馬巍，郝欣，李碧燁，胡琳，張欣艷

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)理學(xué)院，大慶163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾學(xué)大學(xué)工程學(xué)院）

超聲波檢測(cè)對(duì)管道焊接缺陷類別的判斷與分析

馬巍1，郝欣2，李碧燁1，胡琳1，張欣艷1

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)理學(xué)院，大慶163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾學(xué)大學(xué)工程學(xué)院）

長(zhǎng)輸管道焊縫的焊接缺陷是影響管道安全性的主要因素之一，其危害的大小不僅與缺陷的大小和位置有關(guān)，還取決于缺陷的類別。因此，在管道焊縫缺陷檢測(cè)中對(duì)缺陷類別進(jìn)行判定，是提升檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率的有效途徑。利用超聲波技術(shù)對(duì)試樣管道焊接部位缺陷掃查，根據(jù)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)反射回波圖對(duì)比出各類焊接缺陷基本特征圖，對(duì)于管道監(jiān)測(cè)、有效維護(hù)和維修具有重要的意義。

長(zhǎng)輸管道；焊接缺陷；類別判斷

能源全球化使得長(zhǎng)輸管道輸運(yùn)距離越來(lái)越長(zhǎng)，管道鋪設(shè)施工環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)管道焊接質(zhì)量要求也越來(lái)越高，但由于各種主客觀因素的影響，焊接缺陷始終存在。不同類別的焊接缺陷所表現(xiàn)出來(lái)的破壞效果不同，為避免介質(zhì)輸運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)泄漏、燃燒及爆炸等危害國(guó)家和企業(yè)利益甚至人員生命的現(xiàn)象出現(xiàn)，提升對(duì)管道焊接缺陷的檢測(cè)精準(zhǔn)度變得尤為重要。

目前，國(guó)內(nèi)使用的長(zhǎng)輸管道的無(wú)損檢測(cè)方法主要有四種，分別是超聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)。相較于磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)的淺表性，以及射線檢測(cè)的不靈活和不經(jīng)濟(jì)，超聲波檢測(cè)具有方便靈活，不受條件限制，且相對(duì)較為準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)，因此應(yīng)用最為廣泛［1-4］。但對(duì)于管道缺陷檢測(cè)的研究主要集中在缺陷存在、定位與大小的計(jì)算上，對(duì)于缺陷的類別的判定研究甚少［5-6］。

1 焊接缺陷分類

管道焊接缺陷主要表現(xiàn)有裂紋、未焊透、未熔合、夾渣、氣孔。

裂縫是指焊道在焊接完成后的冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)母材或焊接金屬本身強(qiáng)度所產(chǎn)生的縫隙。主要存在于彎管和連接組隊(duì)焊接中，當(dāng)根焊道溫度降低過(guò)快或焊道擴(kuò)散氫含量過(guò)高也會(huì)出現(xiàn)裂縫。

未焊透是焊道在焊接時(shí)沒(méi)有打開(kāi)或沒(méi)有完全打開(kāi)熔孔而形成鈍邊殘留。錯(cuò)邊超標(biāo)或兩側(cè)鈍邊值不等易產(chǎn)生單側(cè)未焊透，而組對(duì)管道間隙過(guò)小或鈍邊過(guò)厚則易生成根部完全未焊透現(xiàn)象。

未熔合是指焊接電弧未能在母體上燃燒，使得熔化的鐵水堆積在焊道表面而形成，主要有層間未熔合和單側(cè)點(diǎn)狀未熔合兩類，屬于面狀缺陷。

夾渣是指焊接溶渣殘留于焊縫金屬中，主要是在焊接過(guò)程中未及時(shí)清理干凈上層殘?jiān)?，多以點(diǎn)狀、條狀形式存在。

氣孔是由于焊接時(shí)熔池內(nèi)殘留氣體形成孔穴或凝固時(shí)收縮造成孔穴。當(dāng)氣體水含量大而干燥效果不佳或者氣體不純，以及焊接時(shí)保護(hù)氣體未完成保護(hù)功能時(shí)，會(huì)產(chǎn)生密集型氣孔或珍珠鏈?zhǔn)綒饪住?/p>

