AUT检测技术典型缺陷图谱分析

张 鑫

(洛阳欣隆工程检测有限公司 ， 河南 洛阳 471012)

随着长输油气管道向高钢级、大口径、大壁厚方向发展，对管道焊缝质量及焊接技术的要求越来越高。全自动超声检测(AUT)技术是在超声检测(UT)技术基础上开发出的焊缝检测技术。由于其具有检测灵敏度高、效率高、缺陷定位及定量精确度高等优点被广泛应用于工业管道焊缝检测。为了保证AUT的检测质量，对AUT缺陷图谱进行分析就显得十分重要。

1 全自动焊接主要缺陷形式及形成原因

1.1 坡口未熔合

全自动焊接在实际施工中焊接坡口未熔合是非常常见的一种缺陷。产生这种缺陷的原因：①焊接电流过大，焊接速度过快，导致焊丝熔化较快，焊丝熔化后的铁水与母材来不及熔合就凝固导致坡口未熔合的形成；②对口间隙太宽，焊枪摆动幅度不足导致坡口两侧温度较低，焊丝熔化后的铁水冷却过快覆盖在坡口面上，从而形成坡口未熔合。

1.2 层间未熔合

产生原因：①焊接电流过小，焊接速度过快；②焊枪角度没掌握好，也会出现层间未熔合现象。

1.3 未焊透

焊缝未焊透缺陷是母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象。未焊透缺陷位于焊缝的根部或钝边区，产生原因：①焊接电流小，熔深浅。②当管道组对坡口和间隙尺寸不当，钝边太大，管道不圆，对接接头错边时更容易产生焊缝未焊透缺陷。③焊根清理不良，易产生根部未焊透缺陷。

1.4 裂纹

结晶裂纹存在于焊缝中，多呈纵向分布在焊缝中心，产生的主要原因是由于焊缝凝固时的先后时间顺序及组织成分不同。焊接熔池在结晶过程中存在偏析现象，当焊接应力足够大时，就会因为结晶被拉开，形成裂纹。焊接时增加热输入，减缓焊道温度下降过快，避免裂纹的产生。管道组对机械操作不到位，加剧了管道受力产生裂纹，焊接时有应力的存在易产生裂纹，选用合理的焊接顺序在一定程度上可以减少焊接应力，避免焊接变形，从而大大减少管道裂纹现象的出现。在全自动焊接过程中，如果焊丝未及时更换，导致焊丝用完焊枪铜嘴接触到坡口面，铜嘴熔化铜液渗入到焊缝中形成渗铜裂纹。

1.5 体积型气孔

体积型气孔缺陷有单个、分散、密集气孔。气孔是焊接时，熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴。产生原因是：①管道全位置自动焊，坡口窄，填充金属量减少，在焊接电流、电弧电压不变的情况下，焊接速度必须提高，焊接热输入减小，熔池冷却速度加快，气体没有来得及逸出，就被快速冷却的铁液凝固在焊道中，形成气孔。为减少气孔产生，应预热提高母材温度，连续焊接控制层间温度，减缓熔池冷却速度。②外界空气进入，保护气体纯度不够，焊丝或母材污染也是产生气孔的原因。焊接时注意防风操作，保证气体的纯度，焊丝或母材除锈、油污[1]。

2 AUT检测原理及典型缺陷

2.1 AUT检测原理

AUT检测系统由数据处理采集软件、扫查硬件构成。扫查硬件部分包含两个相控阵探头、两个TOFD探头、行走电机、扫查架等。AUT检测主要用到的是相控阵检测技术、TOFD检测技术以及分区扫查法。相控阵超声检测技术采用许多很小的压电晶片(例如：16、32、64甚至多达128个晶片组装在一个探头壳体内)来产生和接收超声波束。通过电子方法控制压电晶片阵列各激发脉冲的相位，使其在检测对象中产生的超声场相互干涉叠加，从而得到预先希望的波束入射角度和焦点位置。从而对特定的位置进行超声波检测的一种技术。TOFD检测技术是一种依靠从被检试件内部结构(主要是指缺陷)的端角和端点处得到的衍射能量检测缺陷的方法。其采用一收一发2个宽带窄脉冲探头进行检测，2个探头相对于焊缝中心线对称分布。发射探头产生非聚焦纵波波束以一定角度入射到被检工件中，其中部分波束沿表面传播被接收探头接收，部分波束经底面反射后被接收探头接收。接收探头通过接收缺陷尖端衍射信号及其时差来确定缺陷的位置和自身高度。分区扫查法是根据焊缝壁厚、坡口形式将焊缝沿壁厚方向进行分区，不同的分区使用不同的聚焦法对其进行检测，分区高度越小检测灵敏度越高，但是设备调试越困难；分区高度太高，则容易导致漏检。因此一般分区高度≤3 mm。AUT检测图谱各通道分布及名称见图1。

