钢结构横向裂纹超声检测特性探析

郑泽 孙志英 薛留军 刘国栋 海洋石油工程股份有限公司

在海洋钢结构焊缝中裂缝是重要的焊接缺陷，裂纹实际延伸方向存在相应差异，主要有横向、纵向、辐射状裂纹。其中横向裂缝也能成为冷裂缝以及延迟裂纹，主要是发生在焊缝边界位置，然后进行延伸。在裂纹端点位置会产生尖锐度较高的缺口，应力集中度明显，容易不断扩散。当前我国在横向裂纹检测中还处于发展阶段，其中超声检测具有较高的应用价值，能对裂纹进行有效检测。

1.超声波检测基本原理与优点分析

超声检测就是发挥出超声波与各个工件之间的相互作用，从透射、反射、散射波研究中，能对工件宏观缺陷进行有效检测，判定基本组织结构、力学性能变化情况等。通过超声波对材料存在的宏观缺陷能进行有效探查，超声波在材料中传递具有明显特性。声波穿过材料时会产生相应损失，遇到不同介质分界时，将会产生反射。实际应用原理就是在不同试件中引入激励超声波，超声波在实际传播过程中能与不同物质之间相互作用，声波传递方向与变化特征也会受到较大影响。经过改变之后的超声波能应用检测设备进行检测，然后对其进行有效处理与分析。

当前各项无损检测技术较多，其中超声波检测方法具有诸多应用优点。能对金属、非金属以及复合材料等多种类型材料进行无损评价。超声检测具有较大的穿透力，能对厚度较高的试件缺陷进行检测。实际应用灵敏度较高，能检测到材料中细小的缺陷问题。各项应用设备便捷性较高，便于现场检测，对环境与人体不会产生危害。但是超声检测也存在相应局限性，比如对于结构形状复杂度较高的试件，在应用超声波检测中会受到较大影响。材料中相应内部结构，比如非均匀性以及晶粒度等对控制灵敏度会产生较大影响。

2.钢结构横向裂纹超声检测应用探析

（一）焊缝信息

母材材料是DH36船体结构钢，板厚度为37.5mm，填充材料为TWE-711Ni，选取FCAW焊接方式，在实际焊接过程中操作环境温度是-2℃，选取焊接前热处理以及挡风措施。焊接之后在48h进行检测。通过磁粉在表面进行检测，获取的各项检测数据合格。超声检测纵向扫查通过，但是在横向检查过程中显示缺陷回波，能与横向裂纹相对应，所以初步判定其为横向裂纹。

（二）检测应用

选用的超声检测仪器主要是奥林巴斯USM35型，探头基本频率是5MHz。在检测之前要对应用仪器进行校准，依照AWS D1.1执行的标准要求，选取相应试块圆弧面的一次与二次回波对设备进行声准校准。确定探头角以及仪器的基准灵敏度。在AWS D1.1各项标准中明确提出针对横向裂纹检测中的不连续性，可以对焊缝进行打磨，打磨结束之后应用相应的扫查方式，可以将探头直接放置在焊缝上进行扫查。

针对选定的焊缝可以采取磁粉检测措施，对焊缝表面添加相应的反差剂，然后通过磁悬液进行磁化，未能观察到较为明显的缺陷。在扫超过程中可以应用纵向与横向扫查方式。在纵向扫查过程中，要确保探头实际运动方向能有效垂直于焊缝，实际扫查范围要能包括1.5倍跨距，其中无缺陷回波以及缺陷波幅显示不明显。在横向扫查中在焊缝上部放置探头，要促使探头方向能与焊缝有效平行。在全面扫查过程中能看出波形尖锐度与波幅较高，存在缺陷回波。通过对探头进行移动能观测到缺陷回波存在，其中有相邻的波形显示，由此能判断裂纹实际排列位置密集度较高，对仪器读取数据可知缺陷深度在7至15mm范围内。通过180°对探头基本方向进行调控，能在焊缝另外端进行横向检查。再应用相同方式对焊缝对侧进行检测，发现存在裂纹，说明裂纹存在一定延伸性。

在验证过程中通过超声检测对可能存在缺陷的位置进行精细化打磨处理以及电弧气刨，实际气刨深度控制为10mm。技术人员再对处理之后的焊缝展开磁粉检测，能探出裂纹清晰度较高的磁痕，确定之前超声检测中发现的缺陷就是横向裂纹。

（三）裂纹修复

对材料中裂纹发生部位截取相同材质的材料进行技术分析以及工艺匹配性认证，结合具体实验结果可以对焊接工艺技术进行有效调控。通过对焊接工艺焊缝进行调节之后，对室温进行控制，在48h以及72h中进行磁粉和超声检测。全面创新原有的焊接技术工艺能对现存的焊缝进行有效修补，各项检测数据均合格。针对焊缝中的缺陷位置采取电弧气刨磁粉检测能对超声检测精确性进行有效验证，再借助横向与纵向扫查以及波形分析能对裂缝进行有效判定[5]。横向扫查中如果探头实际扫查方向中如果回波复幅度变化较大，说明焊缝内部裂缝与其材料表面存在角度延伸。

结语：总而言之，目前在焊缝横向裂纹中应用超声检测探伤具有重要价值，对于厚壁焊缝，射线检测灵敏度较低，难以对横向裂纹进行判定。通过超声波检测方法应用，能设定正确的参数，对扫查方式进行控制，整合横向裂纹静态和动态波形基本变化特征，从而对横向裂纹进行判定，此项措施在项目工程中有效实践应用，能精确判定横向裂纹，有助于提升工程项目施工整体质量，规范化执行检验标准能定性定量对横向裂纹进行判定，通过无损检测提升质量检验效率。