長(zhǎng)輸管道全自動(dòng)焊接AUT檢測(cè)典型缺陷分析

隨著國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道進(jìn)入全面建設(shè)階段，全自動(dòng)焊接（熔化極氣體保護(hù)，即GMAW）具有人為因素影響小、生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定、作業(yè)環(huán)境安全等特點(diǎn)，在長(zhǎng)輸管道建設(shè)項(xiàng)目中已成為主要的焊接方法之一。由于其生產(chǎn)效率高，如果出現(xiàn)焊接質(zhì)量問(wèn)題，將產(chǎn)生大批的不合格品，為了即時(shí)監(jiān)測(cè)焊接質(zhì)量，需要選擇一種及時(shí)、可靠的檢測(cè)方法。全自動(dòng)超聲波檢測(cè)（AUT）技術(shù)具有檢測(cè)效率高、缺陷檢出率高、檢測(cè)結(jié)果可靠、無(wú)輻射、可交叉作業(yè)等特點(diǎn)，成為配合全自動(dòng)焊接的首選檢測(cè)方法。坡口形式全自動(dòng)焊接常采用的坡口類型為復(fù)合型坡口，復(fù)合型坡口有復(fù)合V形和復(fù)合U形。復(fù)合V形坡口結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。圖1復(fù)合V形坡口結(jié)構(gòu)示意AUT檢測(cè)缺陷分析全自動(dòng)焊接（GMAW）主要的焊接缺陷有：未熔合、中間未焊透、體積型缺陷（氣孔）、裂紋等。未熔合未熔合是自動(dòng)焊最常見(jiàn)的缺陷之一，也是AUT檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)最多的缺陷類型，未熔合分為根部未熔合、坡口未熔合和層間未熔合。坡口未熔合坡口未熔合是自動(dòng)焊常見(jiàn)的缺陷，AUT檢測(cè)最容易發(fā)現(xiàn)和判定坡口未熔合，AUT檢測(cè)對(duì)比試塊沿著坡口分布的反射體主要是基于發(fā)現(xiàn)坡口未熔合缺陷而設(shè)計(jì)的。坡口未熔合的AUT檢測(cè)圖譜如圖2所示，射線檢測(cè)底片如圖3所示。圖2坡口未熔合的AUT檢測(cè)顯示圖3坡口未熔合的射線檢測(cè)結(jié)果（發(fā)現(xiàn)缺陷）缺陷判定坡口未熔合沿著坡口分布，其在AUT檢測(cè)時(shí)，一般在A掃描帶狀圖、B掃描體積通道以及TOFD檢測(cè)通道（當(dāng)缺陷不在TOFD盲區(qū)時(shí)）中均能被發(fā)現(xiàn)，特征明顯。在A掃描帶狀圖中時(shí)間門(mén)一般在±1mm內(nèi)，波幅的高低以及影響通道的數(shù)量與缺陷的自身高度有關(guān)。在B掃描體積通道中，單側(cè)的坡口未熔合的特點(diǎn)是規(guī)則、平滑、輪廓清晰。在TOFD檢測(cè)通道中，缺陷的走向平滑，輪廓清晰，當(dāng)缺陷達(dá)到一定高度時(shí)，TOFD中缺陷具有明顯的上下端點(diǎn)。射線檢測(cè)時(shí)，受透照的角度和缺陷自身的方向、尺寸、位置等因素影響，缺陷有時(shí)能發(fā)現(xiàn)，有時(shí)因角度偏差而無(wú)法發(fā)現(xiàn)。缺陷成因坡口未熔合缺陷是焊接能量不足或焊槍擺弧不夠，導(dǎo)致填充金屬與坡口壁之間沒(méi)有完全熔合而產(chǎn)生的。層間未熔合層間未熔合在自動(dòng)焊中也比較常見(jiàn)，是兩層焊道之間未熔透造成的。層間未熔合AUT圖譜如圖4所示，射線檢測(cè)結(jié)果如圖5所示。