超声波检测对管道焊接缺陷类别的判断与分析

马巍，郝欣，李碧烨，胡琳，张欣艳

（1.黑龙江八一农垦大学理学院，大庆163319；2.黑龙江八一农垦学大学工程学院）

超声波检测对管道焊接缺陷类别的判断与分析

马巍1，郝欣2，李碧烨1，胡琳1，张欣艳1

（1.黑龙江八一农垦大学理学院，大庆163319；2.黑龙江八一农垦学大学工程学院）

长输管道焊缝的焊接缺陷是影响管道安全性的主要因素之一，其危害的大小不仅与缺陷的大小和位置有关，还取决于缺陷的类别。因此，在管道焊缝缺陷检测中对缺陷类别进行判定，是提升检测结果准确率的有效途径。利用超声波技术对试样管道焊接部位缺陷扫查，根据静态和动态反射回波图对比出各类焊接缺陷基本特征图，对于管道监测、有效维护和维修具有重要的意义。

长输管道；焊接缺陷；类别判断

能源全球化使得长输管道输运距离越来越长，管道铺设施工环境越来越复杂，对管道焊接质量要求也越来越高，但由于各种主客观因素的影响，焊接缺陷始终存在。不同类别的焊接缺陷所表现出来的破坏效果不同，为避免介质输运过程中出现泄漏、燃烧及爆炸等危害国家和企业利益甚至人员生命的现象出现，提升对管道焊接缺陷的检测精准度变得尤为重要。

目前，国内使用的长输管道的无损检测方法主要有四种，分别是超声波检测、射线检测、磁粉检测和渗透检测。相较于磁粉检测和渗透检测的浅表性，以及射线检测的不灵活和不经济，超声波检测具有方便灵活，不受条件限制，且相对较为准确的优势，因此应用最为广泛［1-4］。但对于管道缺陷检测的研究主要集中在缺陷存在、定位与大小的计算上，对于缺陷的类别的判定研究甚少［5-6］。

1 焊接缺陷分类

管道焊接缺陷主要表现有裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔。

裂缝是指焊道在焊接完成后的冷却过程中产生的应力超过母材或焊接金属本身强度所产生的缝隙。主要存在于弯管和连接组队焊接中，当根焊道温度降低过快或焊道扩散氢含量过高也会出现裂缝。

未焊透是焊道在焊接时没有打开或没有完全打开熔孔而形成钝边残留。错边超标或两侧钝边值不等易产生单侧未焊透，而组对管道间隙过小或钝边过厚则易生成根部完全未焊透现象。

未熔合是指焊接电弧未能在母体上燃烧，使得熔化的铁水堆积在焊道表面而形成，主要有层间未熔合和单侧点状未熔合两类，属于面状缺陷。

夹渣是指焊接溶渣残留于焊缝金属中，主要是在焊接过程中未及时清理干净上层残渣所致，多以点状、条状形式存在。

气孔是由于焊接时熔池内残留气体形成孔穴或凝固时收缩造成孔穴。当气体水含量大而干燥效果不佳或者气体不纯，以及焊接时保护气体未完成保护功能时，会产生密集型气孔或珍珠链式气孔。

错边俗称搭焊，指对接焊接时错位。

由于超声波对于缺陷的识别主要靠缺陷空间形状，因此可根据各类缺陷的空间分布状态判定缺陷的类别。所以在超声波检测中又将缺陷分为点状缺陷、线状缺陷、体积缺陷及平面缺陷。

2 设备和方法

2.1 设备选用

JDUT-2型超声波、示波器、耦合剂、待测焊接缺陷试块及钢管样品等。

2.2 方法选用：端点反射回波法

超声波入射到裂纹在其界面产生反射，一部分沿原路反射，称为端点反射回波。端点反射回波法就是利用入射到裂纹顶端的超声波所产生的端点反射回波的声程对裂纹的高度进行测算。

3 实验与结果分析

3.1 测试零点选择

实验中，调节发射频率及扫描TIME/DIV，使始波脉冲处于最佳状态。

3.2 对样品扫查及缺陷类型的识别

采用可变角探头与直探头相结合，上层全面扫查，包括前后扫查、左右扫查、转动扫查和环绕扫查等方式，通过对所得到的各项静态及动态超声信息进行综合评定，来别缺陷类型。

3.2.1 点状缺陷

图1 回波波形Fig.1Echo waveform

点状缺陷属于较小的体积型缺陷，包括气孔和小夹渣等小型缺陷。由于反射面较小，通常缺陷回波幅度较小，静态反射包络线如图1所示，当可变角探头进行前后、左右移动扫查时，反射回波动态波形变化不大，进行转动扫查时情况相同。当直探头以垂直缺陷点为中心做环绕扫查时，动态回波波形基本相同。

