爬波检测灵敏度设定对薄壁管对接环焊缝检测结果的影响

张怀雅，于淑敏

(华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州　450015)



爬波检测灵敏度设定对薄壁管对接环焊缝检测结果的影响

张怀雅，于淑敏

(华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州450015)

摘要：采用爬波检测能有效控制特高压输电线路钢管塔高颈法兰与薄壁钢管对接焊缝质量，但其检测灵敏度的设定对检测结果有较大影响。模拟1套带有人工缺陷的试件，在不同型号、深度及探头前沿与横通孔水平距离下进行试验，对比分析不同检测灵敏度对检测结果的影响。

关键词：灵敏度；薄壁管；对接焊缝；爬波检测

0引言

特高压输电线路钢管塔采用高颈法兰与钢管对接环焊缝结构型式，焊缝质量的优劣对特高压电网安全运行极为重要。由于钢管管壁较薄且只能在焊缝一侧进行检测，而常规超声波检测方法由于各种原因无法扫查到焊缝的整个截面，容易造成漏检。采用爬波检测技术能满足检测要求，但其检测灵敏度的设定对检测结果影响较大，为验证检测灵敏度对检测结果的影响，模拟特高压输电线路钢管塔高颈法兰与薄壁管对接环焊缝结构型式，制作了1套带有人工缺陷的试件，并采用不同的检测灵敏度检测试件，以验证检测灵敏度对检测结果的影响。

1爬波检测的特点

爬波可认为是表面下纵波，其传播速度与纵波相同。根据Snell定律，当入射角等于第一临界角时，换能器可产生爬波，同时还伴随有大角度主束纵波。理论与试验研究结果表明，对于薄壁管对接环焊缝，利用存在于表面的爬波检测垂直于外表面的横向缺陷、利用主束纵波检测内部和内表面的横向缺陷是可行的。利用爬波检测薄壁管对接环焊缝具有以下特点。

(1)根据超声爬波原理，爬波探头的声束进入工件后可产生多种波形，其主纵波即为爬波主瓣，由于爬波主瓣的角度约为80°，基本垂直于工件的厚度方向，与工件中垂直方向的裂纹几乎成90°，因此，爬波检测对垂直性裂纹检测有很高的灵敏度。

(2)由于超声爬波在被检工件近表面传播，因此工件表面的粗糙度及杂质等异物基本不会影响超声爬波的正常检测。

(3)爬波探头的有效覆盖深度为0.5～9.0 mm，而常规双晶直探头的检测盲区为4 mm，应用爬波探头可以很好地解决双晶直探头盲区问题，准确检测出近表面裂纹缺陷。

(4)爬波会产生约34°的超声横波，其声速接近爬波声速的一半，因此，在对爬波探头进行校准时需要特别注意，如采用二次回波发射法，爬波的二次回波将与横波的一次回波在声程上非常接近，较难分辨，因此，可采用牛角试块和半圆试块校准爬波探头的零点及材质声速等性能参数。

2试件制备

结合钢管塔高颈法兰与薄壁钢管对接环焊缝的特点，制作了1套薄壁管对接环焊缝试件，规格分别为ø159 mm×4 mm，ø180 mm×5 mm，ø219 mm×6 mm，ø299 mm×7 mm及ø377 mm×8 mm，焊缝宽度10 mm，试件结构如图1所示。焊缝内特定位置设置有人工缺陷，缺陷主要为坡口未熔合、焊缝中裂纹、坡口裂纹及气孔。

图1　薄壁管环焊缝试件

3检测技术条件

超声波检测仪器型号为CTS-1002GT，探头包

表1　深度为2 mm和5 mm的ø1 mm×30 mm横通孔波幅达到基准波高时的dB值

括2.5P7×7R80型(晶片面积为7 mm×7 mm，频率为2.5 MHz，探头弧面半径为80 mm)，2.5P7×7R150型(晶片面积为7 mm×7 mm，频率为2.5 MHz，探头弧面半径为150 mm)，2.5P7×7平面型(晶片面积为7 mm×7 mm，频率为2.5 MHz，平面探头)。对比试块型号为SG-Ⅰ，耦合剂使用机油，检测灵敏度为DAC+10 dB，耦合补偿为2 dB。

检测方式为声束中心线垂直于焊缝中心，探头放置在钢管侧外表面上，探头距离焊缝中心15～20 mm沿环向扫查，还应作10°～15°的左右转动，扫查速度不大于50 mm/s。