圖4層間未熔合的AUT檢測(cè)顯示圖5層間未熔合的射線檢測(cè)結(jié)果（無(wú)缺陷顯示）缺陷判定層間未熔合一般在AUT圖譜A掃描帶狀圖通道上下游均能發(fā)現(xiàn)缺陷顯示，缺陷的形態(tài)類似于鋼板中的分層缺陷（見(jiàn)圖6），斜入射的聲束由于反射而使得缺陷在A掃描通道中表現(xiàn)出波幅不高，因缺陷位于焊道的內(nèi)部，因此，上下游的帶狀圖通道在坡口位置門(mén)位設(shè)置為“0”，當(dāng)缺陷處于焊道內(nèi)部時(shí)，門(mén)位值大于“0”，層間未熔合缺陷處于焊道內(nèi)部，因此當(dāng)上下游都可以檢測(cè)到的時(shí)候，上下游的門(mén)位均表現(xiàn)為大于“0”。圖6缺陷檢測(cè)模擬分析在B掃描體積通道中，缺陷走向平滑，上下游體積通道均能發(fā)現(xiàn)，由于扇掃描聲束覆蓋較寬，可能表現(xiàn)為在多個(gè)體積通道中都能發(fā)現(xiàn)。當(dāng)缺陷處于TOFD盲區(qū)以外時(shí)，由于層間未熔合類似鋼板分層，邊緣較尖銳，所以TOFD通道衍射回波波幅相對(duì)較高，缺陷在TOFD通道中的顯示非常明顯，層間未熔合缺陷的自身高度一般較低，TOFD中沒(méi)有明顯的上下端點(diǎn)，只表現(xiàn)半個(gè)周期的高度，呈細(xì)長(zhǎng)、平滑的線狀顯示。射線檢測(cè)中，由于透照射線與缺陷垂直，且該類缺陷自身高度較低，無(wú)法形成比較明顯的黑度差對(duì)比，所以射線檢測(cè)一般不能發(fā)現(xiàn)層間未熔合缺陷。缺陷成因?qū)娱g未熔合一般出現(xiàn)在焊接接頭部位，或者停槍后重新起弧時(shí)。第一組焊槍起弧以后，焊道較高，由于焊道高低落差，第二組焊槍起弧時(shí)能量不足，熔池?zé)o法將前一層焊道熔化，兩層焊道之間產(chǎn)生層間未熔合。根部未熔合根部未熔合缺陷易出現(xiàn)在根部焊接接頭部位，有時(shí)某一焊槍不正或者對(duì)口時(shí)錯(cuò)邊較大，也會(huì)導(dǎo)致某一組焊槍的焊接位置整體出現(xiàn)根部未熔合情況，根部未熔合AUT圖譜顯示如圖7所示，射線檢測(cè)結(jié)果如圖8所示。圖7根部未熔合的AUT檢測(cè)顯示圖8根部未熔合的射線檢測(cè)結(jié)果（無(wú)缺陷顯示）缺陷判定根部未熔合缺陷在AUT檢測(cè)中主要依據(jù)A掃描通道和B掃描通道綜合判定（A掃描、B掃描通道對(duì)根部檢測(cè)均采用自發(fā)自收模式），當(dāng)根部未熔合高度較低時(shí)TOFD通道可能處于底面盲區(qū)范圍內(nèi)，有時(shí)不能發(fā)現(xiàn)或者顯示不明顯，A掃描通道中缺陷時(shí)間門(mén)接近0（一般為負(fù)值），根部未熔合信號(hào)在B掃描通道中有明顯特征，缺陷信號(hào)出現(xiàn)在根部幾何信號(hào)之前，缺陷嚴(yán)重時(shí)，會(huì)遮擋主聲束，導(dǎo)致根部幾何信號(hào)減弱。對(duì)于復(fù)合型坡口，由于內(nèi)坡口角度較大，射線檢測(cè)時(shí)對(duì)根部未熔合缺陷的檢測(cè)類似于對(duì)分層缺陷的檢測(cè)，一般很難檢出判定。缺陷成因內(nèi)焊機(jī)焊接時(shí)，焊接能量不足導(dǎo)致熔池?zé)o法將內(nèi)坡口完全熔化而產(chǎn)生根部未熔合缺陷。中間未焊透中間未焊透出現(xiàn)在復(fù)合坡口鈍邊部位，是熱焊或根焊時(shí)輸入能量不足導(dǎo)致的鈍邊未熔化。中間未焊透AUT檢測(cè)圖譜如圖9所示，射線檢測(cè)結(jié)果如圖10所示。