焊缝超声波探伤缺陷性质的判断

姚志忠

(大震锅炉工业(昆山) 有限公司, 江苏昆山215300)

摘要: 阐述了采用A 型脉冲反射法超声波探测焊缝时, 对缺陷进行性质判断的程序和方法。

关键词: 焊缝; 超声波探伤; 缺陷定性

中图分类号: TG115. 28+ 5 文献标识码: A 文章编号: 167124423 (2004) 01225204

1 缺陷性质判断的适用范围

本方法适用于A 型脉冲反射法对焊缝进行超

声检测缺陷定性。对余高磨平的焊缝, 焊缝区域内的

各种缺陷均可用本方法进行定性, 对有余高的焊缝,

只能对不包括余高的焊缝区域内的各种缺陷定性。

对缺陷定性用探头应与规定的检测探头相同。

2 缺陷性质判断依据

焊缝超声检测对缺陷定性依据为:

(1) 工件结构与坡口形式;

(2) 母材与焊材;

(3) 焊接方法和焊接工艺;

(4) 缺陷几何位臵;

(5) 缺陷最大反射回波高度;

(6) 缺陷定向反射性;

(7) 缺陷回波静态波形;

(8) 缺陷回波动态波形。

3 缺陷性质判断程序

缺陷性质判断的程序如图1 所示, 具体程序为: (1) 缺陷波高H F 在JB 4730 标准评定线以下

时, 一般不作记录, 也不考虑对其定性。如操作人员认为有必要的, 也可作进一步定性。

(2) 缺陷波高H F 位于JB 4730 标准?区(含判

废线) 时, 定为线状缺陷或平面状缺陷或多重缺陷。

(3) 缺陷波高H F 位于JB 4730 标准ê区(含定

量线) 时, 当缺陷指示长度△L ≤L S 时, 如A 扫描显示一个光圆波可定为点状缺陷, 否则定为线状或

平面状缺陷或多重缺陷, 当缺陷指示长度△L > L S 时, 可定为线状或平面状缺陷或多重缺陷。L S 值为: 当板厚6mm ≤t < 20mm 时L S = t , 当板厚t ≥20 mm 时, L S = 20 mm。

(4) 缺陷波高H F 位于JB 4730 标准é区(含评

定线) 时, 当缺陷指示长度△L ≤L d 时, 如A 扫描显示一个光圆波, 可定为点状缺陷, 否则定为线状或平面状缺陷或多重缺陷; 当缺陷指示长度△L > L d 时可定为线状或平面状缺陷或多重缺陷。L d 值为: 当板厚6 mm ≤t < 30 mm 时L d = t, 当板厚t ≥30 mm 时, L d = 30 mm。

(5) 定为线状或平面状缺陷或多重缺陷后, 再进

一步测定缺陷平面和深度位臵、缺陷高度、定向反射特性、缺陷倾斜度、静态波形、动态波形, 然后结合工件结构、坡口形式、材料、焊接工艺和焊接方法及探头扫查方式, 进行综合判断, 最终定出缺陷的实际性质。图1 中缺陷高度和倾斜度可采用端点衍射波法

或端点最大波高法测定。当测定时找不到缺陷端点

衍射波或端点最大反射波时, 可采用6 dB 法测定,

当用6 dB 波测定缺陷自身高度时还应对缺陷高度

进行适当修正。缺陷静态波形和动态波形可按本文

第5 部分缺陷回波动态波形中规定的模式。缺陷定

向反射可按下列方法测定:

采用相同频率不同入射角(入射角差值应≥

10°) 的横波探头探测同一缺陷, 分别测得来自同一

缺陷的最高反射波(记为H max 和H m in ) , 若?H max - H m in

?≥9 dB, 则认为该缺陷具有定向反射性, 应进

一步测定其倾斜度。

在测试缺陷定向反射时, 应确保母材两面平行,

声波扫查通过的母材区无影响评定的缺陷, 当两种

不同角度的探头探测时, 如声程不同, 应对声程不同

引起的材质衰减dB 差和距离波幅dB 差进行修正。

第28 卷第1 期

2 0 0 4 年2 月

无损探伤

N D T

Vo l. 28 No. 1

Feb ruary. 2004

图1 缺陷性质判断程序

4 缺陷类型及其识别

4. 1 点状缺陷

4. 1. 1 概述

点状缺陷是指气孔或小夹渣等小缺陷, 大多呈

球形, 也有不规则形状, 属于小的体积性缺陷。可出现在焊缝中不同部位。

4. 1. 2 特征

回波当量较小, 探头左右、前后和转动扫查时

均显示动态波形é (见5. 1 波形é ) , 对缺陷作环绕扫查时, 从不同方向, 用不同声束角度探测时, 若保持声程距离不变, 则回波高度基本相同。

4. 2 线状缺陷

4. 2. 1 概述

这种缺陷可测指示长度, 但不易测其断面尺寸

(高度和宽度) , 如线状夹渣、未焊透或未熔合等, 在长度方向也可能是间断的, 如链状夹渣或断续未焊

透或断续未熔合等。

4. 2. 2 特征

探头对准这类缺陷前后扫查时, 一般显示波形

é的特征, 左右扫查时, 显示波形ê的特征(见5. 2

波形ê ) , 当缺陷断面尺寸变化时, 会出现波形? a 或? b 的特征(见5. 3 波形? ) , 只要信号不明显断开较大距离, 缺陷基本连续, 如在长度方向缺陷波

