吳 敏 孫小華 鄒 雋 李修能

(三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院,湖北宜昌 443002)

船體不等厚板的對(duì)接焊縫常見(jiàn)于船體重要結(jié)構(gòu)或受力較大的部位與船體普通結(jié)構(gòu)的過(guò)渡區(qū)域的特殊部位.而由于兩側(cè)不等厚結(jié)構(gòu)以及焊接時(shí)受熱不均的原因,不等厚板對(duì)接焊縫應(yīng)力集中較大.焊縫中存在缺陷時(shí),將很可能造成該處結(jié)構(gòu)的失效或斷裂而產(chǎn)生危險(xiǎn).因此,船體建造過(guò)程中,對(duì)不等厚板的對(duì)接焊縫焊接質(zhì)量的檢測(cè)與控制尤為嚴(yán)格[1].由于其結(jié)構(gòu)的特殊性,目前主要采用超聲波檢測(cè)方法檢測(cè)不等厚板對(duì)接焊縫.然而,不等厚板對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)的缺陷信號(hào)判別和缺陷定位與定量方法尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,工程實(shí)踐中可操作性不強(qiáng)[2-3].本文闡述了船體結(jié)構(gòu)不等厚板焊縫檢測(cè)的掃查方式、偽缺陷判別及各類缺陷的評(píng)定方法,以保證其各類缺陷的準(zhǔn)確檢出,保證焊接質(zhì)量.

1 船體不等厚板的對(duì)接接頭型式

船體建造過(guò)程中,不等厚板的焊接一般采用自動(dòng)埋弧焊或二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊單面焊反面出白的焊接工藝[4].船體不等厚板一般采用X形坡口雙面焊接.常見(jiàn)對(duì)接接頭型式可分以下兩種.一種為單面平齊,另一面削斜;另一種為中心對(duì)齊,厚板兩面削斜,如圖1所示.

圖1 船體不等厚板對(duì)接接頭型式

2 檢測(cè)準(zhǔn)備

2.1 表面要求

為獲得較好的聲耦合,檢測(cè)前應(yīng)清除被探焊縫兩側(cè)母材表面上的油垢、銹斑、飛濺氧化皮.為消除各種焊縫表面成形不好引起的偽缺陷回波,便于超聲波缺陷評(píng)判,建議采用砂輪機(jī)或砂紙將焊縫表面打磨光滑平整,露出金屬光澤.

2.2 檢測(cè)探頭

為發(fā)現(xiàn)不同類型,不同角度的缺陷,檢測(cè)時(shí)應(yīng)選用不同角度的探頭.實(shí)踐證明,45°,60°,70°斜探頭的組合檢測(cè)效果最佳.另外,為檢測(cè)斜探頭掃查區(qū)域無(wú)影響超聲波傳入被檢焊縫的大面積分層,還需選用一個(gè)與被檢件母材厚度相適應(yīng)的雙晶直探頭對(duì)焊縫兩側(cè)斜探頭掃查區(qū)域的分層缺陷進(jìn)行檢測(cè).根據(jù)工件厚度選擇雙晶探頭的焦距.

2.3 檢測(cè)儀器的調(diào)節(jié)

為準(zhǔn)確判斷信號(hào)以及缺陷的定位和定量,超聲波檢測(cè)前,應(yīng)利用IIW、V1、V2等標(biāo)準(zhǔn)試塊對(duì)所使用探頭的入射點(diǎn)和角度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,調(diào)節(jié)掃描速度;再由與被檢船體焊縫相同或相近的材質(zhì)制成的對(duì)比試塊上制作儀器的DAC曲線,如圖2所示.DAC曲線的范圍應(yīng)最少為薄板側(cè)壁厚的兩倍.

圖2 DAC曲線的制作

2.4 儀器相關(guān)參數(shù)設(shè)置

受其結(jié)構(gòu)回波影響,不等厚板對(duì)接焊縫檢測(cè)時(shí)恰當(dāng)設(shè)置相關(guān)參數(shù)可提高缺陷檢出率,減少非缺陷回波的識(shí)別時(shí)間,提高檢測(cè)效率.

(1)顯示范圍.適當(dāng)設(shè)置儀器顯示范圍為略大于兩倍掃查面板厚,檢測(cè)時(shí)可將注意力集中在缺陷可能出現(xiàn)的區(qū)域,減少其后結(jié)構(gòu)與遲到波等非缺陷回波的影響.

(2)增益.缺陷掃查時(shí),標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)將增益提高6dB作為掃查靈敏度.實(shí)際掃查時(shí),可按掃查焊縫的實(shí)際情況,適當(dāng)將掃查靈敏度提高,既不漏檢缺陷,又不由于過(guò)多的雜波影響缺陷識(shí)別,降低檢測(cè)效率.

2.5 掃查方式

為保證缺陷的檢出率,便于檢出缺陷的識(shí)別與評(píng)判,不等厚板對(duì)接焊縫的掃查與缺陷評(píng)定主要在薄板側(cè)進(jìn)行雙面單側(cè)掃查,如圖3所示.對(duì)一面對(duì)齊不等厚板對(duì)接型式,可在對(duì)齊厚板面進(jìn)行掃查.

