自動(dòng)焊對(duì)接焊縫超聲波探傷中變形波的識(shí)別doc

1、自動(dòng)焊對(duì)接焊縫超聲波探傷中變形波的識(shí)別山東省無損檢測學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)交流年會(huì)論文目前工業(yè)探傷中所采用的A型掃描超聲波探傷儀，是利用脈沖反射法進(jìn)行探傷的，完全依靠觀察、分析熒光屏上的反射波形來判斷有無缺陷的。熒光屏上的反射波訊號(hào)，有的是缺陷反射訊號(hào)，有的則不是，因此，正確判別真假缺陷訊號(hào)，是正確判定焊縫質(zhì)量，防止誤判的重要環(huán)節(jié)。對(duì)接焊縫中假缺陷反射訊號(hào)種類很多，如：儀器和探頭造成的假訊號(hào)、焊縫表面溝槽引起的假訊號(hào)、焊縫上下錯(cuò)位引起的假訊號(hào)、焊縫焊角反射引起的假訊號(hào)、表面波反射引起的假訊號(hào)等等。這些假缺陷訊號(hào)，在一些資料中已有精辟論述。在這里僅就我們?cè)趯?shí)踐中遇到的一種特殊的假缺陷反射波“自動(dòng)焊對(duì)接焊縫超聲

2、波探傷中的變形波”的實(shí)例、產(chǎn)生的原因、規(guī)律及判別方法，談?wù)剛€(gè)人的看法。一、變形波實(shí)例自動(dòng)焊對(duì)接焊縫變形波，在探傷實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)了它，但很長一段時(shí)間沒有能夠認(rèn)識(shí)和判別它，當(dāng)時(shí)稱其為“奇怪的反射訊號(hào)”。1977年4月在齊魯一化新制造的轉(zhuǎn)化廢熱鍋爐探傷時(shí)，發(fā)現(xiàn)第四條環(huán)焊縫上有三處反射，如圖1所示。圖1 1977年制造的轉(zhuǎn)化廢熱鍋爐反射訊號(hào)示意圖（當(dāng)時(shí)推測的路徑）根據(jù)一般的定位方法，推測反射面的位置應(yīng)在焊縫熱影響區(qū)邊緣，缺陷應(yīng)在鋼板表面下1011mm處。二、綜合探傷與試驗(yàn)這是一種什么缺陷呢，我們先后用K2、K3斜探頭、20直探頭，對(duì)以上三個(gè)反射波處，從兩面、兩側(cè)進(jìn)行了探測。兩種斜探頭探測結(jié)果基本一致，

3、都是從焊縫左側(cè)探很強(qiáng)烈，從右側(cè)探測沒有任何反射。又采用X射線多方向透射，沒有發(fā)現(xiàn)任何異常，無法證實(shí)此處有缺陷。后來對(duì)其中一處，用碳弧氣刨刨開，作了磁粉探傷，也沒有發(fā)現(xiàn)任何異常。補(bǔ)焊后再進(jìn)行超聲波探測，反射波同原先一樣。將一處焊縫磨平后，此種反射波即消失，證明此處沒有缺陷。最后只好打上鋼印，記錄下來備查。（此設(shè)備1982年1月8日換了下來，此處焊縫沒有出現(xiàn)問題。）1977年4月8日，檢測齊魯一化濃氨水儲(chǔ)槽時(shí)，又發(fā)現(xiàn)這種反射波。見圖2。1979年10月5日，檢測齊魯一化水氣車間鍋爐氣包時(shí)，又兩次出現(xiàn)了這種反射波，尤其是1#鍋爐下氣包，所探全部焊縫都有這種反射波。見圖3。圖2 濃氨水儲(chǔ)槽反射訊號(hào)示意

