焊缝超声波探伤中的一种假缺陷回波

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时间:2018-11-20

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1、焊缝超声波探伤中的一种假缺陷回波翟保民朱国纲(中国三峡总公司金结检测中心)摘要:对接焊缝超声波探伤时,探头下扩散声束在焊缝表面的反射回波,很容易被误判为缺陷。通过采用不同角度探头进行探伤试验,明确了这种假缺陷回波产生的原因及特点。关键词:焊接;超声波探伤;缺陷回波1问题的提出  三峡工程引水压力钢管直径为12.4m,由厚度为28~60mm钢板卷制焊接而成。下平段钢板材料为600MPa级调质钢,焊接时严格控制热输入,均采用多层多道焊。   在厚板环缝超声波探伤(B级)时,常发现距背面3~8mm深度范围内的熔合线附近有不同长度连续的超标反射回波,有时甚至于焊缝全长都有此反射

2、波。以某一60mm厚管节为例,其焊缝结构形式如图1所示,使用数字式探伤仪(增益型)其回波指示位置见表1,波幅均处在区,也有个别点达到区。表1 探伤仪回波指示位置β=60°回波编号声程指示水平指标深度指示110792.653.5210489.251.53103.589.251.5 注:β-探头折射角;水平指示是从入射点算起。图1 焊缝结构形成   对于这种反射波,按照常规的判断很容易被评定为未熔合或母材中的缺陷,当拍打背面焊缝区时波幅变化不明显,然而砂轮打磨背面焊缝时可见波幅逐渐降低直至消失,这说明该反射波是来自于背缝的焊缝表面。此种现象极易导至误判,造成不应该的返修。为

3、此,我们进行了一些试验,分析此种反射波产生的原因。2试验   试验1:选取与工件相同的钢板(60mm)并经探伤确认该钢板中无缺陷。在钢板背面模仿实际焊缝余高进行堆焊(见图2)。采用不同角度探头进行探伤,发现了类似的回波,其回波指示位置见表2。从表2可见,用前三种折射角的探头,仪器指示深度均小于60mm。按常规,应判为钢板中有缺陷,但实际钢板堆焊前经探伤并无缺陷。表2 试验1回波指示位置β声程指示水平指示深度指示DAC(dB)66°126.6115.151.25+1463°124.7111.156.6+13.255.5°101.083.255.21+845°有回波的地方深

4、度指示≥60mm回波幅度多在I区(也有高者)图2 试验1示意图   试验2:由于试验1的焊缝表面形状有随机性,所以又制作了准确形状的对比试块(见图3),其下面约40°斜面为刨床加工。测试结果见表3。从表3中可以看出,用前三种探头探测对比试块同样存在假缺陷波,即仪器指示深度均小于60mm,而且反射回波幅度更高。表3 试验2回波指示位置β声程指示水平指示深度指示DAC(dB)66°114.0104.146.37+1.463°110.398.3350.11-3.455.5°98.080.7655.51-9.345°85.6160.5360.54-8图3 试验2示意图  上述两

5、个试验可看出,用66°、63°及55.5°探头探伤时,图2下部焊缝表面及图3的45斜面均不利于轴线声束反射,故看不到轴线声束的反射波,看到的是扩散声束的回波。所以虽然反射面深度大于60mm,而仪器指示深度却反而小于60mm。但当使用45°探头时,由于试验2的45°斜面与轴线声束接近垂直,所以有较强的轴线声束反射波(DAC-8dB),指示深度也大于60mm;而试验1的焊缝表面反射条件不如45°斜面,但仍能得到轴线声束的反射回波,只是相对45°斜面其回波能量较低(多在区),仪器指示深度也是大于60mm。   试验3:上述两个试验都是用一次波对厚板进行探伤的试验,为了考察中厚

6、板是否存在此假缺陷回波,又选择了厚度为34mm的管节环缝进行了试验(见图4)。经测试,这种产生于焊缝趾部(如图4A点附近)的假缺陷回波,用一、二次波扫查都能发现(图4的探头D和B位置),表4为二次波扫查时的指示位置。焊缝趾部附近经打磨后,该回波消失。表4 34mm厚板二次波的指示位置探头k值声程指示水平指示深度指示DAC(dB)2131.9118.059.09II区图4 试验3示意图其中:①A′B相当于下扩散声束的某部分至实际反射点的声程。  ②为A′B实际声程转换到声束轴线上的声程(C′B=A′B)。  通过试验测试可见回波有如下特点:  ①探伤仪的回波声程指示是入射

7、点到焊缝表面反射点的距离;  ②探伤仪的回波指示位置在工件内部焊缝熔合线附近(45°探头除外);  ③探头折射角越大,回波深度指示越小;  ④45°折射角探头仪器的深度指示位置等于或大于板厚;  ⑤回波幅度与反射面的反射条件有关;  ⑥打磨余高回波幅度变小直到消失。3分析  通过上述试验证实了假回波的反射面在焊缝表面,但为什么深度指示会远小于板厚而不是大于板厚?其原因是仪器的指示,均是根据轴线声束的声程计算而来,但声束是会扩散的,若反射面只有利于扩散角内某部分声束反射时,其所得回波再用轴线声束计算,显然会出现错误。我们可以借助于RB2对比

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