超声波探伤中缺陷波和伪缺陷波的判别

宾 践 经 验 鹄 ≥一 超声波探伤中缺陷波和 伪缺陷波的判别 张文科 (中原油田技术监测中心 压力容器监测站，河南濮阳 457001) Discrimination of the Reflected W aves of Defects and False De fects in Ultrasonic Testing ZHANG Wen-ke (Pressure Container Inspection Station Center，Central Plains Oil Field Technical Monitor，Henan Puyang 457001，China) 中图分类号：TGI 15．28 文献标识码：B 文章编号：1000—6656(2005)01—0047—03 超声波探伤是 目前应用最广泛的无损探伤方法 之一，它具有灵敏度高、穿透能力强、检验速度快、成 本低、设备轻便和对人体无害等一系列优点。超声 波在钢材内部穿透能力很强，因此可检测很厚的钢 板和焊缝 ；对于平面状缺陷，尽管有 的缺陷很深，只 要超声波直射至缺陷面，均能得到很高的缺陷波。 因而超声波对压力容器焊缝探伤未焊透和裂纹等危 险性缺陷检测灵敏度很高，具有实用意义。检测中 作好缺陷和伪缺陷的判别具有重要意义。 l 缺陷的估判 检出缺陷后，应在不同的方向对其进行探测。 (1)平面状缺陷 从不同方向探测，缺陷回波 高度显著不同，在垂直于缺陷方向探测，缺陷回波 高；在平行于缺陷方向探测，缺陷回波低，甚至无缺 陷回波。一般来说裂纹等属于这种缺陷，这类缺陷 回波高度较大、波幅宽、会出现多峰。探头平移时， 反射波连续出现，波幅有变动；探头转动时，波峰有 上下错动现象。 (2)点状缺陷 从不同方向探测，缺陷回波无 明显变化。一般包括气孔(单个气孔和密集气孔)和 点状夹渣。气孔和点状夹渣的缺陷回波高度低，波 形较稳定，从各方向探测，反射波高大致相同，但稍 一 移动探头就消失。但两者也有所不同，其原因主 要是其内含物声阻抗的不同。气孔内含气体，声阻 抗小，反射率更高，波形陡直尖锐；而金属夹渣或非 收稿日期：2004—03—30 金属夹渣的声阻抗大，反射波要低一些，且夹渣面粗 糙，波形宽，呈锯齿形 ；密集气孔为一簇反射波，其波 高随气孔的大小而不同，当探头作定点转动时，会出 现此起彼落的现象。 (3)咬边 这种缺陷反射波一般出现在一次与 二次波的前边。当探头在焊缝两侧探伤时，一般都 能发现，在探头移到出现最高反射信号处固定时，适 当降低仪器灵敏度。用手指沾油轻轻敲打焊缝边缘 咬边处，观察反射信号是否有明显跳动现象，若信号 跳动，则是咬边反射信号。 (4)裂纹 一般裂纹的回波高度较大，波幅宽， 会出现多峰。探头平移时，反射波连续出现，波幅有 变动；探头转动时，波峰有上下错动现象。另外，裂 纹也易出现在焊缝热影响区，而且裂纹多垂直于焊 缝，探测时，应在平行于焊缝方向扫查。如果有裂 纹，超声波能直射至裂纹，便于发现。 (5)未焊透 这种缺陷是由于焊缝金属没有添 到接头根部而形成。分布在焊根部位，两端较钝，有 一 定长度，属于平面状缺陷。当探头平移时，未焊透 反射波波形稳定；从焊缝两侧探伤，均能得到大致相 同的反射波幅。 (6)未熔合 熔焊时，焊道与母材之间或焊道 与焊道之间未完全熔化结合的部分就叫未熔合。当 超声波垂直入射到其面时，回波高度大。但如果 探伤方法和折射角选择不当，就有可能漏检。未熔 合反射波的特征是：探头平移时，波形较稳定；两侧 探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。 2瞒 年第2"7鲁第1捆 47 维普资讯 http://www.cqvip.com 张文科：超声波探伤中缺陷波和伪缺陷波的判别 2 伪缺陷波的判别 焊缝超声波探伤中，荧光屏上除了出现缺陷回 波以外，还会出现伪缺陷波，它并非由焊缝中缺陷造 成且类型较多。 