小径管焊缝超声爬波探伤工艺的研究

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摘 要：本文对小径管焊缝超声爬波探伤工艺进行了分析和研究，介绍了探伤工艺的相关试验，并且阐述了探伤工艺的具体流程。

关键词：小径管焊缝；超声爬波；探伤工艺

试块群以及超声波爬波探头等新研制开发的工艺能够将传统的横波工艺取代，其可以全面的检测小径管焊缝，同时能够采用水平定位的技术在距离焊缝30mm的位置实现定量以及定性的评价缺陷，本文讨论了在对壁厚小于9mm小径管焊缝进行检测时爬波探伤的工艺方式、特点以及原理。

1. 小径管焊缝超声爬波探伤工艺的现状分析

目前在小径管焊缝超声横波探伤的使用过程中仍然存在着较多的问题，首先始脉冲占宽会由于探伤仪以及探头的匹配无法在不超过2.5mm的范围内被限制，这样就造成杂波内包含部分管壁厚度，从而使直射波判伤时很难对之进行有效的判别；其次K3探头无法消除的表面波以及随时可能出现的油膜薄波等都会在进行鉴别的缺陷波的周围附着，而且没有可靠的消除方式，所以很容易对判伤造成不利影响。最后由于必须要紧靠焊缝放置探头，然后直射波才能够对根部进行扫查，但是因为焊接导致的不规则的加强面以及焊渣等都会造成操作上的困难或者导致漏检现象的出现。

2. 爬波的超声波基础

爬波还有一个名字就是表面下纵波，属于一种与表面传播相接近的一种纵波，其能够对近表面的缺陷进行有效探测，但是不能够对表面的粗糙感表现出很好的敏感性。探头如果将第一临界角附近作为入射角的探头，其爬波能够在钢中产生，该探头就是所谓的爬波探头。爬坡探头激发出来的声场具有多波型的特征，而且其在产生爬波的过程中还会产生33°上下的头波以及横波。如果保持固定不动的探头，从入射点的附近位置的横波以及爬波就能够不断的朝着四周辐射；其中的头波可以使自由边界的条件得到满足，而沿着表面进行传播的纵波会持续不断的将横波辐射出来。如果保持固定不动的探头，那么头波就会具有不固定的辐射点，其从爬波所在点开始随着传播的过程中的爬波不断的向外辐射，由此，我们可以发现如果将钢界面以及空气作为测量条件，爬波主瓣就会产生 75°左右的折射角。下图1为爬波探头声场示意图，下图2 位爬波指向特性示意图。

图1 爬波探头声场示意

图2 爬波指向特性示意图

因为只有在对距表面深度1mm到9mm 之内缺陷进行探测的时候，爬波才会具有充足的灵敏度，所以这个时候应该对θ角度进行科学合理的调整，从而能够将最大的搜索范围找出来。

3. 相关试验分析

3.1研制超声波爬波探头

需要将壁厚作为根据从而将合适的晶片面积选择出来，并且将管径作为根据针对入射角度和度进行合理的选择，探头的弧度需要完全符合管径的要求。下图3为设计微型并联式爬波探头型的参数。

图3 爬波探头的示意图

通常可以将探头的弧度划分为三中分规格，也就是φ38、φ42以及φ60；而8×2×12以及5×2×8则是晶片的规格；4MHz-5MHz为探头的频率、

3.2试验仪器仪器的选择

选择数字式超声波探伤仪作为试验仪器

试验探头：5MHZ 5×8×2φ60；

5MHZ 5×8×2φ38；

4MHZ 5×8×2φ42

3.3制作模拟缺陷

采用五种规格的小径管焊管制作模拟缺陷，也就是φ38×4、φ42×5、φ42×3.5、φ42×5以及φ60×6。在小径管外加强面以及焊缝根部进行平底孔的加工，同时还有焊缝表面模拟裂纹、焊根模拟裂以及模拟未焊透。

