,或判定為缺陷,但缺陷定位錯誤。針對上述問題,探傷前隨時測量兩側(cè)的板厚度非常必要。1.3外接結(jié)構(gòu)引起的反射影響探傷結(jié)果的判定焊縫表面外接結(jié)構(gòu)一方面影響探頭掃查的移動范圍,另一方面外接結(jié)構(gòu)引起的反射影響探傷結(jié)果的判斷。如圖7所示,底面外接結(jié)構(gòu)的棱角A點(diǎn)的反射可能誤判為焊縫內(nèi)部B點(diǎn)的缺陷反射。1.4在不同的厚帶連接結(jié)構(gòu)中，厚板的薄熱損失會對超聲波檢測產(chǎn)生影響1.4.1聲程比無削薄狀態(tài)的a點(diǎn)聲程比對b點(diǎn)聲程的影響這不僅影響缺陷定位,而且可能引起缺陷誤判。如圖8所示,A,B點(diǎn)的聲程比無削薄狀態(tài)按板厚T2計算的聲程要短,如不按實(shí)際狀態(tài)嚴(yán)密計算會導(dǎo)致B點(diǎn)的真實(shí)缺陷定位不準(zhǔn)確及A點(diǎn)的咬邊引起的反射判定為焊縫內(nèi)部埋藏缺陷。1.4.2檢測結(jié)果錯誤違反標(biāo)準(zhǔn)的削薄結(jié)構(gòu)的存在后果是,檢測人員按標(biāo)準(zhǔn)削薄結(jié)構(gòu)確定檢測工藝和定位計算,而實(shí)際情況與標(biāo)準(zhǔn)存在差異以致檢測結(jié)果全部錯誤。如圖9所示,檢測工藝按標(biāo)準(zhǔn)削薄結(jié)構(gòu)確定了檢測用超聲波探頭的折射角(K值),但違反標(biāo)準(zhǔn)的削薄結(jié)構(gòu)角度偏大,當(dāng)削薄面上的反射角α<33.2°,在反射點(diǎn)O處發(fā)生波型轉(zhuǎn)換,產(chǎn)生的反射橫波和縱波在表面A,B處產(chǎn)生反射回波,由于此時的反射聲程與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的不一致,很可能把A,B點(diǎn)的反射誤判為埋藏在焊縫內(nèi)部的缺陷反射。2超聲波探傷的質(zhì)量控制(1)壓力容器設(shè)計和制造安裝過程中,為實(shí)現(xiàn)焊接接頭結(jié)構(gòu)的超聲波探傷,主要應(yīng)考慮幾方面的技術(shù)要求,即①焊縫的寬度及寬度的均勻性。②焊縫余高高度和表面平滑過渡的弧面形狀。③上下表面焊縫余高中心錯位量。④焊縫表面附近區(qū)域外接結(jié)構(gòu)的范圍。⑤焊縫錯口和削薄結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)要求。(2)對接焊縫超聲波探傷必須在探傷前根據(jù)不同焊縫表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)制定對應(yīng)的探傷工藝。(3)探傷實(shí)施過程中必須對有關(guān)焊縫表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)的一些幾何尺寸進(jìn)行仔細(xì)的測量和確認(rèn)。(4)探傷過程中注意反射信號波形的變化情況對作出正確的探傷結(jié)果判斷也是非常必要的,一般情況下偽反射信號的波形都是比較規(guī)則的,波幅非常高,且相對穩(wěn)定,而缺陷的反射波形,如未焊透和氣孔有其非常明顯的特點(diǎn),其它缺陷通常都是形狀不規(guī)則波幅不穩(wěn)定的波形。(5)發(fā)現(xiàn)反射波時,不要根據(jù)片面的信息進(jìn)行結(jié)果判斷,必須經(jīng)過嚴(yán)密分析和驗(yàn)證以得到正確的結(jié)果,驗(yàn)證的方法有,①在焊縫一側(cè)發(fā)現(xiàn)的反射必須在另一側(cè)進(jìn)行驗(yàn)證,在可能的情況下最好在另一面加以驗(yàn)證。②采用折射角與檢測用探頭相差較大的另一種探頭來驗(yàn)證。最好是采用折射角更大的探頭對反射波發(fā)現(xiàn)的缺陷用直接波驗(yàn)證。③通過測量采用結(jié)構(gòu)模擬計算來驗(yàn)證。④