摘要：本文介绍了焊缝探伤中缺陷性质，利用图示对焊缝中常用缺陷进行了阐述，提出了对典型缺陷的估判方法，并对常见的伪缺陷波进行了归纳及案例实证分析。
关键词：焊缝探伤；超声波；伪缺陷波
超声波探伤是目前应用最广泛的无损探伤方法之一,它具有灵敏度高、穿透能力强、检验速度快、成本低、设备轻便和对人体无害等一系列优点。超声波在钢材内部穿透能力很强,因此可检测很厚的钢板和焊缝;对于平面状缺陷,尽管有的缺陷很深,只要超声波直射至缺陷面,均能得到很高的缺陷波。因而超声波对压力容器焊缝探伤未焊透和裂纹等危险性缺陷检测灵敏度很高,具有实用意义。检测中作好缺陷和伪缺陷的判别具有重要意义。
一、缺陷性质的估判
1.气孔。气孔是焊接时熔池中的气体在凝固时未能逸出而形成的空穴，呈球形或椭球形。气孔可分为单个气孔和密集气孔，单个气孔回波高度低，波形较稳定。从各个方向探测，反射波高且大致相同，但稍一移动探头就消失。密集气孔为一簇反射波，其波高随气孔的大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。
2.夹渣。夹渣是焊后残留在焊缝的熔渣，夹渣表面不规则。夹渣分点状夹渣和条状夹溘。点状夹渣的回波信号与点状气孔相似。条状夹渣回波信号多呈锯齿状。它的反射率低，一般波幅不高，波形常呈树枝状，主峰边上有小峰。探头平移时，波幅有变动，从各个方向探测，反射波幅不相同。
3.未焊透。焊接时，接头处母材与母材未完全熔透的现象称为未焊透。一般位于焊缝中心线上，有一定的长度。在厚板双面焊缝中，未焊透位于焊缝中部，声波在未焊透缺陷表面上类似镜面反射，用单斜探头探测时有漏检的危险，特别是K值较小时。漏检可能性更大。为了提高这种缺陷的检出率，应增大探头K值探伤或采用串列式探伤。对于单面焊根部未焊透，类似端角反射，K＝0．7～1．5，灵敏度较高。探头平移时，未焊透波形较稳定。焊缝两侧探伤时，均能得到大致相同的反射波幅。
4.未熔合。熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分叫未熔合。当超声波垂直入射到其表面时，回波高度大，但如果探伤方法和折射角选择不当．就有可能漏检。未熔合反射波的特征是：探头平移时，波形较稳定；两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。
5.裂纹。一般来说，裂纹的回波高度较大，波幅宽，会出现多峰。探头平移时，反射波连续出现，波幅有变动；探头转动时，波峰有上、下错动现象。
6.咬边反射。这种缺陷反射波一般出现在一次与二次波的前边。当探头在焊缝两侧探伤时，一般都能发现（见图1）。在探头移到出现最高反射信号处固定时，适当降低仪器灵敏度。用手指沾油轻轻敲打焊缝边缘咬边处，观察反射信号是否有明显跳动现象，若信号跳动，则证明是咬边反射信号。咬边辨别方法如下：首先，测量这个信号的部位是否在焊缝边缘处，如能用肉眼直接观察到咬边存在，即可判定。其次，在探头移到出现最高反射信号处固定探头，适当降低仪器灵敏度。用手指沾油轻轻敲打焊缝边缘咬边处，观察反射信号是否有明显的跳动现象，若信号跳动，则证明是咬边反射信号。此外还可用动态波形法估判缺陷性质，动态波形法主要是依靠探头移动过程中波形的变化和缺陷的表面状态，进而判断缺陷性质，它是假定缺陷由许多微元面积组成的。这些微元面积又是按不同的方位排列起来的。基本的探头移动路径有纵向移动、横向移动、环绕移动和定点移动。不同的缺陷在探头移动过程中，波幅变化规律也不同。