2．1 仪器杂波 在不接探头的情况下，由于仪器性能不良，探头 灵敏度调节过高时，荧光屏上出现单峰或者多峰的 波形。接上探头工作时，此波形在荧光屏上位置固 定不变，降低灵敏度后，此波消失。 2．2 焊缝表面沟槽引起的反射波 当超声波扫查到多道焊缝表面形成的一道道沟 槽时，会引起沟槽反射。这种波一般出现在一，二次 波处或稍偏后位置，波形特点为不强烈，迟钝。 2．3 焊缝上下错边引起的反射波 板材在加工坡口时，上下刨得不对称或焊接时 焊偏会造成上下层焊缝错位。由于焊缝上下焊偏， 在一侧探伤时，焊角反射波很像焊缝内缺陷，当移到 另一侧探伤时，一次波前没有反射波。 2．4 探头下扩散声束在焊缝表面的反射回波 对接焊缝超声波探伤时，探头下扩散声束在焊 缝表面的反射回波很容易被误判为缺陷。通过采用 不同角度探头进行探伤试验，弄清了这种假缺陷回 波产生的原因及特点。 3 试验验证 3．1 伪缺陷 在厚板环缝超声波探伤(B级)时，常发现距背 面3～8mm深度范围内的熔合线附近有不同长度 连续的超标反射回波，有时甚至在焊缝全长都有此 反射波。以某60mm厚管节为例，其焊缝结构如图 1所示。使用折射角口一60。的探头和数字式增益型 探伤仪探伤，其回波指示位置见表 1，波幅均处在 DAc曲线Ⅱ区，也有个别点达到Ⅲ区。 对于这种反射波，按照常规的判断很容易被评 定为未熔合或母材中的缺陷，当拍打背面焊缝区时 波幅变化不明显。然而砂轮打磨背面焊缝时可见波 图1 焊缝结构 48 2oo5tg筹27鬈第1期 表 1 探伤仪回波指示位置 mm 幅逐渐降低直至消失。这说明该反射波是来自于背 缝的焊缝表面。这种现象极易导致误判，造成不必 要的返修。为此，作者进行了一些试验，这种反 射波产生的原因。 3．2 试验验证 试验 1 选取图 1所示并经探伤确认钢板中无 缺陷。在钢板背面模仿实际焊缝余高进行堆焊。采 用不同角度探头进行探伤，发现了类似的回波，其回 波指示位置见表 2。从表 2可见，用前三种折射角 的探头，仪器指示深度均％60mm。按常规，应判为 钢板中有缺陷，但实际钢板堆焊前经探伤并无缺陷。 表 2 试验 1回波指示位置 115．1 111．1 83．2 51．25 56．60 55．21 + 14．0 + 13．2 +8．0 有回波的地方深度指示≥60ram，回波幅度多在 I区(也 45～ 有高者) 试验 2 由于试验 1的焊缝表面形状有随机 性，所以又制作了形状准确的对比试块(图 2)。左 下 40。斜面为刨床加工。测试结果见表 3。从表 3 中可以看出，用前三种探头探测对比试块同样存在 伪缺陷波，即仪器指示深度均％60mm，而且反射回 图 2 对比试块示意图 表 3 试验 2回波指示位置 维普资讯 http://www.cqvip.com 张文科：超声波探伤中缺陷波和伪缺陷波的判别 波幅度更高。 由此可见，用 66。，63。及 55．5。探头探伤时，试验 1，2中的下部焊缝表面和 40。斜面均不利于轴线声 束反射，故看不到轴线声束的反射波，看到的是扩散 声束的回波(见图 1探头声束)。所以虽然反射面深 度~60mm，而仪器指示深度却反而~60mm。但当 使用 45。探头时，由于试验 2的 40。斜面与轴线声束 接近垂直，所以有较强的轴线声束反射波(DAC一 8dB)，指示深度也~60mm；而试验 1的焊缝表面反 射条件不如 40。斜面，但仍能得到轴线声束的反射 回波，只是相对 45。斜面其回波能量较低(多在 DAC 曲线 工区)，仪器指示深度也是~60mm。 试验3 试验 1和 2都是用一次波对厚板进行 探伤的试验。为了考察中厚板是否存在此伪缺陷回 波，又选择了厚度为 34mm的管节环缝(图 3)进行 了试验。经测试，这种产生于焊缝趾部(A点附近) 的假缺陷回波，在 K2探头置于 B点和 C点时用 一 ，二次波扫查都能发现，这时二次波扫查时的指示 位置为：声程指示 131．