4、圖 圖3 1#鍋爐下氣包反射訊號(hào)示意圖以上三次檢測發(fā)現(xiàn)的反射波現(xiàn)象，都發(fā)生在自動(dòng)焊對(duì)接焊縫區(qū)。1983年淄博客車廠，在探測液化石油氣槽車自動(dòng)焊對(duì)接焊縫時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了這種變形波反射。據(jù)了解勝利煉油廠也曾多次發(fā)現(xiàn)這種變形波反射。三、變形波產(chǎn)生的原因經(jīng)分析和研究，發(fā)現(xiàn)這種波形是焊縫表面形狀引起的變形縱波反射。由超聲波的性質(zhì)可知，當(dāng)超聲波束傾斜傳播，遇到異形界面時(shí)，在反射和折射過程中，都可能產(chǎn)生變形波。但是，為什么在焊縫探傷中，一般情況下熒光屏上不出現(xiàn)變形縱波反射訊號(hào)呢？這可從超聲波在焊縫中傳播的路徑得到解釋。由反射定律可求得：變形定律反射角：L=arc sin(CL/Cs×sins)（1）橫

5、 波 入 射 角：s= arc sin(Cs/CL×sinL)（2）因?yàn)榭v波聲速約為橫波的兩倍，可知變形縱波反射角將大大地大于橫波入射角。我們所用探頭的角度，是在第一臨界角和第二臨界角之間，計(jì)算可知此時(shí)變形縱波，將沿工件表面?zhèn)鞑セ虺龉ぜ砻?，所以一般情況下，熒光屏上不會(huì)出現(xiàn)變形縱波反射訊號(hào)。但在特殊情況下，尤其是在成形很有規(guī)律的自動(dòng)焊對(duì)接焊縫中，有時(shí)就會(huì)出現(xiàn)變形縱波。觀察自動(dòng)焊焊縫表面成型，大致有以下幾種形式。如圖4所示。 <1> 平緩圓弧形（小區(qū)率） <2> 棱角形表面（如2M16二段冷卻分析器）<3>突陡圓弧形（大曲率） <4>類

6、半圓形表面圖4 自動(dòng)焊焊縫表面的幾種成型形式在這幾種成型的焊縫中，都不會(huì)象在平板中那樣，按原來的折射角進(jìn)行傳播，而要改變傳播方向。到達(dá)焊縫弧面后，反射角度將變小，并隨弧面曲率變化而變化，當(dāng)反射角小到一定程度時(shí)，變形縱波將在焊縫或板材內(nèi)傳播，便有可能返回探頭，顯示到熒光屏上。讓我們來分析一下圖4中幾種焊縫表面成形，找出超聲波束在其中傳播的規(guī)律。圖中L表示縱波波束， S表示橫波波束，s表示橫波入射角，L表示變形縱波反射角。s表示橫波反射角。首先，讓我們來看看第<1>種焊縫成形，這種焊縫成形是比較理想的，由于焊縫表面平緩，超聲波束入射后反射角改變很小，變形縱波不會(huì)出現(xiàn)在工件中，也就不會(huì)在

7、熒光屏上出現(xiàn)變形縱波反射訊號(hào)。第<2>種焊縫成形，表面呈棱角狀，與入射波束有較好的垂直性，其中大部分能量被反射回探頭。（這是一種特殊情形，其檢測方法與判別將在另外的文章中討論）。焊縫表面與工件表面呈一定的角度，橫波聲束到達(dá)其表面后，有可能產(chǎn)生變形縱波，但這種變形縱波只能在工件中向前傳播，不能返回被探頭接受，所以熒光屏上不會(huì)出現(xiàn)變形縱波反射訊號(hào)。第<3>種焊縫成形，表面余高很大，呈圓弧形。入射波位置不同，波束傳播規(guī)律也不相同。圖中表示的是兩種極限位置的傳播規(guī)律，其是探頭推到最前沿的傳播規(guī)律，其是一次波束能達(dá)到的最后位置。從圖中分析可以看出，在這種焊縫中會(huì)出現(xiàn)變形縱波，但由

