一种典型非缺陷回波的分析与方案论证

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【摘 要】焊缝根部区域结构复杂， 反射回波杂乱， 是未焊透和裂纹的产生处， 是超声波检测的重点和难点。本文结合现场实践对焊缝超声波检验时根部经常出现一种典型非缺陷回波进行分析论证，进而避免了超声波检验的误判。

【关键词】焊缝；超声波检验；根部回波；措施

0 前言

日前笔者在对一批规格为Φ1067×25（mm）的卷管环焊缝进行超声波检验时，发现几乎所有的焊缝根部处有深度为23mm左右的反射回波，有时甚至全长焊缝都能发现此类回波。按照标准API RP 2X（2004）对回波高度的分类，类似地反射回波高度都在DAC 50%以上。换用其他角度的探头检测，其结果依旧。

1 问题提出

通过1：1做图，发现反射点的位置的确在焊缝内部的熔合线附近，按常规的思维判断此反射回波是坡口未熔合缺陷回波，在焊缝另一侧探伤没有发现此位置回波。但是在返修时焊工在管内对焊缝背面打磨时发现此回波波幅逐渐降低直至消失。

那么，这种波是否为缺陷波？为什么按照仪器指示定位在焊缝内部的回波信号在打磨焊缝表面时幅度会降低甚至消失？这类回波的特点？

2 问题假设

既然反射回波来自焊缝背面且仪器显示深度小于板厚，很有可能就是超声波声束的下扩散角内的某一声束入射到焊缝背面反射回来的反射波。因此我们假设此回波为超声波声束的下扩散角内的某一声束入射到焊缝背面反射回来的反射波，并对这一回波进行验证。

2.1 分析原理图

此反射回波假设是探头的下扩散声束在焊缝表面的反射回波。针对我们目前的现象进行方案论证。其分析原理如图1所示：

图1 焊缝结构及声束扩散

2.2 假设方案实施

2.2.1 方案一

选取上图所示并经过探伤确认钢板中无缺陷。在钢板背面模拟实际焊缝余高进行堆焊（如图2）。采用不同角度的探头进行探伤，发现类似的回波，打磨焊缝表面回波消失。其回波指示位置如下表2。

图2 超声波斜探头对钢板上的堆焊部分检测

从表1可以看出，采用常用的三种探头，前两种探头仪器指示深度均

2.2.2 方案二

由于方案1中的焊缝表面有随机性，所以又制作一块形状准确的对比试块。如下图3所示，加工一角度为40°斜面。测试实验结果如下表2。

图3 超声波斜探头对模拟的机加工试件检测

表1 方案一实验参数统计表

表2 方案二实验参数统计表

表2可以看出，用前两种探头探测对比试块同样存在这种回波，即仪器显示深度均25mm。

由上述方案1和2的结果可见，用70°和60°探头探伤时，方案1和2中的下部焊缝表面和40°斜面均不利于轴线声压反射，仪器显示最高波是扩散声束的回波（见图1探头声束）。所以虽然反射面深度>25mm，而仪器指示深度却小于25mm。但当用45°探头时，由于方案2的40°斜面与轴线声束接近垂直，所以有较强的轴线声压反射波，指示深度也大于25mm。

2.2.3 方案三

方案1和2都是用一次波进行探伤的。对板厚为25mm的板探伤经常用到二次波探伤，现在我们就来考察一下用二次波探伤是否也存在此回波呢？如下图4所示，用70°和60°探头二次波探伤时，均能发现此类缺陷回波显示，且深度显示均小于两倍板厚50mm。用45°探头二次波探伤时，也能发现此回波，回波幅度较高，但是其深度指示大于两倍板厚50mm。其测试数据如下表3所示。焊缝表面经打磨后，该回波消失，说明该回波来自焊缝表面，而从另一侧探测，无回波出现。

图4 使用斜探头的二次波在焊缝表面焊趾处检验

表3 方案三实验参数统计表

从以上方案可见回波有如下特点：

（1）探伤仪的回波声程指示是从入射点到焊缝表面反射点的距离。

（2）探伤仪的回波指示位置是在工件内部焊缝熔合线附近或在母材中（45°探头除外）。

（3）探头折射角度越大，回波深度指示越小。

（4）用45°折射角探头，仪器的深度指示位置等于或大于板厚。

（5）回波幅度与反射面的反射条件有关。

（6）打磨焊缝余高后回波幅度减小直到消失。

3 结论

上述方案结果证实了这类回波的反射面在焊缝表面，开头的假设成立。但为什么深度指示会小于板厚而不是大于板厚，其原因是声束是扩散的，若反射面只有利于扩散角内某部分声束反射而不利于主声束反射时，其所得回波再用主声束轴线声束计算，显然会出现错误。上述方案中的回波是下扩散角内某声束的反射回波，用主声束轴线声束计算，所以得到的深度指示比实际深度变小。这就是深度指示会小于板厚而不是大于板厚的主要原因。

3.1 焊缝中的上述回波为非缺陷回波，是探头下扩散角内的某一声束在焊缝表面的反射波。

3.2 无论斜探头角度多大，焊缝表面的这类回波都有可能存在。但是否出现及其反射波幅度高不高主要取决于有效反射面的大小、方向、形状和粗糙度等。

3.3 无论是薄板还是中厚板焊缝也无论是V型坡口还是X型坡口焊缝均可能存在此回波。而且工件厚度和探头角度越大，此类回波的现象越明显。

3.4 凡遇到此类按常规定位方法定位于熔合线附近或母材内的回波，都应慎重对待，需要认真的观察焊缝外形，更换探头角度，双面双侧检测，精确定位分析，必要时打磨焊缝表面等，以免造成误判。

【参考文献】

[1]施克仁.无损检测新技术[M].北京：清华大学出版社，2007.

[2]张俊哲.无损检测技术及其应用[M].北京：科学出版社.