9mm；水平指示 118．0mm； 深度指示 59．09mm；在 DAC曲线的 Ⅱ区。焊缝趾 部附近经打磨后，该回波消失。 图 3 试验 3探伤不意图 从试验可见回波有如下特点① 探伤仪的回波 声程指示是人射点到焊缝表面反射点的距离。② 探伤仪的回波指示位置在工件内部焊缝熔合线附近 (45。探头除外)。③ 探头折射角越大，回波深度指 示越小。④ 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 打磨余高后回波幅度变小直到消失。 3．3 分析 上述试验证实了假回波的反射面在焊缝表面， 但为什么深度指示会远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 内某部分声束反射时，其所得回波再用轴线声束计 算，显然会出现错误。在此可以借助于 RB2对比试 块进一步说明(图4)。M0声线与~3mm孔交于B， 而 LO声线与~3mm孔交于 A；MB的水平声程MF 为 116．8mm，而 LA 的水平声程 LE为 98．83mm。 用三种探头分别找到试块中 60mm 深横通孔 的最 高反射波，然后向前移动和向后移动探头，到波幅降 101．1 一 ． 98．83 ：I￡ M C 一 ， r 、 L mm 图 4 RB2对比试块 表 4 轴线声束和扩散声束反射回波的指示位置 到一半时(DAC+6dB)记下声程指示，此时的仪器 指示见表 4。 现以63。探头前移为例进行分析，当入射点在 M 时，探头的轴线声束 (63。)与 ~3mm孔反射面垂 直，回波最 高，此 时声 程为 图 4中的 BM 一 131．1mm，深度 BF一59．56mm，水平距离 FM 一 116．8mm。探头前移至L时(波幅下降一半)，轴线 声束移为 CL，此时 CL在 ~3mm孔上已无反射面， 所以此时的回波不是轴线声束的反射，而是下扩散 角内与~3mm孔反射面垂直的某声束 AL的反射 波。此 时仪 器 的指 示声 程 是 AL 的 真 实声 程 113．5mm，但 AL的折射角 一arccos60。／(113．5+ 1．5)一58．55。，实际深度 AE=cos58．55。×113．5— 59．22mm，实际水平距离 EL=-sin58．55。×113．5— 96．83mm 。 上述计算结果显然与仪器的指示深度和水平距 离不同。仪器指示的数据是按无反射条件的轴线声 束计算的，所以是错误的。其指示深度比A点的实 际深度提高了 7．7mm，水平距离前移了 4．3mm。 换言之，即把 A点反射波误指示为无反射的(、点。 同样道理，在实际焊缝探伤时，若焊缝表面某点 不利于轴线声束反射而只与下扩散角范围内某部分 2瞒 年第27lit筹1捆 49 + + + + } } 船 ％ 娼 卯 孔 ∞ 地 3 8 强 呲 诋 弧 。； & L 文 乙 t 处 处 处 一耥 一 一耥 回 回 回 ∞ 昭 ％ 维普资讯 http://www.cqvip.com 信 息与 动 趸 一 无损检测高等教育发展论坛首届年会暨中英无损检测技术 交流研讨会将在上海举行 第 11届无损检测教育培训科普工作委员会工 作会议于 2004年 12月 1O～13日在昆明召开。会 上由无损检测信息中心、华东理工大学、南昌航空工 业学院、清华大学、北京航空航天大学、大连理工大 学、武汉大学、重庆大学、中北大学和沈阳工业大学 等单位代表发起建立了无损检测高等教育发展论 坛。其目的是促进我国无损检测高等教育的发展及 其国际交流，建立无损检测高等教育信息交流平台； 同时为无损检测高等教育与无损检测人员、国内外 知名学者、应用企业、设备器材制造与供应商提供互 动对话平台，以增进和深化各界的联系，推动和建立 密切的伙伴关系，在应对经济发展的需要和激烈的 市场竞争中增强实力，促进我国无损检测技术的 发展。 