8、于圓弧形焊縫的反射規(guī)律，變形波不會(huì)被探頭接受，所以熒光屏上也不會(huì)出現(xiàn)變形波訊號(hào)。最后，讓我們來分析第<4>種焊縫成形，這種焊縫邊緣陡直，表面又比較平緩，類似半個(gè)橢圓形，其斷面外形很像壓力容器碟形封頭的剖面。焊縫與母材交界處呈一小圓弧形，當(dāng)入射橫波達(dá)到小圓弧面時(shí)，便有變形縱波產(chǎn)生，變形縱波可以到達(dá)焊縫上表面反射回來，被探頭接受顯示在熒光屏上。因?yàn)榭v波聲速約等于橫波聲速的兩倍，在相同的時(shí)間里，縱波所走的路程也約等于橫波所走路程的兩倍。因?yàn)闊晒馄了綊呙杈€的比例是按橫波聲束調(diào)節(jié)的，所以變形縱波的回波在熒光屏上顯示的數(shù)字，不是它走的真實(shí)路程，而僅等于它的1/2。在這里所謂的縱波路程，僅指變

9、形縱波在焊縫中走的路程。返回探頭是經(jīng)焊縫下表面，再次變?yōu)闄M波而被接受的。若變形縱波所走路程以表示，工件厚度用表示，則，這段路程顯示在熒光屏上僅為1/2。如果按原橫波入射方向的三角關(guān)系推算（這是錯(cuò)誤的?。?，就會(huì)誤認(rèn)為反射面所在的位置，是在焊縫熱影響區(qū)之內(nèi)（當(dāng)時(shí)所推測的缺陷位置），如圖24所示。四、產(chǎn)生變形縱波反射的臨界條件通過以上分析可知，只有當(dāng)焊縫剖面呈邊緣陡直，表面較平緩的半橢圓形時(shí)，才可能出現(xiàn)變形縱波反射訊號(hào)。當(dāng)變形縱波接近垂直于焊縫上表面時(shí)，反射回探頭的能量較大，就出現(xiàn)變形縱波反射。參見圖5。圖5 縱波變形波反射條件示意圖由反射定律可知：sinL:sinS=CL:CS<3>又

10、從圖5中可知=L+S 則L=S從<3>式可知：sin（S）：sinS= CL:CS<4>根據(jù)三角函數(shù)的“和差公式”：sin（S）= sincosScossinS<5><4>式可為：（sincosScossinS）/sinS= CL/CS<6>又根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系：ctgS= cosS/ sinS<7><6>式可為：sinctgScos= CL/CS <8>ctgS=（CL/CS+ cos）÷sinS=arc ctg(CL/CS+ cos) ÷sin <9>在中厚工件（=

11、1240mm）探傷中，常選用K的探頭，K探頭折射角。，代入<9>式計(jì)算可得S。即當(dāng)選用K探頭探傷時(shí)，如果能滿足S?；蛏源?、稍小于。時(shí)，變形縱波便垂直于（或接近垂直于）焊縫表面，此時(shí)變形縱波產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射，熒光屏上將出現(xiàn)變形縱波訊號(hào)。所以S。是產(chǎn)生這種變形縱波的臨界角度。此時(shí)焊縫的焊角處表面小圓弧的圓心位置，可按以下方法求得。在中，OC。+S。Ltg（。+S）（）（）tg（。+S）<>式中E可近似地看作是焊縫寬度，可近似地看作是焊縫表面小圓弧的圓心到焊縫表面的距離。當(dāng)選用K探頭時(shí)，。此時(shí)小圓弧半徑為：（。+S）。在中厚焊縫中，常采用型坡口，此時(shí)（工件厚度）?？梢钥闯觯?dāng)小圓弧的圓心處于焊縫中部附近，或略靠上、略靠下時(shí)，亦即小圓弧的半徑在068076倍工件厚度時(shí)，就可能出現(xiàn)變形縱波反射。此值即產(chǎn)生這種變形縱波的臨界半徑。小結(jié)、從以上事例和分析不難看出，焊縫中此種變形縱波反射，常出現(xiàn)在自動(dòng)焊縫中，其焊縫表面形狀為表面較平緩，焊角處呈一小圓弧形。當(dāng)自動(dòng)焊中出現(xiàn)類似圖中反射波時(shí)，要注意觀察分析焊縫表面