圖3 掃查方式

由于結(jié)構(gòu)原因僅可在薄板側(cè)的單面掃查時(shí),須從焊縫的焊接工藝,制定加嚴(yán)的單面檢測(cè)工藝.必要時(shí),可將焊縫余高削平,用直探頭在焊縫表面掃查.

3 信號(hào)識(shí)別與評(píng)定

3.1 偽缺陷信號(hào)的判別

不等厚板焊縫檢測(cè)中,應(yīng)著重區(qū)分以下偽缺陷信號(hào):(1)焊角反射.焊角反射與焊縫余高有關(guān),余高越大反射越大.檢測(cè)時(shí)用手指沾耦合劑輕輕碰擊焊角處,反射波會(huì)跳動(dòng).(2)耦合劑反射.探頭前沿耦合劑堆積過(guò)多,也會(huì)引起反射信號(hào).探頭不動(dòng),此波時(shí)而升高時(shí)而降低,很不穩(wěn)定;探頭稍一動(dòng),波形變化很大,無(wú)一定規(guī)律.如果用手指放在探頭前面或消除耦合劑后,反射波立即降低或消失.(3)焊縫附近其他結(jié)構(gòu)的回波.焊縫附近的加強(qiáng)筋、板等結(jié)構(gòu),也是不等厚板對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)過(guò)程中常見(jiàn)的偽缺陷信號(hào)之一.

因此,為準(zhǔn)確識(shí)別各類焊接缺陷,防止誤判與漏檢,并準(zhǔn)確識(shí)別各種偽缺陷,在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)選用性能較好的儀器和探頭,檢測(cè)前適當(dāng)設(shè)置儀器的增益參數(shù),以避免受儀器和探頭引起的雜波而誤判.(2)對(duì)深度在上、下表面或近表面附近的回波應(yīng)仔細(xì)辨別.觀察焊縫外觀成形情況及附近結(jié)構(gòu),并通過(guò)定位法判斷該回波信號(hào)是否是由于焊縫外觀缺陷或其他結(jié)構(gòu)引起的偽缺陷信號(hào).結(jié)構(gòu)允許時(shí),可通過(guò)手指敲擊焊縫表面判別各種由于焊縫外觀影響而引起的各種偽缺陷回波信號(hào).(3)為避免結(jié)構(gòu)回波影響,引起誤判,建議缺陷評(píng)定盡量用一次回波法進(jìn)行評(píng)判.

3.2 缺陷信號(hào)的識(shí)別

裂紋、未熔合以及未焊透均為船體結(jié)構(gòu)焊縫檢測(cè)的危害性缺陷.一般該3類危害性缺陷的回波幅度均較高,但也可能由于不等厚板的結(jié)構(gòu)限制,有時(shí)其回波幅度也較低[5].檢測(cè)時(shí),應(yīng)利用多個(gè)探頭對(duì)焊縫進(jìn)行掃查,并對(duì)任何懷疑為此類危害性的缺陷信號(hào),根據(jù)所用焊接方法、缺陷位置、回波幅度與波型以及多個(gè)角度探頭相互驗(yàn)證的方法進(jìn)行判別,以免引起漏檢,見(jiàn)表1.

表1 常見(jiàn)缺陷的識(shí)別與評(píng)定

4 結(jié) 論

船體結(jié)構(gòu)不等厚板對(duì)接焊縫的檢測(cè)難度較大,缺陷的判定與評(píng)定較為困難,檢測(cè)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題.

(1)儀器調(diào)節(jié)時(shí),相關(guān)參數(shù)的適當(dāng)設(shè)置可便于缺陷的評(píng)判,提高檢測(cè)效率.

(2)掃查方法及寬度的選擇對(duì)缺陷的檢出率極其重要.

(3)缺陷的識(shí)別應(yīng)以多種方法相結(jié)合,認(rèn)真分析波形,正確區(qū)分真假信號(hào)回波,以防誤判.

(4)缺陷的評(píng)定時(shí)應(yīng)將危害性缺陷與非危害性缺陷分別評(píng)判,保證焊縫質(zhì)量.

[1]DNV-OS-C401-2004.Fabrication and Testing of Offshore Structure[S].

[2]歐曙光.不等厚板對(duì)接焊縫斜面上超聲波檢測(cè)的缺陷定位[J].無(wú)損探傷,2005(10):42-43.

[3]萬(wàn)青林.不厚過(guò)削接焊等渡薄對(duì)縫的超聲波探傷[J].中國(guó)化工裝備,2006,8(4):31-32.

[4]周紅兵,宗 培,孫從科.船體結(jié)構(gòu)焊縫超聲波探傷智能化方法[J].船海工程,2004(1):14-15.

[5]鄭雄勝,章 海.船體對(duì)接焊縫自動(dòng)快速識(shí)別超聲檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007(4):421-424.