会议决定于 2005年 4月 6～8日在上海举办首 届年会。届时将邀请国内知名专家进行专题报告， 邀请无损检测专业毕业生进行创业报告，同时将安 排在读无损检测研究生进行论文交流。会议期间将 同时举办中英无损检测技术交流研讨会，五所英国 高等学校从事无损检测技术研究的六位教授届时将 访问中国，并在会议期间作专题报告和研讨。会议 还将安排国内外仪器生产厂商作新产品介绍和 展示 。 有关无损检测高等教育发展论坛和中英无损检 测技术交流研讨会的详纽隋况及参加会议的手续等 问题请浏览学会信息网(www．chsndt．corn)。 (全国无损检测学会教育培训科普工作委员会) 核工业无损检测人员资格鉴定考试大纲通过专家评审 核工业无损检测人员资格鉴定考试大纲专家评 审会于 2004年 11月 17～19日在江苏周庄召开。 来自核行业管理和监管部门、核设备设计、制造、核 燃料生产、核设备安装、核电厂、海军、九院等相关部 门的16位专家参加了会议。专家们一致认为，核工 业无损检测人员资格鉴定考试大纲的编制对满足核 工业建设和持续发展是十分必要、及时并具有积极 的意义。考试大纲的实施将对核工业无损检测人员 的考核和培训工作具有指导作用；对规范核工业无 损检测人员资格鉴定考试和提高核工业无损检测人 员的水平具有重要作用。该国内首次编写的考试大 纲体现了核工业的特点，总结了多年的实践经验，参 考了国内外无损检测人员资格鉴定的有关和文 件，符合相关法规的要求。考试大纲条理清晰、结构 完整、要求适宜、内容全面、可操作性强。核工业无 损检测人员培训鉴定考核将按该考试大纲执行。 (核工业无损检测中心 王跃辉) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 声束相垂直时，则得到较高回波，其声程也会错误地 被指示为轴线声束反射的声程。 实际上无论探头角度多大，这种扩散声束在焊 缝表面引起的伪缺陷回波现象都可能存在，主要取 决于有效反射面的大小、方向、形状和粗糙度等。为 了与变型波区别，更应该称其为变角回波。 4 试验结论 (1)焊缝中的上述回波并非缺陷回波，是探头 50 2oo5年第 卷第1捆 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 下扩散角内的某一声束在焊缝表面的反射波(变角 回波)。 (2)无论斜探头角度多大，焊缝探伤的变角回 波都有可能存在。但是否出现及其反射能量主要取 决于有效反射面的大小、方向、形状和粗糙度等。 (3)工件厚度和探头角度越大，变角回波的现 象越明显。较薄工件用直射波探伤时可能不明显， 但用二次以上的波(含二次波)探伤时也很明显。 (下转第 54页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 16届世界无损检测大会论文题录(I) j《 航空工业中的x射线检测——现状、挑战和新的工艺 GA Mohr，T Pock(美国，德 国) 阵列传感器 柔性相控阵列传感器用于复杂几何形状部件的接触检测 O Casula，C Poidevin，G Cattiaux等(法国) 产生可变方向声束的偏轴环形传感器阵列 H Masuyama，K Mizutani，K Nagai等(日本) 应用相控阵列超声对航空材料进行缺陷检测和分类 V Kramb(美国) 掩埋目标的电感和电容阵列成像 D Schlicker，A Washabaugh，I Shay(美国) 将周期性压电复合材料阵列中的机械交扰降至最低 D Robertson，G Hayward，A Gachagan等(英国) 相控阵列检测技术的新特征：模拟和实验 S Mahaut，S Chatillon，E Kerbrat等(法国) 相控阵列技术应用于喷嘴检测 A Garcia，C P4rez，F Fernandez等(西班牙) 超声无损检测成像的最佳线性接受波束形成器 F IAngval，T Olofsson，E Wennerstr?m等(瑞典) 固体中相控阵列超声脉冲的光弹性可视化 E Ginzel，D Stewart(加拿大) 应用超声阵列的快速、低成本、全波形的映射和分析 D Lines，J Skramstad，R Smith(英国，美国) 用于超声换能器的压电复合材料的最新进展 WL Dunlap Jr(美国) 复杂几何形状自动放行检测的超声相控阵的信号分析 S I．