錯(cuò)邊俗稱搭焊，指對(duì)接焊接時(shí)錯(cuò)位。

由于超聲波對(duì)于缺陷的識(shí)別主要靠缺陷空間形狀，因此可根據(jù)各類缺陷的空間分布狀態(tài)判定缺陷的類別。所以在超聲波檢測(cè)中又將缺陷分為點(diǎn)狀缺陷、線狀缺陷、體積缺陷及平面缺陷。

2 設(shè)備和方法

2.1 設(shè)備選用

JDUT-2型超聲波、示波器、耦合劑、待測(cè)焊接缺陷試塊及鋼管樣品等。

2.2 方法選用：端點(diǎn)反射回波法

超聲波入射到裂紋在其界面產(chǎn)生反射，一部分沿原路反射，稱為端點(diǎn)反射回波。端點(diǎn)反射回波法就是利用入射到裂紋頂端的超聲波所產(chǎn)生的端點(diǎn)反射回波的聲程對(duì)裂紋的高度進(jìn)行測(cè)算。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 測(cè)試零點(diǎn)選擇

實(shí)驗(yàn)中，調(diào)節(jié)發(fā)射頻率及掃描TIME/DIV，使始波脈沖處于最佳狀態(tài)。

3.2 對(duì)樣品掃查及缺陷類型的識(shí)別

采用可變角探頭與直探頭相結(jié)合，上層全面掃查，包括前后掃查、左右掃查、轉(zhuǎn)動(dòng)掃查和環(huán)繞掃查等方式，通過(guò)對(duì)所得到的各項(xiàng)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)超聲信息進(jìn)行綜合評(píng)定，來(lái)別缺陷類型。

3.2.1 點(diǎn)狀缺陷

圖1 回波波形Fig.1Echo waveform

點(diǎn)狀缺陷屬于較小的體積型缺陷，包括氣孔和小夾渣等小型缺陷。由于反射面較小，通常缺陷回波幅度較小，靜態(tài)反射包絡(luò)線如圖1所示，當(dāng)可變角探頭進(jìn)行前后、左右移動(dòng)掃查時(shí)，反射回波動(dòng)態(tài)波形變化不大，進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)掃查時(shí)情況相同。當(dāng)直探頭以垂直缺陷點(diǎn)為中心做環(huán)繞掃查時(shí)，動(dòng)態(tài)回波波形基本相同。

3.2.2 密集點(diǎn)狀缺陷

圖2 密集型缺陷回波波形Fig.2Intensive defect echo waveform

這類缺陷主要是密集型氣孔，對(duì)于密集性缺陷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)單獨(dú)定位、定量。當(dāng)對(duì)缺陷進(jìn)行前后、左右移動(dòng)掃查時(shí)，反射回波的時(shí)基線無(wú)規(guī)則的出現(xiàn)，對(duì)于單個(gè)反射主體回波反射曲線如圖1所示。若對(duì)缺陷進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)掃查或旋轉(zhuǎn)掃查，可發(fā)現(xiàn)缺陷回波具有規(guī)則的變化，每一個(gè)幅值最高點(diǎn)所顯示的曲線均與圖1相似。

3.2.3 線狀缺陷

圖3 光滑缺陷回波波形Fig.3Smooth defect echo waveform

線狀缺陷包括線狀?yuàn)A渣、線狀未熔合或線狀未焊透。反射回波會(huì)有明顯的長(zhǎng)度變化，但斷面尺寸不易測(cè)出。對(duì)于斷續(xù)的線狀缺陷，在長(zhǎng)度上也可能是間斷的。對(duì)這類缺陷進(jìn)行前后移動(dòng)掃查時(shí)，顯示圖1波形的特征；進(jìn)行左右移動(dòng)掃查時(shí)，動(dòng)態(tài)波形顯示如圖3；當(dāng)對(duì)缺陷進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)掃查和旋轉(zhuǎn)掃查時(shí)，在垂直于線狀缺陷的方向上回波有突然消失的現(xiàn)象。