试验执行标准依据Q/GDW 707—2012《输电线路钢管塔薄壁管对接焊缝超声波检验与质量评定》[1]。

4试验数据及结果

4.1试验数据

用爬波检测，在SG-Ⅰ试块上分别对深度为2 mm和5 mm的ø1 mm×30 mm横通孔绘制距离-波幅曲线，探头前沿距横通孔水平距离分别取5，10，15，20，25，30 mm，记录每点波幅调至满屏80%时衰减器读数dB值，测试结果见表1，根据测试结果绘制距离-波幅曲线(DAC曲线)如图2～4所示。

从表1可以看出，深度为2 mm的ø1 mm×30 mm横通孔的dB值均高于深度为5 mm的ø1 mm×30 mm横通孔的dB值，其中2.5P7×7R80探头平均高4 dB左右，2.5P7×7R150探头平均高6 dB左右，2.5P7×7探头平均高5 dB左右。

为了验证不同深度的横通孔绘制出来的DAC曲线对检测结果的影响，分别用深度为2 mm和5 mm的ø1 mm×30 mm横通孔调试的DAC曲线对ø159 mm×4 mm，ø219 mm×6 mm，ø299 mm×7mm及ø377 mm×8 mm的试件进行检测，检测结果与射线透照检验结果进行对比分析。每个试件选取1个比较典型的缺陷波形进行比对，如图5～8所示。从图中可以看出，同一缺陷采用不同灵敏度检测波幅相差较大，一般情况下，对同一个缺陷用深度为2 mm的横通孔调试的DAC曲线检测的缺陷波幅比深度为5 mm的横通孔调试的DAC曲线高2～8dB，而在2种检测灵敏度下采用6 dB法对缺陷测长，结果基本一致，所测缺陷长度与射线检测结果基本吻合。

图2　2.5P7×7R80探头DAC曲线

图3　2.5P7×7R150探头DAC曲线

图4　2.5P7×7平面探头DAC曲线

4.2试验结果

(1)选择合适的爬波探头可有效检测出薄壁管对接焊缝中的缺陷，条状缺陷测长与射线所检出的尺寸较吻合，与所采用的检测灵敏度关系不大。

(2)用深度为2 mm的ø1mm×30 mm横通孔调试的灵敏度比深度为5 mm的横通孔高，同一缺陷波幅在DAC曲线基础上高2～8 dB。

(3)采用不同深度的横通孔制作的DAC曲线检测薄壁管对接焊缝，对发现的条状缺陷长度测量影响不大，在2种灵敏度下用6 dB法进行检测，所得结果基本一致。

(4)用不同深度的横通孔调试的灵敏度对缺陷的检出率有一定影响。不同灵敏度对气孔检出率的影响最大，气孔回波波幅相对较低，有些气孔基本看不到回波，用深度为2 mm的ø1 mm×30 mm横通孔

图5　ø159 mm×4 mm试件焊缝中裂纹

图6　ø219 mm×6 mm试件焊缝中坡口未熔合

图7　ø299 mm×7 mm试件焊缝中气孔(ø1.5 mm×5)

图8　ø377 mm×8 mm试件焊缝中坡口裂纹

调试的灵敏度比深度为5mm的横通孔对气孔的检出率高。

5结论

试验设计的薄壁管对接环焊缝对比试块，经与射线检测结果对比，可用于辅助薄壁管对接环焊缝缺陷性质的对比检测。灵敏度的设定对薄壁管对接环焊缝爬波检测的影响较大，试验表明，实际检测中采用深度为2 mm的ø1 mm×30 mm横通孔调试扫查灵敏度，制作DAC曲线，可减少漏检现象，但由于其灵敏度高，杂波相对也多，所以在检测中，要根据实际情况，选择合适的横通孔调试扫查灵敏度。

参考文献：

[1]输电线路钢管塔薄壁管对接焊缝超声波检验及质量评定：Q/GDW 707—2012[S].

(本文责编：弋洋)

收稿日期:2015-08-31；修回日期:2016-02-20

中图分类号：TG 447

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)03-0061-03

作者简介：

张怀雅(1988—)，女，河南南阳人，助理工程师，从事电力无损检测及人员培训方面的工作(E-mail:zhanghy@hdmdi.com)。

于淑敏(1988—)，女，河南开封人，助理工程师，从事电力无损检测及人员培训方面的工作(E-mail:yusm@hdmdi.com)。