压力管道超声波检验根部反射波的识别与判定

压力管道超声波检验根部反射波的识别与判定天津市众元天然气工程有限公司朱岩李海摘要：根据管道行业大径焊口（直径≥168mm）的特点，介绍了超声波检验时根部区域反射波的类型，对反射波的静态和动态波形进行了分析，提出了根部缺陷反射波的识别与判定方法。关键词：大径焊口超声波检验根部区域反射波的识别与判定1、大径焊口特点及根部区域反射波类型压力管道行业大径管线规格、形式、种类比较多，管道对接焊缝为单面焊双面成型，常见的坡口形式有：V型、U型、双V型、综合型，根部的结构形式与设计的规定尺寸常常存在一定误差，尤其是现场加工坡口形式尺寸的误差，对超声波检测根部缺陷情况的判定产生了一定的技术难度。焊缝超声波检验时，根部区域的反射波是比较多且比较复杂的，产生焊瘤、内凹、咬边、裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣等缺陷反射波。检测时会因为根部区域的局部不规则性、不连续性，产生根部内表面结构的反射波。这些反射波在超声波检测中的静态波形以及动态波形是千变万化的。所以，如何识别和判定这些反射波对检测结论就显得非常重要。2、根部区域反射波的识别与判定要比较准确识别分析、判断反射波的种类，必须对反射波的位置、反射波的静态和动态波形比较准确的掌握，这涉及到对所使用的探头有关参数的准确掌握。又考虑到单焊双面成型焊缝根部会遇到未焊透等缺陷，其反射特征与端角反射相似，为提高对不同缺陷反射率，应选择不同角度探头来核对不同类型的反射波的静态和动态波形。2．1根部焊缝反射波的识别与判断2.1.1正常焊缝根部反射波正常焊缝的根部对超声波的反射情况可以通过反射波的位置定位，来判断根部的透过情况，如图1所示。在焊缝两侧探测，反射波的水平距离定位点相互交叉，反射波在显示屏出现位置偏向焊缝中心线对侧，反射波的深度显示值略大于母材厚度。其包络波形比较圆滑，反射波幅较低，有时没有波，左右移动时反射波峰变化很小。图1符合要求的焊缝反射波2.1.2未焊透反射波氩弧焊打底时焊缝根部未焊透缺陷比较少，但由于坡口加工不良，钝边太厚或一侧厚一侧薄，加上焊接电流太小或焊接操作方法不当时，也会产生未焊透缺陷。由于未焊透有较规则的钝边，,所以探测时有很强的端角反射波，探头前后移动时，波形较稳定，转动或摆动探头时，波形消失较快，焊缝两侧探测时水平距离定位落点有一定间距，约等于对口间隙，如图2所示。图2未焊透反射波在焊缝两侧探测，均有波幅较高反射波显示，其位置在根部一次波出现的位置偏左一些。波形特点：波形单一,反射波幅度大，探头平移时，波形较稳定，反射波动态包络面大且比较规范。2.1.3未熔合反射波对于根部未熔合反射波探测时，在缺陷侧有一个波幅较高的反射波，有时在非缺陷侧反射波幅更明显，（但是随着未熔合面与入射声束角度的不同，有时反射波幅较小、甚至无反射信号，这是因为缺陷的指向性声束反射角无法传播到探头）应进行准确的测厚分析，对缺陷进行深度定位，根部未熔合多出现在水平固定的仰焊位置、垂直固定的上坡口位置、焊接接头的根部位置。图3未熔合反射波如图3所示在焊缝两侧扫查，反射波的水平定位点基本一致，在A侧的反射波为二次声程波，B侧的反射波一次声程波，一般情况下变换不同角度的探头，只要声束入射角适宜B侧的反射波幅高于A侧，且深度定位基本相同。波形特点：波形单一，稳定且尖锐，动态包络面积较大。