图1 AUT检测图谱通道分布及名称

2.2 典型缺陷在AUT图谱中的显示特征

2.2.1坡口未熔合

坡口未熔合是全自动焊接中出现频率最大的缺陷类型。在AUT检测图谱中坡口未熔合缺陷通常在A扫通道中显示明显，同时在体积通道、TOFD通道中有时也会有显示。图2为坡口未熔合在AUT图谱中显示，图3是现场打磨的缺陷显示。

图2 坡口未熔合AUT显示图谱

图3 现场打磨出的缺陷

2.2.2根部未熔合

在X80M钢焊接中不允许根部返修，因此在检测中对根部缺陷的检出尤为重要。根部未熔合缺陷在AUT图谱中主要显示在根部通道、钝边通道和根部B扫通道上，有时在体积1通道也会有显示。图4为根部未熔合AUT显示图谱。

图4 根部未熔合AUT显示图谱

2.2.3未焊透

未焊透显示在AUT图谱中钝边通道上，有时在与钝边相邻的通道上也会有显示，通常未焊透在根部B扫通道、TOFD通道上也会有显示。在根部B扫通道上显示位置在根部余高的几何线和熔合线之间，在TOFD通道上则显示在底波前靠近底波第一个波峰的位置。图5为未焊透AUT显示图谱。

图5 未焊透AUT显示图谱

2.2.4裂纹、渗铜裂纹

裂纹类缺陷在管道运行中是最危害性最大的缺陷类型。X80管线钢是一种低碳微合金管线钢，强度高、韧性好，国内应用较为广泛，由于其强度高，存在一定的裂纹敏感性[2]。因此在AUT检测中对裂纹缺陷的识别尤为重要。裂纹在焊缝中出现时其缺陷方向不确定，出现的位置也存在不确性，所以裂纹类缺陷在填充区通道中显示有可能不明显甚至无显示，此时要结合体积通道和TOFD通道进行判定，必要时增加RT进行验证。裂纹类缺陷在AUT图谱中一般显示为在TOFD通道上壁厚方向呈现不规则的叠加状的曲线，在体积通道上具有一定的宽度，且呈不规则形状。图6、图7为焊缝裂纹在AUT图谱上的不同显示。

图6 裂纹AUT显示图谱

图7 渗铜裂纹AUT显示图谱

2.2.5体积型气孔

在焊接接头中气孔分为单个气孔和密集型气孔。无论是单个气孔还是密集型气孔在AUT图片上显示时在A扫通道上显示都不太明显，在体积通道和TOFD通道上有明显显示(TOFD盲区内除外)

单个气孔在TOFD通道显示为带一定弧度的曲线，在体积通道上显示为一条长度不大的线状影像；密集气孔在TOFD通道上显示为叠加状态，分层的曲线，在体积通道上显示为具有一定宽度的线状影像。图8为密集气孔的AUT显示图谱。

图8 密集气孔AUT显示图谱

3 总结

在AUT图谱中各类缺陷都有其显示的特征，但是有的缺陷显示特征比较相似或显示通道相同，这就需要平时多与实际缺陷比较，或者与射线底片对比，找出区别。根部未熔合与未焊透两种缺陷都有可能在钝边和根部通道里、根部B扫通道里显示，两者的区分在于根部未熔合大部分只在上游或者下游的根部、钝边通道里显示，而未焊透通常在上下游钝边通道都有显示；根部未熔合在根部B扫通道里边显示位置在熔合线上，未焊透在根部B扫里边显示位置则是在几何线与熔合线之间。裂纹与密集气孔在AUT图谱中显示特征相似，但是两者在射线底片上显示明显不同，在判断AUT图谱中疑似裂纹等危害缺陷的相关显示时，还应结合射线底片进行相关缺陷类型的确认。