3.2.2 密集点状缺陷

图2 密集型缺陷回波波形Fig.2Intensive defect echo waveform

这类缺陷主要是密集型气孔，对于密集性缺陷，无法实现单独定位、定量。当对缺陷进行前后、左右移动扫查时，反射回波的时基线无规则的出现，对于单个反射主体回波反射曲线如图1所示。若对缺陷进行转动扫查或旋转扫查，可发现缺陷回波具有规则的变化，每一个幅值最高点所显示的曲线均与图1相似。

3.2.3 线状缺陷

图3 光滑缺陷回波波形Fig.3Smooth defect echo waveform

线状缺陷包括线状夹渣、线状未熔合或线状未焊透。反射回波会有明显的长度变化，但断面尺寸不易测出。对于断续的线状缺陷，在长度上也可能是间断的。对这类缺陷进行前后移动扫查时，显示图1波形的特征；进行左右移动扫查时，动态波形显示如图3；当对缺陷进行转动扫查和旋转扫查时，在垂直于线状缺陷的方向上回波有突然消失的现象。

3.2.4 体积状缺陷

图4 垂直入射不光滑缺陷回波波形Fig.4Not smooth defect echo waveform at normal incidence

图5 斜入射不光滑缺陷回波波形Fig.5Not smooth defect echo waveform at oblique incidence

体积缺陷包括不规则物和球状大夹渣。缺陷特点是有明显的缺陷长度和尺寸，左右移动扫查时，显示波形图1或图4；探头前后扫查显示波形图4或图5；进行转动扫查时，当超声波主体在垂直缺陷正对面中心入射时，动态波形类似波形图5，可得到最高回波；进行环绕扫查时，缺陷回波高度会发生不规则的变化。

3.2.5 平面状缺陷

这种缺陷包括裂纹、面状未焊透或面状未熔合。幅高相对较大。探头进行前后、左右移动扫查时，对于光滑表面，回波动态波形显示如图3，不光滑的表面如图4和图5。当转动扫查和环绕扫查时，在垂直平面两侧幅高突然消失。

4 结论

利用超声波端点反射回波法检测焊接缺陷试块，通过分析动态检测图样变化规律分析，能够实现对缺陷类别的判定，缺陷大小及所在部位的定量计算与分析，为管道质量检测、缺陷分析、提升返修有效率及维护管道输运的安全性提供了重要的依据。

［1］袁光华，常楠，周路生，等.不锈钢管道对接焊缝焊接热裂纹超声波检测技术［J］.无损检测，2013，35（12）：1-4.

［2］迟大钊，刚铁，赵立彬.线聚焦超声波法焊接缺陷识别［J］.焊接学报，2015，36（5）：29-32.

［3］王文明，王晓华，张仕民，等.长输管道超声波内检测技术现状［J］.油气储运，2014，33（1）：5-9.

［4］陈建平，冯柏军，杨锁军，等.长输管道焊接施工常见的焊接缺陷及防治要点［J］.焊工之友，2013，42（10）：73-74.

［5］石端虎，朱红玉，刘忆，等.对接接头中焊接缺陷的超声波检测及信号特征［J］.热加工工艺，2014，43（13）：189-192.

［6］戴波，赵晶，周炎.超声波管道内检测腐蚀缺陷分类识别研究［J］.机床与液压，2008（7）：94-98.

Judgment and Analysis of Pipe Welding Defect Class by Ultrasonic Inspection

Ma Wei1，Hao Xin2，Li Biye1，Hu Lin1，Zhang Xinyan1
（1.College of Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319；2.College of Engineering，Heilongjiang Bayi Agricultural University）

Long-distance pipeline welding seam defects was the main factors to affect the pipeline safety.The harm degree was not only related to the defect size and location，but also depended on the category of the defect.Therefore，determining the defect category in the pipeline weld inspection was an effective way to enhance the accuracy of the test results.Comparing the figures of static and dynamic echo after scanning welding parts defect in pipe sample using ultrasonic technology，the various basic feature figures of weld defects were obtained，which was very important for pipeline detection and effective maintenance and repair.

pipeline；weld defects；analyzing category

O426

A

1002-2090（2016）04-0140-03

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.04.031

2015-09-10

黑龙江省大学生创新创业项目（201410223028）。

马巍（1994-），女，黑龙江八一农垦大学理学院信息与计算机专业2013级本科生。

张欣艳，女，副教授，E-mail：75990778@qq.com。