浙江至德鋼業(yè)有限公司為了提高不銹鋼焊接管超聲波探傷的準(zhǔn)確率，對(duì)射線檢測(cè)可能出現(xiàn)漏檢或誤判的情況進(jìn)行了研究，并對(duì)鋼管擴(kuò)徑裂紋進(jìn)行了系統(tǒng)分析及實(shí)物檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，在確定探頭K值后應(yīng)盡可能采用短前沿的、晶片尺寸和探頭外觀尺寸較小的探頭，可獲得良好耦合效果；為減少漏檢，應(yīng)確保在焊接不銹鋼管焊縫兩側(cè)均進(jìn)行一次直射波和二次反射波的掃查探傷；探傷過(guò)程中發(fā)現(xiàn)回波坐標(biāo)位置處于探頭一側(cè)的焊縫邊緣時(shí)，則可判定為擴(kuò)徑裂紋缺陷；回波坐標(biāo)位置處于探頭另一側(cè)的焊縫邊緣部位，則不能確定為缺陷波。

直縫埋弧焊工藝生產(chǎn)的不銹鋼焊接管擴(kuò)徑后產(chǎn)生的裂紋屬于危害性缺陷，主要分布在焊縫邊緣熔合線區(qū)域。尺寸較小的裂紋主要分布在焊縫邊緣上下表面區(qū)域，其縱向長(zhǎng)度一般為0.5～5 mm，寬度為0.01～0.5 mm。尺寸較大的擴(kuò)徑裂紋順著焊縫邊緣擴(kuò)展，貫穿整個(gè)焊縫截面，裂紋長(zhǎng)度達(dá)到幾十至上百毫米，造成焊縫邊緣從外至內(nèi)穿透性擴(kuò)裂的現(xiàn)象。

在超聲波探傷過(guò)程中，焊縫邊緣的加強(qiáng)高和其他缺陷的回波相互疊加，很難區(qū)分?jǐn)U徑裂紋?；谏鲜銮闆r，本研究針對(duì)直縫埋弧焊接不銹鋼管擴(kuò)徑后采用超聲波探傷檢測(cè)焊縫擴(kuò)徑裂紋的行為，總結(jié)出了切實(shí)可行的判定方法。

一、裂紋漏檢或誤判的原因分析

通常，不銹鋼焊接管擴(kuò)徑后產(chǎn)生的裂紋如圖所示。當(dāng)鋼管壁厚≥20 mm時(shí)，因焊縫邊緣余高變化和缺陷方向性強(qiáng)等原因，造成X射線探傷對(duì)焊縫邊緣的擴(kuò)徑微裂紋檢出率降低。主要原因如下：

 1. 分布在焊縫熔合線上的擴(kuò)徑微裂紋大多與鋼管表面有一定傾角。與射線源呈一定傾角的面狀裂紋區(qū)域，所透過(guò)的射線強(qiáng)度與完好部位差異微小，造成顯示的圖像對(duì)比度差別也很小，由此產(chǎn)生漏檢。

 2. 焊縫邊緣寬度≥0.5 mm、長(zhǎng)度≤5 mm的擴(kuò)徑裂紋缺陷，從X射線圖片上看，很容易將其當(dāng)成“咬邊”或“邊緣夾渣”等缺欠產(chǎn)生誤判。這種缺陷的產(chǎn)生，一般是由于擴(kuò)徑前鋼管焊縫邊緣存在較小咬邊、夾渣等點(diǎn)狀缺欠，擴(kuò)徑時(shí)在其基礎(chǔ)上產(chǎn)生擴(kuò)裂現(xiàn)象。此類微裂紋大多垂直鋼管表面向下延伸。由于焊縫邊緣輪廓與母材對(duì)比度反差較強(qiáng)，當(dāng)擴(kuò)經(jīng)裂紋較小時(shí)圖像黑度變化不大，視覺(jué)上很難判定它已經(jīng)擴(kuò)展而形成了裂紋，而仍被當(dāng)成“咬邊”或“邊緣夾渣”缺陷進(jìn)行判級(jí)定量。

二、鋼管擴(kuò)徑后的超聲波檢測(cè)

 超聲波探傷對(duì)裂紋缺陷的檢測(cè)靈敏度要求較高，擴(kuò)徑后的不銹鋼焊接管在采用X射線檢測(cè)的同時(shí)，結(jié)合超聲波探傷結(jié)果進(jìn)行綜合判定，不僅能提高缺陷的檢出率，還能彌補(bǔ)X射線檢測(cè)對(duì)缺陷定性和定量的準(zhǔn)確率。超聲波探傷檢測(cè)對(duì)不銹鋼焊管焊縫（有余高）與平板對(duì)接焊縫有較大區(qū)別，探傷時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

 1. 探頭K值選擇

  探測(cè)曲面工件（外徑≤660 mm）時(shí)，為了提高耦合效果，應(yīng)選用有曲率或小尺寸的探頭進(jìn)行探傷，為簡(jiǎn)化校準(zhǔn)方法，首選不帶曲率的小尺寸探頭。因鋼管內(nèi)壁曲面對(duì)聲束有發(fā)散作用，所以聲束截面不宜太大，常選擇小晶片、窄聲束的探頭。晶片尺寸以6 mm×6 mm、8 mm×8 mm或者8 mm×10 mm為宜。但晶片尺寸小、能量低、聲束指向性差、分辨率低，為了改善探頭指向性和提高分辨率，通常采用較高的探測(cè)頻率，推薦頻率為4～5 MHz。

