薄壁钢管对接焊缝超声波检测技术的研究

印余辉 张军 马友金 曾小陆

摘 要：在中小径薄壁钢管对接焊缝超声波检测中，因其壁薄、径小，对其缺陷一直难以定位、定量，对缺陷性质难以判断，本文通过对超声波探头、试块的改进，以及对缺陷信号的分析总结，使得超声波能够行之有效的检测薄壁钢管对接焊缝。

关键词：薄壁钢管 超声波检测 缺陷分析

中图分类号：TH21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（b）-0030-02

在现代建筑工程中，网架结构因其结构新颖，受力合理，自重轻、用钢量低等优点，广泛应用于大型体育场馆、展览中心、影剧院、商场、航站楼、候车厅、工厂车间、仓库、电视塔等。中小径薄壁钢管超声波检测具有其特性：探伤面是曲面，壁薄，上下壁及焊缝表面易产生几何反射，造成伪缺陷信号引起误判，因而与一般容器焊缝和对接焊缝超声波探伤相比具有一定难度，本文通过工程人员大量实验并结合钢网架薄壁钢管检测工程实际，介绍了高频、大K值、短前沿用于中小径薄壁钢管对接焊缝超声波探伤取得的较好效果的做法。

1 探测条件选择

1.1 透声楔块

检测面与探头靴之间的间隙g不应大于0.5mm，见图1。

对于中小径薄壁钢管对接焊缝，上述要求可得：g=。

如果间隙g值大于0.5mm，则探头底面应修磨和俞曲面吻合，但通常在修磨时宜出现晶片与凹面轴及轴向偏离现象，如图2所示，两者均导致信号偏离，容易造成缺陷误判。

1.2 压电晶片尺寸

在中小管径薄壁钢管中，为了减少探测时上下管壁的几何反射回波，要求超声波的指向性好，半扩散角小，但同时也应使得近场区不能太大。

为了能获得检测时良好的耦合性能，探头楔块底面通常需要加工成特定曲面，探头晶片边缘声束会产生散射，晶片尺寸越大，散射越严重，而且如果晶片装偏，会使散射更加严重，但是增加探头晶片尺寸并减小波长，近场区长度N增加，为提高定位准确，分辨缺陷回波，还应克服近场干涉的影响，建议采用晶片边长在5～8mm为宜。

1.3 探头前沿和K值

我们利用回波声压Pa与入射声压p之比称为端角反射率，用T表示，制作出钢与空气截面上钢的端角反射率曲线（见图3），根据曲线可知当34°

2 制作距离—波幅曲线（DAC）

距离—波幅曲线（DAC）曲线通常由评定线、定量线、判废线组成，但在薄壁钢管对接焊缝超声波探伤由于管壁薄（4～8mm），没必要把DAC曲线划分成评定线、定量线、判废三条线，而仅需绘制出DAC母线就可以了，以检测Ф60mm×6mm薄壁钢管为例，我们制作出的试块来制作DAC曲线，如图5所示。

当被测管子壁厚在4～8mm时，DAC曲线可按图6绘制。

（1）将探头放在选好的试块上，用直射法探测深度4mmФ2的横通孔。

（2）找出该孔的最高回波，利用“自动增益”80%按钮，将该点作为第一个记录点，然后再用直射法探测深度6mmФ2的横通孔，找出该点的最高回波，作为第二个记录点，利用一次反射法探测深度4mmФ2的横通孔作为第三个记录点，以此3个点生成DAC曲线。

3 补偿量测量

3.1 试块

制作与被探管道的材质、规格及表面粗糙度相同的试块（见图7）。

在试块上钻Ф2mm×40mm横孔，距内壁t/2。

3.2 测量方法

以所用的仪器和探头在所用试块上测绘出距离—波幅曲线，相同的仪器和探头，在相同的起始灵敏度条件下探测试块上Ф2mm×40mm横孔，直射波探下孔，或采用一次波探测该孔。

4 缺陷判定

4.1 根部未焊透

根部未焊透，由于从焊缝两侧探测都具有良好的反射条件，從焊缝两侧均有强烈的反射信号，水平定位均在焊缝中心线上，且处于根部上（见图8）。

4.2 错边

当有错边存在时，焊缝内表面可能具有良好的反射条件，从回波信号可确定反射点在焊缝中心线上，且位置在焊缝底部，但从焊缝另一侧探测时，就没有反射信号（见图9）。

4.3 坡口未熔合

当存在坡口未熔合时，往往在产生未熔合坡口面焊缝的另一侧用直射法能探测到一个尖锐回波，一次反射法往往不产生缺陷回波或者很低，坡口面这一侧往往是一次反射法能产生一个尖锐回波，直射法往往不产生回波或者很低，但测量其水平位置往往在同一位置（见图10）。

4.4 根部焊瘤

当焊缝的内表面存在焊瘤时，在探伤的一侧会出现比较尖锐的反射回波，与根部未焊透差不多，反射点都在焊缝根部，但其最主要的区别是从两侧探测时，反射点都能判断在焊缝中远离探头一侧（见图11）。

5 结语

综上所述，超声波检测中小径薄壁钢管对接焊缝，通过一系列措施的控制，能够行之有效的检测薄壁钢管对接焊缝，当然也包括检测工作者经验的积累。

参考文献

[1] G/T11345-2013，焊缝无损检测超声波检测技术、检测等级和评定[S].

[2] DL/T820-2002T，管道焊接接头超声波检验技术规程[S].

[3] 中国机械工程学会无损检测学会.超声波检测教材[M].北京：机械工业出版社，2000.