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(1.河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗研究院唐山分院,唐山 063000；2.江蘇德創(chuàng)制管有限公司，泰州 225700)

在部分工程結(jié)構(gòu)的施工中，如管道的環(huán)焊縫對接、鋼結(jié)構(gòu)鋼管工程最終拼接焊縫的對接和鋼結(jié)構(gòu)工程的T形和角接焊縫的對接等，如果采用全位置無襯墊單面焊接則容易出現(xiàn)焊接缺陷。由于坡口背面無襯墊，熔池金屬就無外部支撐，且現(xiàn)場安裝的焊縫焊接屬于全位置焊，焊接過程中熔池金屬的受力狀態(tài)不斷變化，根部焊縫成型的控制難度非常大，因此焊縫根部特別是立焊位置容易出現(xiàn)縮孔和其他缺陷[1]。如果采用鋼襯墊的單面對接焊工藝，焊接質(zhì)量就容易保證。 對鋼襯墊焊縫進(jìn)行超聲檢測時，墊板反射回波也會顯示在熒光屏上，在聲波入射到探頭對側(cè)的焊角時，會在熒光屏上顯示出焊角和襯墊兩個回波，單面襯墊焊超聲檢測原理及回波示意如圖1所示。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定焊縫不允許存在裂紋、未焊透和未熔合等缺陷，如何正確判斷鋼襯墊焊縫的真假缺陷回波就尤為重要，許多超聲檢測人員認(rèn)為鋼襯墊會影響焊縫的超聲檢測回波信號[2]。

1 T形或角接接頭焊縫

1.1 90°角的T形或角接接頭焊縫

帶鋼襯墊的90°T形或角接接頭結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，圖中鋼襯墊端部將起到反射體R的作用，R反射回波的定位將等于一個相當(dāng)于來自D點的焊接缺陷的聲程距離。

圖2 帶鋼襯墊的90°T形或角接接頭結(jié)構(gòu)示意

對于存在以上的反射回波，可通過如下方法綜合解決：

(1) 在C點用直探頭來檢測，確定是否存在缺欠D的反射回波(如果C點位置可以進(jìn)行檢測)。

(2) 確定在焊接接頭長度上該回波顯示是否是連續(xù)不斷的，一般來自墊板的反射回波很高，當(dāng)探頭沿著焊縫方向移動時，此類波形就一直伴隨，相對而言大多數(shù)焊接缺陷并不均勻連續(xù)。

(3) 采用多次波反射法從B點對焊縫進(jìn)行檢測，來確定D是否存在。這時可能要對F點打磨平整，以保證超聲束能覆蓋到D點。

(4) 增加探頭角度(即更換大角度探頭)以保證聲束能更好地覆蓋到D點。

(5) 清除掉一小塊襯墊，使聲波不能達(dá)到R位置，從而確定D是否是缺陷或證實回波是否來源于R處。

(6) 選擇一處最大的反射回波位置進(jìn)行打磨或刨槽后，通過表面檢測(磁粉或滲透檢測)來確定D是否存在。

圖3 帶鋼襯墊的夾角角度小于90°的T形或角接接頭結(jié)構(gòu)示意

1.2 夾角小于或大于90°的斜T形或角接接頭焊縫

因為接頭夾角角度的改變，來自接頭的反射回波就變得較復(fù)雜。帶鋼襯墊的夾角角度小于90°的T形或角接接頭結(jié)構(gòu)示意如圖3所示，R的反射回波也可以視為焊道下裂紋C的回波。帶鋼襯墊的夾角角度大于90°的T形或角接接頭結(jié)構(gòu)示意如圖4所示，當(dāng)夾角角度大于90°時，R就和缺陷D的回波聲程距離相等。這些條件的分辨與90°T 形或角接接頭的相同。

圖4 帶鋼襯墊的夾角角度大于90°的T形或角接接頭結(jié)構(gòu)示意

2 對接接頭焊縫

2.1 襯墊和接頭間脫開的情況

通常的假回波指示R是由連接接頭的錯邊(如鋼管橢圓度大、焊接變形等導(dǎo)致裝配質(zhì)量問題)或兩個不同厚度板材連接，鋼襯墊和板材間貼合面分離而產(chǎn)生的。襯墊和接頭分離的對接接頭結(jié)構(gòu)示意如圖5所示，根據(jù)聲程距離和波束傳播路徑，在圖5中，當(dāng)從A點檢測時，回波顯示看起來就像裂紋或未熔合等根部缺陷[3]。

