焊縫超聲波探傷中的一種假缺陷回波

1、焊縫超聲波探傷中的一種假缺陷回波翟保民 朱國綱（中國三峽總公司金結檢測中心）摘要：對接焊縫超聲波探傷時，探頭下擴散聲束在焊縫表面的反射回波，很容易被誤判為缺陷。通過采用不同角度探頭進行探傷試驗，明確了這種假缺陷回波產生的原因及特點。關鍵詞：焊接； 超聲波探傷； 缺陷回波1 問題的提出三峽工程引水壓力鋼管直徑為12.4m，由厚度為2860mm鋼板卷制焊接而成。下平段鋼板材料為600MPa級調質鋼，焊接時嚴格控制熱輸入，均采用多層多道焊。    在厚板環(huán)縫超聲波探傷(B級時，常發(fā)現(xiàn)距背面38mm深度范圍內的熔合線附近有不同長度連續(xù)的超標反射回波，有時甚至于焊縫全長都有

2、此反射波。以某一60mm厚管節(jié)為例，其焊縫結構形式如圖1所示，使用數(shù)字式探傷儀(增益型其回波指示位置見表1，波幅均處在區(qū)，也有個別點達到區(qū)。表1探傷儀回波指示位置=60°回波編號聲程指示水平指標深度指示110792.653.5210489.251.53103.589.251.5注：探頭折射角；水平指示是從入射點算起。圖1焊縫結構形成    對于這種反射波，按照常規(guī)的判斷很容易被評定為未熔合或母材中的缺陷，當拍打背面焊縫區(qū)時波幅變化不明顯，然而砂輪打磨背面焊縫時可見波幅逐漸降低直至消失，這說明該反射波是來自于背縫的焊縫表面。此種現(xiàn)象極易導至誤判，造成不應該

3、的返修。為此，我們進行了一些試驗，分析此種反射波產生的原因。2 試驗    試驗1：選取與工件相同的鋼板（60mm）并經(jīng)探傷確認該鋼板中無缺陷。在鋼板背面模仿實際焊縫余高進行堆焊（見圖2）。采用不同角度探頭進行探傷，發(fā)現(xiàn)了類似的回波，其回波指示位置見表2。從表2可見，用前三種折射角的探頭，儀器指示深度均小于60mm。按常規(guī)，應判為鋼板中有缺陷，但實際鋼板堆焊前經(jīng)探傷并無缺陷。表2試驗1回波指示位置聲程指示水平指示深度指示DAC（dB）66°126.6115.151.25+1463°124.7111.156.6+13.255.5°101

4、.083.255.21+845°有回波的地方深度指示60mm回波幅度多在I區(qū)（也有高者）圖2試驗1示意圖    試驗2：由于試驗1的焊縫表面形狀有隨機性，所以又制作了準確形狀的對比試塊（見圖3），其下面約40°斜面為刨床加工。測試結果見表3。從表3中可以看出，用前三種探頭探測對比試塊同樣存在假缺陷波，即儀器指示深度均小于60mm，而且反射回波幅度更高。表3試驗2回波指示位置聲程指示水平指示深度指示DAC（dB）66°114.0104.146.37+1.463°110.398.3350.11-3.455.5°98.0

5、80.7655.51-9.345°85.6160.5360.54-8圖3試驗2示意圖上述兩個試驗可看出，用66°、63°及55.5°探頭探傷時，圖2下部焊縫表面及圖3的45斜面均不利于軸線聲束反射，故看不到軸線聲束的反射波，看到的是擴散聲束的回波。所以雖然反射面深度大于60mm，而儀器指示深度卻反而小于60mm。但當使用45°探頭時，由于試驗2的45°斜面與軸線聲束接近垂直，所以有較強的軸線聲束反射波（DAC8dB），指示深度也大于60mm；而試驗1的焊縫表面反射條件不如45°斜面，但仍能得到軸線聲束的反射回波，只是相對45

6、°斜面其回波能量較低（多在區(qū)），儀器指示深度也是大于60mm。    試驗3：上述兩個試驗都是用一次波對厚板進行探傷的試驗，為了考察中厚板是否存在此假缺陷回波，又選擇了厚度為34mm的管節(jié)環(huán)縫進行了試驗（見圖4）。經(jīng)測試，這種產生于焊縫趾部（如圖4A點附近）的假缺陷回波，用一、二次波掃查都能發(fā)現(xiàn)（圖4的探頭D和B位置），表4為二次波掃查時的指示位置。焊縫趾部附近經(jīng)打磨后，該回波消失。表434mm厚板二次波的指示位置探頭k值聲程指示水平指示深度指示DAC（dB）2131.9118.059.09II區(qū)圖4試驗3示意圖其中：AB相當于下擴散聲束的某部分至實際反