3.2.4 體積狀缺陷

圖4 垂直入射不光滑缺陷回波波形Fig.4Not smooth defect echo waveform at normal incidence

圖5 斜入射不光滑缺陷回波波形Fig.5Not smooth defect echo waveform at oblique incidence

體積缺陷包括不規(guī)則物和球狀大夾渣。缺陷特點(diǎn)是有明顯的缺陷長(zhǎng)度和尺寸，左右移動(dòng)掃查時(shí)，顯示波形圖1或圖4；探頭前后掃查顯示波形圖4或圖5；進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)掃查時(shí)，當(dāng)超聲波主體在垂直缺陷正對(duì)面中心入射時(shí)，動(dòng)態(tài)波形類似波形圖5，可得到最高回波；進(jìn)行環(huán)繞掃查時(shí)，缺陷回波高度會(huì)發(fā)生不規(guī)則的變化。

3.2.5 平面狀缺陷

這種缺陷包括裂紋、面狀未焊透或面狀未熔合。幅高相對(duì)較大。探頭進(jìn)行前后、左右移動(dòng)掃查時(shí)，對(duì)于光滑表面，回波動(dòng)態(tài)波形顯示如圖3，不光滑的表面如圖4和圖5。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)掃查和環(huán)繞掃查時(shí)，在垂直平面兩側(cè)幅高突然消失。

4 結(jié)論

利用超聲波端點(diǎn)反射回波法檢測(cè)焊接缺陷試塊，通過(guò)分析動(dòng)態(tài)檢測(cè)圖樣變化規(guī)律分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)缺陷類別的判定，缺陷大小及所在部位的定量計(jì)算與分析，為管道質(zhì)量檢測(cè)、缺陷分析、提升返修有效率及維護(hù)管道輸運(yùn)的安全性提供了重要的依據(jù)。

［1］袁光華，常楠，周路生，等.不銹鋼管道對(duì)接焊縫焊接熱裂紋超聲波檢測(cè)技術(shù)［J］.無(wú)損檢測(cè)，2013，35（12）：1-4.

［2］遲大釗，剛鐵，趙立彬.線聚焦超聲波法焊接缺陷識(shí)別［J］.焊接學(xué)報(bào)，2015，36（5）：29-32.

［3］王文明，王曉華，張仕民，等.長(zhǎng)輸管道超聲波內(nèi)檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2014，33（1）：5-9.

［4］陳建平，馮柏軍，楊鎖軍，等.長(zhǎng)輸管道焊接施工常見(jiàn)的焊接缺陷及防治要點(diǎn)［J］.焊工之友，2013，42（10）：73-74.

［5］石端虎，朱紅玉，劉憶，等.對(duì)接接頭中焊接缺陷的超聲波檢測(cè)及信號(hào)特征［J］.熱加工工藝，2014，43（13）：189-192.

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Judgment and Analysis of Pipe Welding Defect Class by Ultrasonic Inspection

Ma Wei1，Hao Xin2，Li Biye1，Hu Lin1，Zhang Xinyan1
（1.College of Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319；2.College of Engineering，Heilongjiang Bayi Agricultural University）

Long-distance pipeline welding seam defects was the main factors to affect the pipeline safety.The harm degree was not only related to the defect size and location，but also depended on the category of the defect.Therefore，determining the defect category in the pipeline weld inspection was an effective way to enhance the accuracy of the test results.Comparing the figures of static and dynamic echo after scanning welding parts defect in pipe sample using ultrasonic technology，the various basic feature figures of weld defects were obtained，which was very important for pipeline detection and effective maintenance and repair.

pipeline；weld defects；analyzing category

O426

A

1002-2090（2016）04-0140-03

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.04.031

2015-09-10

黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（201410223028）。

馬?。?994-），女，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)理學(xué)院信息與計(jì)算機(jī)專業(yè)2013級(jí)本科生。

張欣艷，女，副教授，E-mail：75990778@qq.com。