二、伪缺陷波的判别
焊缝超声波探伤中,荧光屏上除了出现缺陷回波以外,还会出现伪缺陷波,它并非由焊缝中缺陷造成且类型较多。
1.仪器杂波。在不接探头的情况下,由于仪器性能不良,探头灵敏度调节过高时,荧光屏上出现单峰或者多峰的波形。接上探头工作时,此波形在荧光屏上位置固定不变,降低灵敏度后,此波消失。
2.焊缝表面沟槽引起的反射波。当超声波扫查到多道焊缝表面形成的一道道沟槽时,会引起沟槽反射。这种波一般出现在一,二次波处或稍偏后位置,波形特点为不强烈,迟钝。
3.焊缝上下错边引起的反射波。板材在加工坡口时,上下刨得不对称或焊接时
焊偏会造成上下层焊缝错位。由于焊缝上下焊偏,在一侧探伤时,焊角反射波很像焊缝内缺陷,当移到另一侧探伤时,一次波前没有反射波。
4.探头下扩散声束在焊缝表面的反射回波。对接焊缝超声波探伤时,探头下扩散声束在焊缝表面的反射回波很容易被误判为缺陷。通过采用不同角度探头进行探伤试验,弄清了这种假缺陷回波产生的原因及特点。
三、伪缺陷波案例
1.条件准备。（1）设备。小径管曲率半径小，壁薄、超声波探伤时杂波多。为了便于判伤，要求仪器具有较高的分辨力和较窄的始脉冲宽度，此次选用上海申声SDW-900A超声波探伤仪。（2）探头。小径管表面为曲率半径较小的曲面，为了实现良好的耦合，将探头楔块加工成与管外壁相吻合的曲面，并且选择合适的晶片和采用较高频率的探测及较大K值探头。（3）试块。利用专用试块来调节仪器的时基线比例和灵敏度。（4）耦合剂。此次的耦合剂是凡士林。（5）检测准备。清除探测区域的飞溅物，氧化皮、锈蚀和焊瘤等物，以利探头移动，并打磨探待测面的宽度。
2.案例及分析。图2为此次检测焊缝结构图，管厚为60 mm，折射角＝60°的探头。波幅均处在DAC曲线Ⅱ区，也有个别点达到Ⅲ区。根据这种反射波的声程、水平、深度指示，当拍打背面焊缝区时波幅变化不明显，初次判断为未熔合或母材中的缺陷。按照常规的判断很容易被评定为未熔合或母材中的缺陷，然而用砂轮打磨背面焊缝时，可见波幅逐渐降低直至消失。这说明该反射波是来自于背缝的焊缝表面，这种现象极易导致误判，造成不必要的返修。
焊缝中的上述回波并非缺陷回波,是探头下扩散角内的某一声束在焊缝表面的反射波(变角回波)。无论斜探头角度多大,焊缝探伤的变角回波都有可能存在。但是否出现及其反射能量主要取决于有效反射面的大小、方向、形状和粗糙度等。工件厚度和探头角度越大,变角回波的现象越明显。较薄工件用直射波探伤时可能不明显,但用二次以上的波(含二次波)探伤时也很明显凡遇到此类按常规定位方法定位于熔合线附近或母材内的回波,都应慎重对待,需要认真地观察焊缝外形、更换探头角度、双面双侧检测、精确定位分析,必要时打磨焊缝等,以免造成误判。
当探头折射角较大,灵敏度较高时,有一部分能量转换成表面波。当表面波传播到耦合剂堆积处,也能形成反射信号。这时只要不动探头,随着耦合剂扩散,波幅逐渐降低,如果擦去探头前耦合剂,信号立刻消失。
参考文献：
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论文作者:陈亮
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第14期
论文发表时间:2019/10/29
标签：缺陷论文; 反射论文; 回波论文; 波幅论文; 气孔论文; 波形论文; 超声波论文; 《建筑实践》2019年第14期论文;