浅述焊缝余高对超声波探伤的影响

【摘要】在超声波探伤中，声波入射至焊缝余高处，产生波形转换形成干扰波，这是比较常见的超声波干扰信号，尤其是在双面埋弧自动焊焊缝中更容易出现。余高干扰波出现在示波屏上一次波之后的二次波区域内，与缺陷的二次波回波非常相似，如果不能正确识别，会造成误检或漏检。本文将对余高的特性产生的干扰波进行分析，并提出判定方法。

【关键词】超声波探伤 探头 焊缝余高 干扰波

0.前言

某工程PCCP（预应力钢筒混凝土管）管配件制作中，其中钢管的焊接多采用双面埋弧自动焊，并要求100%超声波探伤合格。埋弧自动焊焊缝会出现不同形状和高度的焊缝余高，对超声波探伤过程形成了一定的干扰，在位于熔合线附近或母线内形成回波，改变探头方式及角度干扰仍存在。即使采用斜探头且角度任意变化，焊缝探伤的变角回波以及余高干扰波都有可能存在。因此，对此类位于熔合线附近或母线内的回波，须认真核实焊缝外形并更换探头角度，必要时打磨焊缝等，避免造成误判。

1.余高干扰波产生原理及表现形式

超声波探伤时，声波入射到焊缝背部表面A点至余高C点之间，产生波型转换（如图1所示），转换成反射横波S′（变型波）和反射纵波L′（变型纵波）。声波的入射角不同，反射横波和反射纵波的传播方向也不同 。反射橫波和反射纵波传到背部表面 ，又经余高反射，部分沿原路径返回被探头接收，形成余高干扰波。

超声波的波形示意图如图2所示。其中A为焊角波、L为反射纵波、S为反射横波，上述三种波形可同时出现，也可只出现A波和S波，或只出现一种波形。波形出现的几率取决于焊缝及余高形状的不同。探头前后移动，A、L和S波也随之前后移动变化。移动过程中，忽略视觉误差，三个波之间的间距保持不变，且幅度变化一致。焊缝局部还有可能出现横波干扰波的多次反射波。

2.余高干扰波分析及判断方法

2.1探头前沿

探头前沿是超声波入射点与探头的前端的距离。超声波探伤仪上显示的缺陷位置的数据，反映的是探头入射点距焊缝内部缺陷的距离。确定缺陷位置时，只能从探头的前端开始量，这样探头的前端与实际的入射点形成了一定的距离误差，这个误差就是探头的前沿。

2.2 K值

K值是横波探头的折射角的角度，是焊缝中声波的折射角的正切值，和探伤仪没关系。K值是仅限于中国超声波探伤过程的一种角度表示方法。

2.3 余高过高

焊缝余高过高时会出现顶部盲区。采用斜探头一次波进行焊 缝单面探伤时，克服顶部盲区的方法之一是采用小前沿L0（如图3）。

采用斜探头一次反射波进行焊缝单面探伤时，改变K值减小探头角度也是克服顶部盲区的有效办法。并可提高缺陷精度的判断，减少焊缝余高干扰造成的误判。根据板厚情况确定适宜的K值。 K值大，探头的折射角越大，声程相应增长，荧光屏显示的距离拉长，而且近场区干扰减小，适合于适宜薄板检测；K值小，探头的折射角小，声程短，衰减小，适合于厚板检测（如图4）。

2.4余高过宽

焊缝余高过宽时会出现焊缝中部盲区，克服中部盲区的办法是增大探头角度和减小探头前沿长度和双面双侧检测的方法（如图5）。

如缺陷波幅不能明确判定，可将探头移到焊缝背面和对面，

进行双面双侧检测，对比分析判定缺陷。

3.焊缝余高干扰回波的判断

对于干扰回波，按照常规的判断很容易被评定为未熔合或母材中的缺陷。如缺陷波幅不能明确判定，首先将耦合剂涂于焊缝背面，采用涂刷进行拍打，焊缝区波幅变化不明显，则为非回波干扰，应为缺陷波。其次，采用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的焊缝背表面，为回波干扰。

此种干扰回波的反射面在焊缝背表面，深度指示远小于板厚。由于声束会扩散，入射波经焊缝背面反射后扩散反映到屏幕，此时所得回波再用轴线声束计算，扩散影响较大，判断将出现误差，形成误判。

4.排除余高干扰波判断的其他方法

首先要对焊缝外形进行核实。对于可疑波幅深度在焊缝底

部，可以检查焊缝外形，对缺陷波进行判断。

第二，精确定位分析。如经上述方法核实仍不明确，可以选

择增加射线探伤对可疑不位进行检测，从而对其判断是否为焊缝缺陷，或对缺陷位置、大小进行明确判断。

5.结论

通过对PCCP管配件埋弧自动焊焊缝超声波检测的应用实例，具体分析了焊缝余高形成的反射波，验证了余高对超声波探伤焊缝产生的干扰。证明了无论斜探头角度如何变换，干扰是不可避免的事实，通过更换探头角度、双面双侧检测、精确定位分析及认真核实焊缝外形方法，可以避免由于余高干扰波造成的缺陷误判，提高超声波探伤检测的准确率，确保探伤检测工作人员的检测质量，提高检测工作效率。

参考文献

[1]《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB/T11345-2013，机械工业出版社

[2]《焊接手册》2007年，机械工业出版社

作者简介

姚培乐： 性别，男；出生年月，1962年4月出生；职称，工程师；工作单位，中国水利水电第十三工程局有限公司