2.1.4裂纹反射波裂纹在焊缝中虽不常见，但它是一种最危险的缺陷，它多产生于根部的熔合线附近，探测时反射波强烈，因裂纹表面曲折，没有光滑的界面，反射波波脚较宽，且波峰常出现多峰现象。探头平行移动时，波峰此起彼伏，摆动或转动探头时，波峰下降很快，波形没有未焊透波形稳定，从焊口两侧探测时，波形有较好的相似性，缺陷波在水平线上的位置基本一致。图4裂纹反射波如图4所示在焊缝两侧探测，水平定位时一次声程位置均有反射波出现,反射波可能是尖锐的，或有多峰。通过缺陷的准确定位（埋藏深度、水平距离），可以判定缺陷在焊缝中存在。波形特点：波形单一，波幅宽，反射波高度较大，呈锯齿状，有多峰，探头移动时，时起时伏。动态呈多峰，包络面幅度变化较大。2.1.5条状缺陷单面焊双面成型焊口的条状缺陷(多数为夹渣)多数发生在氩弧打层与电焊填充层之间。图5条状缺陷反射波如图5所示，波形特点：波形呈锯齿状，反射波较低，主峰边上有小峰，探头平移时，波幅变化不明显，波峰有变化，有一定的指示长度，在焊缝两侧扫查时，波幅高度不相同，动态包络面积较大且呈现多峰值变化。2.1.6点状缺陷在根部区域出现的点状缺陷，多数发生在氩弧打底层或第一层电焊填充之间。探头左右平行焊缝移动时，波幅很快消失，基本没有指示长度；环绕扫查时，反射波幅度几乎不变，这种情况一般判定为点状缺陷。2.1.7密集缺陷密集缺陷(多数情况下为密集气孔)为一簇反射波，其波幅随着气孔的大小、密集程度的不同而变化，当探头作转角扫查时，会出现此起彼伏的现象。图6密集缺陷反射波在焊缝两侧探测，均能观察到一簇不规则的反射波，波形起伏变化不定。探头平行焊缝移动时，缺陷的反射波形有起伏变化。环绕扫查时，反射波有多个波峰。波形特点：出现一簇反射波，波幅不高，探头移动，反射波此起彼伏变化。2.1.8内凹反射波内凹主要出现在水平固定焊口的仰焊或仰焊爬坡部位，内凹是一个近似圆弧型的曲面，对于声束入射的界面它是一个凸面，反射波是发散的，它与其它尺寸相近、埋藏深度相同的缺陷反射波相比，反射波较低，波形位置出现在根部一次波位置前一点。其反射波的深度显示值一般略小于母材厚度，如图7所示。图7内凹反射波在焊缝两侧探测，水平距离定位落点有一定间距，略大于对口间隙尺寸，定位点不相互交叉，根部焊缝反射波在显示屏出现位置偏向左侧有一个反射波显示，其包络波形比较圆滑。2.1.9内咬边反射波单面焊双面成型的焊口的咬边，一般情况下，缺陷反射波的位置出现在一次声程波的前端，若缺陷波幅较小，还可在焊缝一侧观察到根部焊缝的附加反射波。当探头在焊缝两侧探测时，缺陷的定位基本一致，当探头平行焊缝移动时波幅有起伏变动，因为手工电弧焊咬边多数不连续过渡。图8内咬边反射波如图8所示波形特点：在焊缝两侧均能观察到缺陷的反射波，一般在A侧还能观察到咬边的反射波和底波。探头前后移动时只显示很小的垂直尺寸。咬边反射波包络波形两侧不相同。由于入射角度和缺陷指向性的原因，有时在焊缝的一侧反射波幅较小、甚至无反射信号。2.1.10焊瘤反射波焊瘤反射波一般有如下特点：（1）波形尖锐、陡峭、清晰、波幅较高，波形与根部裂纹、未焊透相似，因焊瘤弧面总是能很好的将声束收敛反射至探头，所以探头前后移动时在一定范围内移动均有反射，波型包络线较宽，变化较平稳。（2）焊瘤反射波深度显示值略大于母材厚度范围，从两侧扫查，水平距离定位点相互交叉，用大角度探头探测时，有时在反射信号最强时不是声束轴线上的反射，而是声束边缘部分的反射。