圖5 襯墊和接頭分離的對接接頭結(jié)構(gòu)示意

對于存在以上反射回波，可通過如下方法綜合判斷解決：

(1) 準(zhǔn)確標(biāo)記好反射回波的指示部位(如圖5中的L位置)。

(2) 從單面對側(cè)A1位置重復(fù)超聲檢測。

(3) 如果從A1點檢測，同樣可以得到L位置的回波反射指示，則證實在根部存在缺陷。

(4) 如果從A1點檢測不到L位置的反射回波，則可能是R產(chǎn)生的假缺陷反射回波顯示。

2.2 表面形狀和襯墊具有類似聲程的情況

另一個引起混淆的假反射回波的原因是焊縫表面成形與鋼襯墊導(dǎo)致的反射有相同的聲程距離。寬的對接接頭根部間隙結(jié)構(gòu)示意如圖6所示，圖6中焊接接頭底部足夠大，聲波傳播到鋼襯墊，并從R邊角處反射，得到一個大的反射回波顯示。較小的對接接頭根部間隙結(jié)構(gòu)示意如圖7所示，在圖7中，焊縫底部窄一些，且聲波進(jìn)入處離焊縫稍遠(yuǎn)了一些，從而焊縫余高位置W處產(chǎn)生了聲波反射和出現(xiàn)大的反射回波顯示。

圖6和圖7中的聲程距離相同，究竟是表面缺陷的反射，還是焊縫余高的反射，或者是襯墊邊緣的反射，就需要仔細(xì)地分析和判斷。

圖6 寬的對接接頭根部間隙結(jié)構(gòu)示意

圖7 較小的對接接頭根部間隙結(jié)構(gòu)示意

對于存在以上反射回波，可通過如下方法綜合判斷：

(1) 從單面對側(cè)A1點對圖6的焊縫進(jìn)行檢測，以確定W區(qū)域是否存在缺陷反射回波。

(2) 對W區(qū)域的任何回波顯示可以進(jìn)行打磨檢查，來確定缺陷的存在。

(3) 如果在單面對側(cè)的A1位置沒有反射回波指示，則再從A點進(jìn)行檢測，確定從W來的反射回波是否是焊縫余高引起的。首先移動探頭直到得到最大的反射回波高度，然后用手指蘸耦合劑觸摸W處，如果W是焊縫余高反射，那么隨著手指的觸動，反射回波會出現(xiàn)跳動。

(4) 如果W不是反射體，按照如下方法來驗證鋼襯墊是否是反射源，將探頭放在A1或A處以得到最大的反射回波高度，測量從探頭入射點到反射體的投射表面的距離，探頭對側(cè)的焊縫位置標(biāo)記為L，測量從L到W的尺寸，這一尺寸應(yīng)為鋼襯墊的寬度(如果超聲設(shè)備經(jīng)過精確校準(zhǔn)的話)。因此，超聲檢測人員在檢測前應(yīng)詳細(xì)了解所用鋼襯墊的尺寸和基本的根部間隙尺寸情況，可以排除一些關(guān)于反射源的問題(這也是超聲檢測人員需要熟悉焊接結(jié)構(gòu)的主要原因)。

(5)在圖7中，按中心線G將焊縫分為兩部分，從探頭所在的焊縫相同側(cè)對反射體進(jìn)行判斷，使假反射回波信號降低到最小。

3 密封焊鋼襯墊

合同雙方可以要求對所有鋼襯墊進(jìn)行密封焊接[4]，密封的焊縫使超聲波不能通過坡口焊縫的整個橫截面。超聲檢測人員應(yīng)在制作之前確定鋼襯墊的最實用寬度以及適于檢測的最佳橫波探頭角度。密封焊的鋼襯墊對接接頭結(jié)構(gòu)示意如圖8所示，在圖8中，鋼襯墊端部是關(guān)鍵部位，因為其影響了聲波反射到接頭焊縫的上部。通常，在鋼襯墊端部，聲波從B至B1部位進(jìn)入鋼襯墊，信號可能被探頭接收，或者如A1部位那樣探頭完全接收不到返回信號回波。

圖8 密封焊的鋼襯墊對接接頭結(jié)構(gòu)示意

密封焊的鋼襯墊T形和角接接頭結(jié)構(gòu)示意如圖9所示，在圖9中，存在相同的狀態(tài)，即聲波在B處進(jìn)入鋼襯墊，并且通過襯墊板繼續(xù)傳播進(jìn)入腹板中。如在屏幕上看到這一反射回波，則很可能是假回波顯示。

圖9 密封焊的鋼襯墊T形和角接接頭結(jié)構(gòu)示意

針對這一反射回波，解決措施為：增加密封焊接鋼襯墊的寬度，或者更換較小角度的探頭進(jìn)行檢測。

4 結(jié)語

(1) 對鋼襯墊的焊縫進(jìn)行超聲檢測時，要精確地校準(zhǔn)距離軸線(時基掃描線)，從結(jié)構(gòu)中獲得信號的精確信息參數(shù)，以利于準(zhǔn)確地判定。尋找回波源的最佳反射角，使其產(chǎn)生最高回波，從而計算其水平和深度位置，精確地確定回波源的坐標(biāo)。通過仔細(xì)辨別反射回波的來源，分析回波的傳播路徑和反射特性，可以正確判斷真假缺陷回波。

(2) 超聲檢測人員檢測前應(yīng)該熟悉焊接結(jié)構(gòu)和焊接工藝，通過準(zhǔn)確地反射回波定位才能進(jìn)行正確判斷。