6mm对接接头超声检测探析

范钦磊 竺星星 赵云峰

摘 要 板形构件尤其是厚度在6mm左右的薄板件，无论是在轨道交通、航空航天工业、汽车工业、船舶工业，还是在压力容器方面均有广泛的应用。超声波检测作为五大无损检测方法之一，相关标准均规定适用范围在8mm以上；为了更好地适应超声波在薄板对接检测方面的需要，本论文对6mm薄板对接接头超声波探伤的应用进行了相关的研究和分析，初步探讨了一种有效的、可行的薄板超声波检测系统，为其他类似薄板超声检测提供参照。

关键词 薄板对接；无损检测；超声检测

引言

随着轨道行业的高速发展，不同厚度的板材遍布应用在车体结构的不同部位。但是由于板件在成形过程中所带入的缺陷，如分层，夹杂，孔形缺陷，裂纹等，都会对产品的使用安全造成威胁。同时板件由于外部加载以及使用环境的变化，都可能引起其内部细小缺陷源的扩展，进而造成疲劳破坏事故。因此需要对这类板形构件进行无损检测。作为五大常规无损检测技术之一的超声波无损检测技术常用来检测制件内部的缺陷，由于它的检测能力强，甚至可以深入几米深的金属内部，同时作用于材料的超声强度足够低，最大作用应力远低于材料的弹性极限，此外所需的设备简单，对产品以及周围环境没有危害和污染，所以在无损检测中应用非常广泛。但与ISO 5817和ISO 10042匹配的焊缝超声检测标准ISO 17640中规定的钢、铝合金等材料的板厚范围为8mm及以上。该标准并不适用于6～8mm范圍内的板厚条件。而车体结构上某些重要焊缝（如钢结构底架带吊座横梁和侧梁）的板厚为6mm，无法参照ISO 17640执行超声检测。

1 试验相关准备

该试验采用CUD 2080数字式超声波探伤仪作为检测设备。

1.1 检测器材的选择

对于板厚低于8mm的焊缝，超声传播状态会逐渐收到板厚的减小而变化，当板厚足够小时（如4mm、2.5mm等），具备波导空间的特性时，会形成导波，与常规横、纵波不同。本试验研究的板厚，不会导致声速依赖频厚积的现象，故只用考虑伪信号及近场长度的影响。为提高超声检测灵敏度、分辨力，降低工件中声场的近场区影响，选择频率较高、折射角较大的探头，型号为4P 8×12×70°。

选取检测器材包括：4P 8×12×70°横波斜探头；C9-Q9探头电缆线；专用耦合剂；CSK-ⅠA型标准试块；RB-1型对比试块。

1.2 超声检测系统校验

1.3 超声检测要求

检测等级为ISO 17640中B级要求；参考等级、记录等级、验收等级执行ISO 11666中2级要求。

1.4 6mm对接焊板试件制作

采用MAG（135）焊接方法，对母材材质为345NQR2的6mm+6mm板材进行对接焊接，保护气体为80%Ar+20%CO2。分别制作几种典型缺陷：钨棒（模拟金属夹杂）、未焊透和气孔[1]。

2 试件超声检测

2.1 1号试板超声检测

用超声波探伤仪对1号试板进行检测，并核查信号的水平距离（28.8mm）和深度（10.5mm），考虑前沿长度和一次反射波的影响，确定该信号即为预埋钨棒的反射回波。

2.2 号试板超声检测

用超声波探伤仪对2号试板进行检测，并核查信号的水平距离（18.7mm）和深度（6.8mm），考虑前沿长度和端角反射的影响，确定该信号即为未焊透的反射回波[2]。

2.3 3号试板超声检测

用超声波探伤仪对1号试板进行检测，并核查信号的水平距离（24.3mm）和深度（8.9mm），考虑前沿长度和一次反射波的影响，确定该信号即为气孔的反射回波。

3 试验结果分析

3.1 缺陷检测可行性

通过该工艺试验可以发现，几种典型缺陷均成功检出。由于介质间的声特性阻抗的差异大小，导致钨棒信号幅度较低、未焊透和气孔信号幅度较高。这符合超声检测的基本特征。

3.2 可疑信号的影响

工艺试验过程中发现：实际检测信噪比较高，对缺陷和伪信号的分辨比较明显；未发现影响缺陷判定的可疑信号，仅发现焊接试板的端角反射波[3]。

4 结束语

综上所述，在实际检测过程中使用本试验的检测系统可对6mm钢板对接接头进行超声检测。采用该种方法的检测结果是有效的、可靠的；它能够检测不同类型的缺陷，特别是对未焊透、裂纹、气孔等一些具有危害性的缺陷识别程度高。

当然以上试验结果与探头的选择有较大关系，频率、声束折射角、声束路径及端角反射率共同影响了该板厚焊缝超声检测的实际效果。6mm～8mm范围内的钢板对接接头可参照本试验进行研究探讨。探头类型不局限于本工艺试验所选用的4P 8×12×70°横波斜探头，可选择频率为（4～5）MHz、折射角70°或K2.5的探头进行实际检测。而折射角较小或频率较低的探头，对于薄板焊接接头的检测效果较差。由于铝合金具有和钢近似的声学特性，可参照本试验，对铝合金板对接接头进行超声检测。

参考文献

[1] 郑晖，林树青.超声检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008：277-293.

[2] 蒋危平.超声波检测[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，2014：200-207.

[3] 万升云.超声波检测技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2017：225-246.