高明显降落, 则可能是断续的, 应在明显断开的位

臵附近进一步作转动和环绕扫查, 如观察到在垂直

方向附近波高迅速降落, 且无明显的二次回波, 则

证明缺陷是断续的。

4. 3 平面状缺陷

4. 3. 1 概述

这种缺陷有长度和明显的自身高度, 表面既有

光滑的, 也有粗糙的, 如裂纹、面状未熔合或面状未焊透等。

4. 3. 2 特征

探头对准这类缺陷作前后、左右扫查时, 显示

回波动态波形ê或? a、? b。

对表面光滑的缺陷作转动和环绕扫查时, 在与

缺陷平面相垂直方向的两侧, 回波高度迅速降落。

对表面粗糙的缺陷作转动扫查时, 显示动态波

形? b 的特征, 作环绕扫查时, 在与缺陷平面相垂

直方向两侧回波高度均呈不规则变化。

4. 4 多重缺陷

2 6 无损探伤第28 卷

4. 4. 1 概述

这是一群缺陷的集合, 每个小缺陷彼此之间相

隔距离很近, 用超声波探伤无法单独对每个小缺陷

单独定位和定量, 如密集气孔或再热裂纹等。

4. 4. 2 特征

探头对准这类缺陷作左右、前后扫查时, 由各

反射体产生的回波在探伤仪扫描线上出现在不同

位臵, 显示次序呈不规则, 每个单独的回波信号显

示波形é的特征。探头移动时, 反射信号此起彼伏,

密集缺陷所产生的回波信号显示动态波形ì的特

征(见5. 4 波形ì )。从扫描线上显示的回波位臵可

大致判断缺陷密集范围。根据回波的不规则性, 结

合转动和环绕扫查, 可大致判断密集缺陷是一群球

状缺陷还是具有多个反射面的平面型点状反射体,

如从不同方向、用不同角度测出的回波高度有明显

变化, 这表面是一群小的平面型点状反射体, 从而

可将密集气孔与具有多个反射面的裂纹区分开来。

5 缺陷回波动态波形

5. 1 波形é

荧光屏上显示单个尖锐回波, 探头前后、左右

移动时, 回波幅度平稳地由零上升到单个峰值, 然后又平稳地回到零。这是小于声场直径的点状缺陷的波形特征, 如图2 所示。

图2 点状反射体回波动态波形é

5. 2 波形ê

探头在各个不同的位臵检测时, 荧光屏上显示

单个尖锐回波, 探头前后和左右扫查缺陷时, 回波峰值平稳地由零升到峰值, 当探头继续扫查时, 波峰基本不变, 并保持一段平直部分, 然后又平稳地下降到零。这是有一定长度和高度的光滑反射体的

反射波形。如图3 所示。

图3 光滑面状反射体反射波形ê

5. 3 波形?

5. 3. 1 波形? a

当声束接近垂直入射至缺陷并扫查检测缺陷

时, 荧光屏上均显示单个锯齿形回波, 探头移动时, 回波幅度随机起伏较大(波幅差> ±6 dB) , 这是一个有一定长度和高度的不规则粗糙反射体的波形, 如图4 所示。

图4 接近垂直入射不规则反射体的波形? a

5. 3. 2 波形? b

当声束倾斜入射至缺陷并扫查检测缺陷时, 荧

光屏上显示钟形脉冲包络, 该钟形脉冲包络中有一

系列连续信号, 并出现很多小波峰, 探头移动时, 每

(下转第39 页)

第1 期姚志忠: 焊缝超声波探伤缺陷性质的判断 2 7

检出报警。涡流探伤分选出的缺陷, 由于受技术上的

局限性, 不能对缺陷定性分析, 只能人工肉眼判别缺

陷的性质。鞍钢无缝灵山分厂在线涡流探伤系统所

检出的缺陷产品, 经人工检查缺陷误报率为115%

以下。

图

5 结论

鞍钢某分厂使用在线穿过式涡流检测系统一年

来共检测6 万多支钢管, 检测产品有流体管、低中压锅炉管、石油套管等, 产品遍布全国。实践证明, 在线涡流检测是一种先进的无损检验方法, 它具有耐高

温、速度快、在线检测等特点, 并且可进行联网、图像记忆、储存、记数、统计、打印, 满足无缝钢管流水线作业要求, 适合现代化生产的需要。

参考文献:

[1 ] 杨世维. 涡流无损检测. 辽宁教育音像出版社, 1998

[2 ] 陈玉金, 马东岭. 无损检测人员培训教材

[3 ] YB?T 4083- 2000 钢管自动涡流探伤系统综

合性能测试方法

(上接第27 页)

个小波峰在脉冲包络中移动, 波幅由零逐渐升到最

大值, 然后又下降到零, 信号幅度随机起伏(≥±6 dB)。这是倾斜入射不规则粗糙反射体的波形, 如图

5 所示。

图5 倾斜入射不规则反射体的波形? b

5. 4 波形ì

探头在不同位臵检测缺陷时, 荧光屏上显示一

群密集缺陷回波, 探头移动时, 回波信号此起彼落, 忽高忽低, 若可分辨, 则每一个单独回波信号均显示波形é的特征, 这是密集形缺陷所产生的反射动态波形, 如图6 所示。

图6 密集型反射体反射波形ì

6 结束语

利用以上所述方法可大致定出焊缝中各种缺陷

的类型。在实际中对缺陷测得静态波形、动态波形后, 应准确测出缺陷的平面位臵、深度位臵、缺陷自身高度、长度、缺陷倾斜度等具体参数, 然后结合接头形式、焊接工艺、扫查方式等综合判断缺陷的性质。

参考文献:

[1 ] EN 1713- 1998 焊缝超声检测缺陷定性