3.4试验分析

①反射波图形以及缺陷位置：首先将一只具有1.5mm深度的φ1mm 平底孔设置在焊缝加强面中心，而焊接时造成的内咬边存在于焊缝根部一侧，其具有0.8mm的最大深度，孔波在波型当中显示存在于中线的位置，探头与咬边具有很近的距离，所以咬边的具置应该在孔波之前，具有大约30%的波高。

②相对于中心线而言，焊瘤的边界一般都会出现偏离的情况，所以焊瘤波要比中心线滞后，随着主波束以及焊瘤面的变化，声压也会出现角度上的变化。从图4当中，我们可以发现，相对于B 侧而言，A 侧发射波要高出14db。

③将一条法线夹角 50°、宽度 0.3mm、长度 11 mm以及深度 2.2mm的裂纹设置在焊缝熔合线。在检测其一侧的时候，在中心线的位置出现裂纹波，在对其另一侧进行检测的时候发现在中心线的位置存在着点状内凹波，在中心线之外存在着裂纹波。检测结果中两波的位置完全符合实际的距离。

4. 探伤工艺的具体介绍

4.1选择探头

在探伤的过程中必须要对加工探头弧面进行充分的考虑，从而使探头移动时吻合的良好程度得到保证。在对一种弧度规格探头进行选择的时候往往需要保持在5mm到10mm管径变化范围内，也就是说在对直径小一挡的管子进行探测的时候可以采用直径大的探头来进行。比如在对Φ51mm 的管子进行探测的时候可以采用 Φ60mm 的探头。

4.2合理的调节时基线扫描速度

①将壁厚作为根据，通过对水平定位的运用，在DL-1型试块放置探头，以被检管子的厚度作为根据针对φ1mm 通孔进行选择，在经过反复的调整之后，最后将水平 1：1 比例确定下来。

②在试管端面与探头保持平齐的情况下，调整反射波，使之具有80%波高，对模拟探伤仪进行使用的时候应该在合适的位置设置该反射波。在对数字仪器进行使用的时候需要对其范围进行调整，并且在相对适当的位置予以落实。

4.3确定检测灵敏度

①在被测试管当中放置探头，使试管端面与探头保持平齐，调整反射波，使之具有80%波高，然后增加10-12dB，这就是检测率灵敏度。

②在DL-1型试块放置探头，以被检管子的厚度作为根据针对φ1mm 通孔进行选择，对仪器衰减器进行相应的调衡，保证直射波高为屏幕满幅的五分之四，然后增加2-4db，这就是所谓的检测灵敏度。

4.4检验

采用周轴的方式使探头进行扫查，同时要以反射波的方向以及位置作为根据，进行相应的分析，同时对是否为缺陷进行判断。如果某部位已经被判断为缺陷，就要将焊接接头的表面标记下来，然后检验被标记的缺陷，同时对其指示长度、最大反射波幅度以及位置进行确定。如果只有一个高点存在于缺陷信号中，在测量的时候应该采用降低6 db 相对灵敏度法。如果有多个高点存在于缺陷信号当中，在测量的时候需要采用端点峰值法。

4.5判伤界限

①允许存在的缺陷：单个缺陷不超过5mm指示长度且小于Φ1回波幅度者。

②不允许存在的缺陷：单个缺陷超过5mm指示长度且小于Φ1回波幅度者。

5. 结语

因为爬波自身具备的特性，所以其在对传统方法很难检测的部件进行检测的时候具有很大的优势，属于一种快速直观的检测方式，可以有效的补充超声波检测的不足。■

参考文献

[1] 蔡红生，王朝华. 奥氏体异种钢小径管焊缝超声爬波检测[J]. 河南电力. 2012（01）

[2] 杨存奎. 超声波检测中缺陷识别及其影响因素[J]. 企业技术开发. 2012（13）

作者简介：

程飞（1980-）男，汉族，湖北随州人，现就职于绍兴市特种设备检测院。