抗甩击钢结构带垫板焊缝超声检验质量控制

张振超

【摘  要】抗甩击钢结构为蒸汽管道的稳固保护装置，其焊接量大，焊材重量占构件自重的近4%。单个构件焊缝共计277.86m，主要为全熔透角焊缝，板厚较大，焊接时具有一定的技术难度。

【关键词】抗甩击钢结构;带垫板焊缝;超声波检验

引言

核电站抗甩击钢结构装置是核岛与常规岛厂房之间蒸汽管道的稳固保护装置，该装置用来防止管道受到内部流体冲击时产生甩击。抗甩击钢结构重量约190吨，材质为Q345C，厚度为40mm、60mm的钢板焊接而成的箱体结构。主要由两个相同的结构组成，每个结构又分为两部分，即C3和C4以及C5和C6。C3与C4、C5与C6均采用高强螺栓连接成一个整体。

1 缺陷的信号特征

发现缺陷后，采用前后、左右、转角和环绕等4种扫查方式来优化缺陷信号的波幅，以准确测量其大小、形状和分布。

1.1 影响缺陷信号的参数

检测过程中，缺陷信号幅度会受耦合剂类型、工件表面粗糙度与平整程度、声学性质与缺陷自身特征等参数的影响。例如，耦合条件与工件表面状态的变化也会引起6～20dB波幅的变化。因此，应按标准规定，在检测前、检测过程中与结束后都要进行参数校准，以保证检测结果的有效性及准确性。其影响缺陷信号的主要参数见表1。

表1  影响缺陷信号的主要参数

探头参数 缺陷参数 工件焊缝参数

工作频率  0.5～15MHz 位置：深度与宽度方向 声学性能：声速与衰减

波束折射角：0°、45°、60°、70° 倾斜：垂直深度方向水平轴线方向 组织：奥氏体或铁素体晶粒度与结晶方向

耦合介质：水、甘油与机油 形状：缺陷形状及性质

表面：光滑与粗糙 几何形状：纵缝或环缝，接管焊缝，T、K、Y节点，母材厚度等

1.2 典型缺陷信号的特征

在焊缝超声检测过程中，评定缺陷信号应注意以下几点：

●应使波束方向与缺陷表面接近垂直，使缺陷波幅最大。粗糙的缺陷表面会引起声波漫反射现象，导致缺陷信号加宽。

●精确地测定缺陷在焊缝中的位置，有益于确定缺陷的性质及区分几何边界反射或伪缺陷。了解焊接方法与焊接过程的稳定性有利于判定缺陷性质。

●在扫查过程和探头转动角度与环绕缺陷扫查时，观察缺陷波的静态波形（如波幅、波的形态与波的宽度等）、动态波形（如波的纵向与横向包络线形状等）的变化特征，可作为判定缺陷性质的参考。

●焊接时焊量大，工件易产生变形，焊接应力增大，质量不稳定，易产生不同类型的缺陷。

●焊缝中存在不易检出的光滑面缺陷，如边界未熔合等。这类缺陷在深度方向上倾斜7°～15°时会使波幅下降6～20dB，如果再有0°～15°的轴向倾斜，波幅将降低6～50dB。45°折角的横波来寻找缺陷上下端点的反射信号，才能发现该缺陷。平面形缺陷在水平与垂直方向倾斜时对波幅下降的影响见表2。

2.3、缺陷尺寸的测量

缺陷尺寸的精确度与其类型和形状有很大关系，例如气孔、夹渣、未熔合、未焊透与裂纹等缺陷的取向、表面状态、端点形状、分布范围等参数都会影响测量精度。由于影响缺陷尺寸测量的因素较多，脉冲反射式测量误差最多可达十几毫米。

3 工程实体缺陷检验分析

在对抗甩击带垫板焊缝的超声波检验中，发现多处位置位于根部未熔合、未焊透。

3.1、缺陷产生原因分析

在垫板组对、点焊过程中会产生焊点有缺陷、虚焊、垫板与母材未紧密接触等现象，且在后续焊接中未对其进行处理，多数情况下形成未焊透、未熔合或者裂纹。

3.2、预防措施

●组对时将垫板与焊接板紧密贴合，避免间隙过大造成根部未熔或未焊透。

●在焊接之前，将坡口打磨，清除掉坡口上的洞口油污等杂物，防止形成未熔合。

●焊接时，应将之前点焊的焊点清除干净。

3.3、检测工艺过程分析

1.准备工作

因焊缝带垫板侧为不可接触处，根据B级检验要求，应采用两种或两种以上角度探头在焊缝的一侧进行检验，在厚度为t的板侧准备的检测区域为2Kt+20mm。

2.检验过程

（1）整个检验过程中重点是针对该焊接接头易产生未焊透、未熔合及裂紋的等危险性较大的缺陷，再由于在图1中A、B、C、C′扫查区域使用直射波，若垫板熔合良好，则一次波会进入垫板（6mm）内，在仪器上会显示2（T+6）mm或2（T+12）mm的轮廓反射波。因此，在实际检测中根据计算在检测面上画出一次波扫查的区域，易于区分上述混淆的波形。

（2）在实际检测过程中，探头到达G点时无法前移，即存在盲区，如图2，为达到100%的检查范围，最好采用短前沿探头或者二次波检测，以保证最佳检测效果。

（3）丁字缝检验

丁字缝处易产生缺陷，特别是焊前强行组对，易产生裂纹。由于焊缝余高的阻挡，探头中心声束无法直接扫查到丁字缝处的裂纹，斜扫查或靠声能较小的扩散声束扫查时，反射波幅不高，容易判成点状之类缺陷，造成严重漏检，为了解决这个问题，可采取以下对策：

●对丁字接头处回波，认真观察，从严处理。当没有其它手段证明它是可放过的缺陷  时，一般要返修处理。

●必要时，磨平丁字缝余高后再作超声波检测。

4 结束语

采用超声波检测的方法对抗甩击钢结构进行质量控制，具有快捷、准确定位和可靠等优点。在实际检测评价中应综合运用多范围检测，并结合施工等因素，对钢结构质量进行分析评价，从而更准确判断缺陷性质、位置。

参考文献：

[1]郑辉《超声波检测》 [M]中国劳动和社会保障出版社2008：262，200-201;

[2]《超声波探伤》 电力工业出版社出版1980年11月;

[3]RCC-MC2000《超声波检验》 RCC-M 2000版;

（作者单位：中国核工业华兴建设有限公司）