圖9中間未焊透的AUT檢測(cè)顯示圖10中間未焊透的射線檢測(cè)結(jié)果（發(fā)現(xiàn)缺陷）缺陷判定中間未焊透缺陷在AUT檢測(cè)A掃描帶狀圖通道（一發(fā)一收）中，帶狀圖上游和下游均有顯示，時(shí)間門(mén)位置接近通道中心，缺陷輪廓清晰、走向平滑。B掃描通道（自發(fā)自收）中，未焊透缺陷信號(hào)一般位于根部幾何信號(hào)線與根部熔合線信號(hào)線之間，故在根部體積通道進(jìn)行判定。由于其處于TOFD通道底面盲區(qū)以外，故TOFD通道可有效發(fā)現(xiàn)中間未焊透缺陷，缺陷走向平滑，輪廓清晰。射線檢測(cè)中，由于焊口組對(duì)間隙為0~0.5mm，中心透照時(shí)，中間未焊透缺陷與射線透照方向平行，橫向裂紋檢出角接近0°，缺陷自身具有一定的高度，有利于射線的檢出，在焊道圖像的中間呈現(xiàn)一條細(xì)線。缺陷成因內(nèi)焊機(jī)焊接與熱焊層之間焊接能量不足而無(wú)法將鈍邊全部熔化，進(jìn)而產(chǎn)生中間未焊透缺陷。體積型缺陷全自動(dòng)焊接中氣孔是較常見(jiàn)的體積型缺陷（氣孔、密集氣孔），主要是氣體純度不夠、防風(fēng)措施不到位、保護(hù)氣體壓力不足等導(dǎo)致。體積型缺陷AUT檢測(cè)圖譜如圖11所示，射線檢測(cè)結(jié)果如圖12所示。圖11密集體積型缺陷的AUT檢測(cè)顯示圖12密集氣孔的射線檢測(cè)結(jié)果（發(fā)現(xiàn)缺陷）缺陷判定

體積型缺陷在AUT圖譜中表現(xiàn)為A掃描帶狀圖通道（一發(fā)一收）波幅較低，帶狀圖上游和下游通道均有顯示，但十分不規(guī)則；B掃描通道（自發(fā)自收）中，由于檢測(cè)靈敏度提高6~14dB，所以更容易發(fā)現(xiàn)缺陷，在B掃描多個(gè)通道和上下游均可發(fā)現(xiàn)缺陷顯示，A掃描信號(hào)較雜亂，存在草狀雜波，與熔銅裂紋顯示較接近。TOFD通道在盲區(qū)外顯示為密集缺陷，判定時(shí)，因射線檢測(cè)對(duì)體積型缺陷有較高的檢出率，可結(jié)合射線檢測(cè)進(jìn)行判定。缺陷成因焊接時(shí)，熔池中的氣體未能及時(shí)溢出，在焊縫凝固后形成氣孔。裂紋全自動(dòng)焊接中常見(jiàn)的裂紋為熔銅裂紋，一般是銅元素滲入熔池產(chǎn)生，是危害性缺陷。裂紋AUT檢測(cè)如圖13所示，射線檢測(cè)結(jié)果如圖14所示。圖13熔銅裂紋的AUT檢測(cè)顯示圖14熔銅裂紋的射線檢測(cè)結(jié)果（發(fā)現(xiàn)缺陷）缺陷判定熔銅裂紋在AUT檢測(cè)圖譜中具有較明顯的特征，由于銅元素沿晶界滲入，故其本身比較細(xì)微，不具備足夠的反射回波信號(hào)，表現(xiàn)為A掃描帶狀圖通道中波幅較低，連續(xù)多個(gè)通道對(duì)缺陷有顯示，上游通道和下游通道均可發(fā)現(xiàn)缺陷顯示。B掃描通道由于提高了掃描靈敏度，能夠發(fā)現(xiàn)缺陷的存在，通常在連續(xù)多個(gè)通道中有顯示，上下游通道中均能發(fā)現(xiàn)顯示，缺陷呈草狀雜波。TOFD通道中有明顯缺陷顯示，當(dāng)缺陷位于近表面或延伸到表面時(shí)，表現(xiàn)為直通波斷開(kāi)，熔銅裂紋在AUT中的特征顯示與密集氣孔的顯示相近，所以對(duì)熔銅裂紋判定時(shí)，需要結(jié)合射線檢測(cè)的結(jié)果。熔銅裂紋在射線檢測(cè)中不是都能顯示出，當(dāng)AUT檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有熔銅裂紋特征時(shí)，采用射線檢測(cè)對(duì)相同部位進(jìn)行檢測(cè)，如能排除密集氣孔顯示，則基本可以判