鋼襯墊焊縫超聲波檢測中真假缺陷回波信號甄別
在部分工程結構的施工中，如管道的環焊縫對接、鋼結構鋼管工程最終拚接焊縫的對接和鋼結構工程的T形和角接焊縫的對接等，如果采用全位置無襯墊單麵焊接則容易出現焊接缺陷。由於坡口背麵無襯墊，熔池金屬就無外部支撐，且現場安裝的焊縫焊接屬於全位置焊，焊接過程中熔池金屬的受力狀態不斷變化，根部焊縫成型的控製難度非常大，因此焊縫根部特別是立焊位置容易出現縮孔和其他缺陷。如果采用鋼襯墊的單麵對接焊工藝，焊接質量就容易保證。
對鋼襯墊焊縫進行超聲檢測時，墊板反射回波也會顯示在熒光屏上，在聲波入射到探頭對側的焊角時，會在熒光屏上顯示出焊角和襯墊兩個回波，單麵襯墊焊超聲檢測原理及回波示意如圖1所示。
圖1 單麵襯墊焊超聲檢測原理及回波示意
相關標準規定焊縫不允許存在裂紋、未焊透和未熔合等缺陷，如何正確判斷鋼襯墊焊縫的真假缺陷回波就尤為重要，許多超聲檢測人員認為鋼襯墊會影響焊縫的超聲檢測回波信號。
一、T型或角接接頭焊縫
1. 90°角的T形或角接接頭焊縫
圖2 帶鋼襯墊的90°T形或角接接頭結構示意
圖2中鋼襯墊端部將起到反射體R的作用，R反射回波的定位將等於一個相當於來自D點的焊接缺陷的聲程距離。
對於存在以上的反射回波，可通過如下方法綜合解決：
(1) 在C點用直探頭來檢測，確定是否存在缺欠D的反射回波(如果C點位置可以進行檢測)
(2) 確定在焊接接頭長度上該回波顯示是否是連續不斷的，一般來自墊板的反射回波很高，當探頭沿著焊縫方向移動時，此類波形就一直伴隨，相對而言大多數焊接缺陷並不均勻連續。
(3) 采用多次波反射法從B點對焊縫進行檢測，來確定D是否存在。這時可能要對F點打磨平整，以保證超聲束能覆蓋到D點。
(4) 增加探頭角度(即更換大角度探頭)以保證聲束能更好地覆蓋到D點。
(5) 清除掉一小塊襯墊，使聲波不能達到R位置，從而確定D是否是缺陷或證實回波是否來源於R處。
(6) 選擇一處最大的反射回波位置進行打磨或刨槽後，通過表麵檢測(磁粉或滲透檢測)來確定D是否存在。
2. 夾角小於或大於90°的斜T形或角接接頭焊縫
因為接頭夾角角度的改變，來自接頭的反射回波就變得較複雜。
圖3 帶鋼襯墊的夾角角度小於90°的T形或角接接頭結構示意
圖3中R的反射回波也可以視為焊道下裂紋C的回波。
圖4 帶鋼襯墊的夾角角度大於90°的T形或角接接頭結構示意
如圖4所示，當夾角角度大於90°時，R就和缺陷D的回波聲程距離相等。這些條件的分辨與90°T形或角接接頭的相同。
二、對接接頭焊縫
1. 襯墊和接頭間脫開的情況
通常的假回波指示R是由連接接頭的錯邊(如鋼管橢圓度大、焊接變形等導致裝配質量問題)或兩個不同厚度板材連接，鋼襯墊和板材間貼合麵分離而產生的。
圖5 襯墊和接頭分離的對接接頭結構示意
根據聲程距離和波束傳播路徑，在圖5中，當從A點檢測時，回波顯示看起來就像裂紋或未熔合等根部缺陷。
對於存在以上反射回波，可通過如下方法綜合判斷解決：
(1) 準確標記好反射回波的指示部位(如圖5中的L位置)。
(2) 從單麵對側A1位置重複超聲檢測。
(3) 如果從A1點檢測，同樣可以得到L位置的回波反射指示，則證實在根部存在缺陷。
(4) 如果從A1點檢測不到L位置的反射回波，則可能是R產生的假缺陷反射回波顯示。
2. 表麵形狀和襯墊具有類似聲程的情況