（3）焊瘤反射波的绝大部分位置是在平焊和平焊上爬坡部位，有时立焊也有，仰焊、横焊部位出现较少。图9焊瘤反射波根据以上特点，尤其是反射波深度显示值的特点，对焊瘤反射波是不难识别的。如图9所示，在焊缝两侧探测，由单个尖锐反射波或显示双峰的反射波，一般幅度较高，声程的深度均大于正常焊透时声程的深度显示值。2.2内部错边反射波的识别与判断管径椭圆度误差影响焊接管道对口质量的情况较多。在这种情况下，管道焊接接头错口的现象就有可能发生。在超声波检测中对于错口焊接接头根部错边的判定是比较重要的。为避免误判焊口的内部结构、形状尺寸的偏差、应对焊接接头进行必要的测厚，作为检测的辅助判定基础资料，再结合波形的特点进行综合分析和识别判断，然后做出检测结论。检测过程中，错口的反射波幅是比较高的，焊缝两侧的反射波幅有明显的不同。图10错边反射波如图10所示，检测时只能从A侧有较强的反射波，水平距离定位一般在焊缝中心线对侧，B侧一般没有反射波，B侧有时可以出现焊透焊缝的较小波幅的反射波。通过测厚或表面的形状加以辅助判断，确定错口的严重程度。波形特点：由于错口面的凹凸不确定性，反射波的波峰上有小峰，探头左右移动时波幅的高度变化不大。包络波形范围较宽，波形比较单一、变化不复杂。3、识别与判定方法的验证通过大量焊接工艺评定过程中的解剖验证，对不同部位同一类缺陷；对相同部位不同性质缺陷的对比；并经过对多台大型机组焊口超声波检测过程中的射线复检和缺陷反修后进行对比等手段的验证，对各种典型缺陷波形进行仔细的分析和对比结果得出，超声波检测时出现的各种反射波形分析的要点得到的定性的判断是比较准确的。实践证明，采用缺陷波形识别与分析方法，可以比较准确的判断大径管焊口根部的缺陷类型，达到定性目的。另外，焊缝根部出现的反射波很多，单凭缺陷波的某些特征来判定其性质是比较片面的，还必须在探测前了解焊接接头坡口型式、焊接工艺、方法特点、热处理状态等，加以综合分析判定，才能达到准确的判定。4、结论分析缺陷波形、判断缺陷性质的基本依据：a、根据缺陷波形分析判断缺陷波形分为静态和动态波形，依据静态波形判断探头不动时缺陷波的位置、幅度、形状、密集程度。依据动态波形判断探头在探测面上移动过程中，缺陷波变化以及包络图情况。b、根据缺陷特征分析判断根据可能产生缺陷的形状、方位指向性，判断在不同方向探测面上是平面形、立体形、点状、条状的缺陷其回波的幅度及缺陷波的变化情况。可以判定为是面积缺陷还是体积型缺陷。c、根据缺陷的最大反射高度回波高度及缺陷的定向反射特性分析判断。d、结合焊接接头的焊接工艺特点综合分析结合坡口形式、焊接方法、工艺特点及缺陷可能产生几何位置，判断分析缺陷的性质。焊缝中存在缺陷的形式是变化的，在超声波检测中凭借反射波的幅度、静态波形以及动态波形等对这些缺陷定性是需要一段时间积累基础经验的。如果判定为线状、面状、体积状的危害性缺陷，则不受缺陷反射波幅和指示长度的限制，必须判废返修，对于识别为点状缺陷一般不予定性，可以测定其波幅和指示长度，根据有关标准的要求确定合格与否。参考文献：1.超声波探伤（二、三级教材）。全国锅炉压力容器无损检测考委会编写2.《无损检测手册》机械工业出版社3.JB4730-2005承压设备无损检测4.DL/T820-2002管道焊接接头超声波检验技术规程5.DL5007-1992电力建设施工及验收技术规范(火力发电厂焊接篇)