7、射點的聲程。為AB實際聲程轉換到聲束軸線上的聲程（CB=AB）。通過試驗測試可見回波有如下特點：探傷儀的回波聲程指示是入射點到焊縫表面反射點的距離；探傷儀的回波指示位置在工件內部焊縫熔合線附近（45°探頭除外）；探頭折射角越大，回波深度指示越??；45°折射角探頭儀器的深度指示位置等于或大于板厚；回波幅度與反射面的反射條件有關；打磨余高回波幅度變小直到消失。3 分析通過上述試驗證實了假回波的反射面在焊縫表面，但為什么深度指示會遠小于板厚而不是大于板厚？其原因是儀器的指示，均是根據(jù)軸線聲束的聲程計算而來，但聲束是會擴散的，若反射面只有利于擴散角內某部分聲束反射時，其所得回波再用

8、軸線聲束計算，顯然會出現(xiàn)錯誤。我們可以借助于RB2對比試塊進一步說明。用三種探頭分別找到試塊中60 mm深橫通孔的反射最高波，然后向前移動和向后移動探頭，移動時波幅將逐漸降低，前移、后移到波幅降到一半時（DAC+6dB）進行討論，此時的儀器指示見表5。表5軸線聲束和擴散聲束反射回波的指示位置探頭位置聲程指示水平指示深度指示DAC（dB）回波最高處146.0133.359.38066°前移119.0108.748.4+6后移168.0153.468.33+6回波最高處131.1116.859.56063°前移113.5101.151.53+6后移152.7136.169.36

9、+6回波最高處105.086.5359.47056.1°前移94.077.4653.24+6后移119.0987.0767.4+6現(xiàn)以63°探頭前移為例進行分析，當入射點在M時，探頭的軸線聲束（63°）與反射面垂直，回波最高，儀器的指示位置見表5和圖5，此時聲程為圖5中的BM=131.1mm，深度BF=59.56mm，水平距離FM=116.8mm。探頭前移到L時（波幅下降一半），軸線聲束移為CL，此時在3孔上已無反射面，所以此時的回波不是軸線聲束的反射，而是下擴散角內某聲束AL（與3孔反射面垂直）的反射回波。此時儀器的指示聲程是AL的真實聲程（113.5mm）。但

10、其深度與水平距離則需要計算：AL的折射角=arcCos60/（113.5+1.5）=58.55°，實際深度AE=Cos58.55°×113.5=59.22mm，實際水平距離EL=sin58.55°×113.5=96.83mm。上述計算結果顯然與儀器的指示深度和水平距離是不同的，儀器指示的數(shù)據(jù)是按已無反射條件的軸線聲束計算的，所以是錯誤的，其指示深度比A點的實際深度提高了7.7mm，水平距離前移了4.3mm。換言之，即是把A點的反射波誤指示為沒有反射的C點。圖5RB2對比度塊圖660mm厚度焊縫探傷圖同樣道理，在圖6所示焊縫探傷時，若A點處焊縫表

11、面不利于軸線聲束反射而只與下擴散角范圍內某部分聲束相垂直時，則得到較高的回波，其儀器提供的深度和水平距離卻錯誤地被指示為C點。實際上無論探頭角度多大，這種擴散聲束在焊縫表面引起的假缺陷回波現(xiàn)象都有可能存在，主要決定于有效反射面的大小、方向、形狀和光潔度等。如為了和變形波加以區(qū)別，把該波稱為變角回波更為直觀。4 結束語綜上所述，可得出如下結論：    焊縫中的這種回波并非缺陷回波，是探頭下擴散角內的某一聲束在焊縫表面反射的回波(變角回波。    焊縫探傷的變角回波無論斜探頭角度多大，都有可能存在，但究竟是否出現(xiàn)及其反射能量強弱主要決定于有效反射面的大小、方向、形狀和光潔度等。    工件厚度越大、探頭角度越大，則變角回波的現(xiàn)象越明顯。較薄工件用