另一個引起混淆的假反射回波的原因是焊縫表麵成形與鋼襯墊導致的反射有相同的聲程距離。
圖6 寬的對接接頭根部間隙結構示意
圖6中焊接接頭底部足夠大，聲波傳播到鋼襯墊，並從R邊角處反射，得到一個大的反射回波顯示。
圖7 較小的對接接頭根部間隙結構示意
在圖7中，焊縫底部窄一些，且聲波進入處離焊縫稍遠了一些，從而焊縫餘高位置W處產生了聲波反射和出現大的反射回波顯示。
圖6和圖7中的聲程距離相同，究竟是表麵缺陷的反射，還是焊縫餘高的反射，或者是襯墊邊緣的反射，就需要仔細地分析和判斷。
對於存在以上反射回波，可通過如下方法綜合判斷：
(1) 從單麵對側A1點對圖6的焊縫進行檢測，以確定W區域是否存在缺陷反射回波。
(2) 對W區域的任何回波顯示可以進行打磨檢查，來確定缺陷的存在。
(3) 如果在單麵對側的A1位置沒有反射回波指示，則再從A點進行檢測，確定從W來的反射回波是否是焊縫餘高引起的。首先移動探頭直到得到最大的反射回波高度，然後用手指蘸耦合劑觸摸W處，如果W是焊縫餘高反射，那麼隨著手指的觸動，反射回波會出現跳動。
(4) 如果W不是反射體，按照如下方法來驗證鋼襯墊是否是反射源，將探頭放在A1或A處以得到最大的反射回波高度，測量從探頭入射點到反射體的投射表麵的距離，探頭對側的焊縫位置標記為L，測量從L到W的尺寸，這一尺寸應為鋼襯墊的寬度(如果超聲設備經過精確校準的話)。因此，超聲檢測人員在檢測前應詳細了解所用鋼襯墊的尺寸和基本的根部間隙尺寸情況，可以排除一些關於反射源的問題(這也是超聲檢測人員需要熟悉焊接結構的主要原因)。
(5) 在圖7中，按中心線G將焊縫分為兩部分，從探頭所在的焊縫相同側對反射體進行判斷，使假反射回波信號降低到最小。
三. 密封焊鋼襯墊
1. 合同雙方可以要求對所有鋼襯墊進行密封焊接，密封的焊縫使超聲波不能通過坡口焊縫的整個橫截麵。超聲檢測人員應在製作之前確定鋼襯墊的最實用寬度以及適於檢測的最佳橫波探頭角度。
圖8 密封焊的鋼襯墊對接接頭結構示意
在圖8中，鋼襯墊端部是關鍵部位，因為其影響了聲波反射到接頭焊縫的上部。通常，在鋼襯墊端部，聲波從B至B1部位進入鋼襯墊，信號可能被探頭接收，或者如A1部位那樣探頭完全接收不到返回信號回波。
圖9 密封焊的鋼襯墊T形和角接接頭結構示意
在圖9中，存在相同的狀態，即聲波在B處進入鋼襯墊，並且通過襯墊板繼續傳播進入腹板中。如在屏幕上看到這一反射回波，則很可能是假回波顯示。
針對這一反射回波，解決措施為：增加密封焊接鋼襯墊的寬度，或者更換較小角度的探頭進行檢測。
四、結語
1. 對鋼襯墊的焊縫進行超聲檢測時，要精確地校準距離軸線(時基掃描線)，從結構中獲得信號的精確信息參數，以利於準確地判定。尋找回波源的最佳反射角，使其產生最高回波，從而計算其水平和深度位置，精確地確定回波源的坐標。通過仔細辨別反射回波的來源，分析回波的傳播路徑和反射特性，可以正確判斷真假缺陷回波。
2. 超聲檢測人員檢測前應該熟悉焊接結構和焊接工藝，通過準確地反射回波定位才能進行正確判斷。
注：
來源：《無損檢測》2019年3期
作者：
1.邢豔亮（工程師，河北省特種設備監督檢驗研究院唐山分院，主要從事特種設備檢驗檢測工作）；
2.甘正紅（江蘇德創製管有限公司）
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