超声波检测中缺陷显示特性与解决对策

张新训

摘 要：在对于超声波检测压力容器焊缝过程中，发现危害性缺陷的特征及仪器（脉冲式超声仪器）波形的特征形式，对于缺陷的产生及预防的相关措施的概述。

关键词：超声波；压力容器；缺陷；特性

1 未焊透

在一次对于直径2000mm， 厚度为45mm压力容器封头环缝焊缝超声检测时，（V型坡口）焊接工艺为氩弧焊打底，埋弧自动焊填充。发现反射波幅高，并且显示深度在42mm左右，当探头沿焊缝平行移动时，在较大范围内，连续出现缺陷波且在荧光屏的同一位置上，且幅度变化不大。探头沿焊缝垂直移动时，缺陷波消失比较慢，探头做环绕移动时，缺陷波小幅度的降低。通过人孔进入设备后，发现内壁一圈为未焊透情况。反射波表现为尖锐型，在探头平行移动时，波形不敏感，波幅度比较高，在焊道两边可以检测到类似情况。此缺陷降低焊接部位的机械性能，在未焊透处的缺口处造成应力集中的情况，当容器投产使用后会有引发裂纹的风险，是具有危险性质的严重缺陷。预防措施为（1）优化合理焊接工艺；（2）合理装配组对间隙，确定焊接坡口的尺寸和角度。

2 裂纹

在检测壁厚为40mm、直径1400mm、材质Q345R、筒体纵缝时，发现有缺陷波形明显、尖锐、波峰陡峭。探头平行移动时，波形在波峰高度和水平定位距离有变化，探头移动到较长距离后，才逐渐减幅，直至消失。在零下的环境，进行厚壁压力容器自动焊焊接，若不按照焊接工艺要求，进行焊前预热，焊后保温工作，易产生冷裂纹缺陷。 分析裂纹缺陷：回波的高度明显，波幅较宽，有时会出现多个波幅，超声波探头在做平行移时，反射波会持续产生波幅起伏，超声探头旋转时，波峰有上下跳动情况。常见的裂纹分为：热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。（1）热裂纹预防措施：控制焊接材料中如硫含量、镍元素等等危害较大的杂质和容易偏析的关键元素，提高锰元素的含量，提高焊剂或焊条中的碱性，通过降低有害杂质的含量来改变偏析状况，通过调整焊接顺序，调整焊接结构，控制好焊接中的收缩自由度预防热裂纹的产生；（2）冷裂纹预防措施：实施焊接前必须控制好预热温度，焊接后加强保温，避免温度下降过快，通过保留影响区足够的温度，消除奥氏体避免形成淬硬组织，并且能消除焊接应力的影响；（3）再热裂纹预防措施：严格按照焊接工艺规程操作。一般采用较小的线能量，有利于焊接组织结晶，并且减小回火脆化倾向。对于复合钢板焊接，应该在板材的基层和复合层开不同角度坡口，不同层次焊接工艺严格控制，并且先对基层进行无损检测，确保无超标缺陷，避免返修。对于过渡层应优化焊接工艺，控制由于渗透和稀释所导致的合金元素碳含量的上升或者铬、镍等元素的下降。做好焊前预热、焊后热处理的工作。

3 未熔合

在超声检测压力容器环焊缝时，发现在焊缝与母材熔合处，有起波尖锐，波幅度高，在焊缝单面双侧检测时，显示两侧波幅高度有差异。经过返修发现为坡口未熔合缺陷。分析未熔合缺陷：探头沿焊道移动时，回波的形状比较相似，在焊道两侧检测时，回波高度不一致，在一侧检测反应敏感。其产生的原因：坡口清理不到位，焊接速度过快。电流不稳定，过小或过大，焊接的角度不对，电弧偏吹等。防控措施：按制造工艺加工合理的坡口，准确的控制电流、焊接速度等工艺参数。正确操作防止焊偏等现象。

4 气孔

在超声检测压力容器焊缝时，经常会发现有缺陷波形敏锐、凸显、波形单一。当探头绕缺陷移动时，缺陷波依然存在。当超声波探头沿焊缝水平转动时，单个气孔缺陷波会消失，连续气孔则会产生持续的缺陷波显示，密集气孔则会出现多个此起彼落的缺陷波。当探头垂直焊缝移动时，除针状气孔外，缺陷波均很快消失。分析产生气孔缺陷的原因有（1）气孔波形为单缝状，稳定性好，单个气孔的回波高度幅度小；（2）从多个方向探测可以知道，虽然反射波大体形状相当，但是探头稍微以活动，反射波就会消失，密集气孔会出现一簇反射波，波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。防控措施有：杜绝药皮開裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条，有锈的焊丝需除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干，坡口及其两侧清理干净，并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。

5 夹渣

反波信号一般呈锯齿状连续波幅，最高峰边缘上有小峰，当平行移动探头时，反射波会有出现变动，从焊道两侧检测，反射波幅出现不相同，但是缺陷定位一致。经过返修后会看到是夹渣缺陷。分析夹渣缺陷原因：夹渣多为非金属杂质，如熔渣。有线状连续、独立的、成簇的形状等。在相同条件下探测时，其缺陷波幅比气孔、未焊透、裂纹、未焊透回波低、波型也相对较宽。探头平行移动时，条状夹渣的回波具有连续性，当近似树叉的形状时，可判断疑似成堆或簇的缺陷群。探头做环绕移动时，条状夹渣缺陷波会比较快消失，但对于体积大的夹渣在较大的范围内都有缺陷波。在不同位置检测时，呈现不同形状的回波，这类缺陷产生的原因有：焊接电流过小，速度过快，焊接角度不合理等因素，熔渣返出不及时，焊接过程中对各层焊缝及边缘处清理不彻底，对于焊材选择的化学成分不正确，如含硫、磷较多等。防控措施有：正确选用焊接电流，合理选择运条角度，焊接速度等。焊接件的坡口角度选择合理，焊前坡口应清理干净。

参考文献：

[1]李广波.全自动超声波检测应用于西部管道施工[J].油气田地面工程，2010（08）.

[2]于喜元，楼俊君，杨平.管道超声波检测器的应用与发展趋势[J].油气储运，2003（04）.

[3]徐文彪.石油、天然气管道对接焊缝超声波检测[J].无损检测，2002（01）.