abbe，P Langlois，F Tremblay等(加拿大) 混频相控阵列研究 Y Xiang，C Peng，XL Peng等(中国) 应用相控阵列超声探头检测锻造不锈钢管道的贯穿焊缝 MT Anderson，SE Cumblidge，SR Doctor(美国) 混凝土的超声相控阵列和合成孔径成像 Langenherg，K Mayer，R Mark|ein等(德国) 航空发动机部件检测中相控阵列超声的应用：从传统传感器 的转变 V Kramb(美国) 应用相控阵列技术进行大直径管道的壁厚测量 H Lompe，O Dillies，S Nitsche等(德国，法国) 基于小孔径换能器的相控天线阵列的焊缝超声断层成像 AM Lutkevich，AA Samokrutov(俄罗斯) 汽 车 制造环境中的无损检测系统 XR Cao(美国) 第三代自动化缺陷识别系统 F Hero|d，K Bavendiek，R Grigat(德 国) 汽车车身粘接质量超声信号的自适应滤波技术 FM Severin，R Gr Maev(加拿大) 应用超声检测、场致发射显微镜和残余应力测量进行点焊质 量分析 D Stocco，R MagnaboSCO，RM Barros(巴西 ) 应用高分辨率声成像评价胶接质量 E Yu Maeva，IA Severina，FM Severin等(加拿大) 使用反射声波实时确定电阻点焊质量一一与穿透传播模式 的比较 AM Chertov，RG Maev(加拿大) 开发监控汽车发动机润滑油的线圈式机油探测系统 WT Kim，MY Choi，HW Park(韩国) 汽车制造中摩擦焊和胶粘固化的红外监控 GB Chapman(加拿大) 汽车工业中的多种无损检测方法 P Buschke，W Roye，T Dahmen(德国) 推动汽车工业应用无损检测技术的需求 GB Chapman(德国) 汽车工业中无损检测的活动、需要和趋势 G Mozurkewich(美国) 汽车工业中底盘单元铝铸件的x射线检测实验报告 M Jelinek，T Fahrzeugguss(德国) 汽车后方障碍物超声探测方法的研究 XB Zang，YR Mao，Hw Zhao等(中国) 汽车工业深拉工序中管道裂纹的声发射检测 BBisiaux，TWartel，A Proust等(法国) (未完待续) 张 坚译 耿荣生校 (上接 第 5O页) (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，需要认真地观 察焊缝外形、更换探头角度、双面双侧检测、精确定 位分析，必要时打磨焊缝等，以免造成误判。 (5)当探头折射角较大，灵敏度较高时，有一部 分能量转换成表面波。当表面波传播到耦合剂堆积 处，也能形成反射信号。这时只要不动探头，随着耦 合剂扩散，波幅逐渐降低，如果擦去探头前耦合剂， 54 ∞屿年第27卷第1撼 信号立刻消失。 (6)超声波探伤中探头经常与工件表面摩擦， 时间长了探头容易造成前磨和后磨。当出现前磨 时，折射角变小，K值变小；当出现后磨时，折射角 变大，K值变大；如果不及时校验仪器，对缺陷的定 位、定量评定容易发生错误。温度对探头影响很大， 一 般探头的K值是在室温下测定，在温差大的天气 探伤时，应注意及时测定探头 K值，以免误测；高温 探伤时，必须使用高温探头。 维普资讯 http://www.cqvip.com