超声波检测在厚板对接焊缝中的应用

陈皓+李艳

摘 要：对超声波检测的基本原理和检测条件的选择做了详细的阐述，并对厚板对接焊缝进行超声波检测时提出了要进行阶段性检测的观点及可行性操作方法。

关键词：超声波；无损检测；焊缝；缺陷

超声波检测技术具有适用性广，检测灵敏度高、检测深度大、使用方便、安全性好、成本低等优点，是目前应用最广泛、使用频度最高的无损检测技术之一，也是四大常规无损检测方法中发展较快的一门技术。作为常规无损检测手段的超聲波检测技术几乎应用到各个工业部门，其中包括钢铁、机器制造、特种设备、石油、铁路运输、船舶、建筑、航空航天及核电工业等。

一、超声波检测原理

超声波检测按原理分为：脉冲反射法、穿透法和共振法，我们常用的最广泛的是脉冲反射法，下面以脉冲反射法为例简单阐述一下其基本原理。

缺陷回波法：根据仪器示波屏上显示的缺陷波形进行判断的方法，称为缺陷回波法。当试件完好时，超声波可以顺利传播到达底面，示波屏显示图有表示发射脉冲T及回波B两个信号.如图1（a）。若试件存在缺陷，在示波屏上底面回波前有表示缺陷回波F，如图1（b）。

底波高度法：当试件的材质和厚度不变时，底面回波高度应是基本不变，如果试件内存在缺陷，底面回波高度会下降甚至会消失.如图2所示。

二、厚板对接焊缝的超声波检测

1.检测面的修整

工件表面状况，直接影响探伤结果。检测面上的焊接飞溅、氧化皮、锈蚀和油垢等应清除掉，探头移动区的凹陷应补焊，然后用砂轮打磨修平。检测面的修整宽度（B）应根据板厚（T），所用探头的折射角（β）和探头尺寸（A）计算，如图3，B≥L+A。对于厚板，用一次波法检测时，L=Ttgβ-d

2.检测条件的选择

焊缝的晶粒比较细小，可选用较高的频率探伤，一般为2.5～5MHZ，对于板厚较小的焊缝，可采用较高的频率，对于板厚较大、衰减明显的焊缝，应选择较低的频率。对于厚板对接焊缝，探头频率一般采用2.5MHZ，就能满足检测要求。探头K值一般选用K1和K2两种探头共同检测。

常用耦合剂有机油、甘油、浆糊、润滑脂和水。目前实际探伤中用得最多的是机油与浆糊。从耦合效果看，浆糊同机油差别不大，不过浆糊有一定的粘性，可用于任意姿势的探伤操作，并具有较好的水洗性。用于垂直面或顶面探伤具有独到的好处。

目前焊缝探伤中广泛应用的横波是通过波型转换得到的，整个声场实际上由斜楔中的纵波声场和工作中的横波声场组成。为了便于讨论和计算，引进了假想波源，横波声场是由假想波源发射出来的。假想波源发射的横波声场声压分布类似于纵波声场，同样存在近场区、远场区和半扩散角，只是在入射平面内半扩散角不对称，θ上>θ下。由于横波声场的理论推导计算比较复杂，也不成熟，因此在焊缝横波探伤中常利用距离——波幅曲线来对缺陷定量和评价焊缝的质量级别。距离——波幅曲线是描述某一特定规则反射体的回波高度随距离变化的曲线。距离——波幅曲线可以通过试块实测得到，也可由通用AVG曲线或理论计算公式得到，但后两种方法只适用于x>3N的情况，而焊缝探伤中往往是在x>3N以内，因此焊缝探伤用的距离——波幅曲线一般是在试块上实测得到的。厚板超声波检测因其板材较厚，距离——波幅曲线的制作在一个通道内很难完成，可分成两个通道制作距离——波幅曲线，一个通道制作近声程距离——波幅曲线，一个通道制作远声程距离——波幅曲线。实际检测中，在制作远声程距离——波幅曲线的通道检测时，对出现在近声程中缺陷波不予考虑，检测完毕后再换制作近声程距离——波幅曲线的通道检测近声程缺陷。

根据板材的厚度，坡口的形状，我们可以采用锯齿形扫查，斜平行扫查，交叉扫查，串列扫查，在此基础上，我们还可以采用单面双侧和双面双侧对焊缝进行检测。

3.厚板对接焊缝超声波检测工艺的改进

厚板对接焊缝，在实际检测操作中，往往会发现因为板材过厚的对接焊缝易出现超标缺陷，焊缝的内部质量达不到标准要求，这样就会造成一次返修，甚至要多次返修，因其板材厚度大，修复成本较高，也减缓了工程进度，增加了焊工的工作强度。因此有必要对厚板对接焊缝进行阶段性超声波无损检测，以降低成本。

对此，我们做了对比实验，为了检验半槽超声波探伤的准确性，制作了如图4所示的试块用以检验半槽超声波探伤的可行性。试块上人工做出了3个Φ3盲孔，用以模拟缺陷用超声波探伤仪是否可以检出。通过实验比较，在试块两侧进行K1、K2两种探头检测是可以发现人工制作的三个缺陷孔的，验证了半槽超声波探伤是可行的。

因此厚板超声波探伤工艺的改进就是在焊缝焊至半槽时，先进行一次超声波检测，若有缺陷应及时进行挖补返修，返修合格后再进行后序焊接，直至焊满后，再进行一次超声波检测，检测时采用两种角度的探头，对焊缝进行单面双侧或双面双侧的扫查检测，这样不仅大大提高了工程的进度，也实现了成本的降低，保证了产品的质量。其检测方法简图如图6所示。

三、结语

综上所述，超声波检测是确保产品质量和设备运行安全的重要手段，我们无损检测人员应随着我国工业水平的不断提高，要不断探索超声波检测技术新的应用，加强对检测方法和检测技术的研究。

参考文献：

[1]《超声波检测》 中国机械工程学会无损检测学会编1989年.

[2]《超声波探伤》 全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员组织编写1995年.

[3]《船舶超声波探伤》船舶超声波探伤编写组 1991年.