  在實(shí)際探傷過(guò)程中，由于鋼管的曲面反射會(huì)使聲束擴(kuò)散，因此當(dāng)折射角較大（K3）時(shí)，二次反射波擴(kuò)散反射易產(chǎn)生表面干擾回波，從而影響探傷。K值的選擇也不能過(guò)小，K值較小則一次直射波對(duì)焊縫的掃查區(qū)域也減小，應(yīng)當(dāng)在避開(kāi)二次反射產(chǎn)生表面干擾波的前提下，盡可能選擇較大K值的探頭，以增大一次直射波對(duì)焊縫的掃查范圍。綜上，周向檢測(cè)Φ406.4 mm×6.4 mm鋼管的縱焊縫時(shí)，選擇K2.5的探頭為最佳。由于受到焊縫余高的限制，一次直射波只能掃查到焊縫d1以下的區(qū)域，二次反射波只能掃查到焊縫d2以上的部位，如圖所示。

 2. 試塊與靈敏度調(diào)校方法

  使用CSK-ⅠA試塊對(duì)儀器的時(shí)基線比例進(jìn)行調(diào)校。用對(duì)比標(biāo)樣（試塊）調(diào)校探傷靈敏度，試塊的材質(zhì)、曲率半徑與被探鋼管相同，一般從鋼管上截取，試塊尺寸如圖3所示。

  試塊焊縫上有Φ1.6 mm豎通孔，內(nèi)外焊縫邊緣有人工刻槽（槽的深度根據(jù)不同的驗(yàn)收等級(jí)，分別為鋼管母材公稱壁厚的5%、10%和12.5%，最大為3 mm，最小為0.3 mm，凹槽的寬度≤1.0 mm）。調(diào)節(jié)探傷靈敏度時(shí)，Φ1.6 mm豎通孔和凹槽的反射回波均以示波屏滿幅度的80%作為基準(zhǔn)波高，探傷過(guò)程中以缺陷回波高度達(dá)到基準(zhǔn)波高的100%作為驗(yàn)收極限。

 3. 缺陷定位

  外圓周向橫波檢測(cè)不銹鋼焊接管時(shí)，因聲束受到鋼管曲率的影響，入射到鋼管內(nèi)壁的橫波折射角增大，一次波的聲程和跨距增大。此時(shí)對(duì)缺陷的定位通常采用深度（H）和弧長(zhǎng)（L）來(lái)表示缺陷的坐標(biāo)，如圖4所示。

 4. 實(shí)際探傷

外圓周向橫波檢測(cè)時(shí)，使用已選定K值的探頭對(duì)不銹鋼焊接管探傷時(shí)，一般一次直射波能夠保證對(duì)焊縫中下部區(qū)域的掃查探傷，但二次波對(duì)上焊縫的掃查卻受到了一些干擾。主要表現(xiàn)在：

 a. 外圓周向檢測(cè)時(shí)橫波折射角比實(shí)際標(biāo)定的K值要大，一次波聲程與跨距也隨角度變大而增大，二次反射回波的靈敏度相對(duì)降低，折射角的變化使二次反射波對(duì)缺陷的定位誤差也相對(duì)增大。

  b. 二次反射波束掃查到上焊縫邊緣與母材交界的焊趾處，因耦合劑粘附在焊趾部位（聲束從鋼界面透射到凹角耦合劑中，穿透耦合劑后又進(jìn)入鋼界面），若此處有咬邊或微裂紋，則缺陷回波與耦合劑干擾回波相重疊，易引起誤判或漏檢。

為了提高對(duì)上焊縫缺陷的檢出率，在采用二次波探傷的同時(shí)，應(yīng)注意利用一次直射波對(duì)上焊縫邊緣區(qū)域進(jìn)行輔助檢測(cè)，通過(guò)使用短前沿的探頭，增大一次直射波對(duì)焊縫的掃查范圍，如圖所示。

  理論上，縮短探頭前沿距離和增大探頭折射角，都能起到增大一次直射波對(duì)有余高焊縫的掃查范圍。但在曲面工件探傷中，探頭K值受到嚴(yán)格限制。例如：在探傷過(guò)程中，若探頭“前磨損”，則K值減小，一次直射波對(duì)有余高焊縫的掃查范圍減小；若探頭“后磨損”，則K值增大，表面波干擾增多，影響探傷。故在保證探頭K值的情況下，盡可能使用短前沿的探頭探傷，提高一次直射波的掃查范圍。

  圖為K2.5探頭掃查Φ406.4 mm×6.4 mm直縫雙面埋弧焊接不銹鋼管的情況，晶片1為探頭前沿距離等于5 mm的掃查范圍（a以下區(qū)域）。晶片2為探頭前沿距離等于10 mm的掃查范圍（b以下區(qū)域）?？梢钥闯觯捎诤缚p余高的限制，探頭K值不變時(shí)，短前沿探頭對(duì)焊縫的掃查區(qū)域明顯大于長(zhǎng)前沿探頭對(duì)焊縫的掃查區(qū)域。

 實(shí)踐證明，使用前沿距離為5 mm的K2.5探頭檢測(cè)時(shí)，能夠利用一次直射波有效地檢出上焊縫邊緣、距離母材表面深度1.5～4 mm的擴(kuò)徑裂紋缺陷，且檢出靈敏度很高。對(duì)缺陷定位和定量均比二次波的條件好。此方法增大了一次直射波的檢測(cè)范圍，提高了對(duì)焊縫邊緣缺陷的檢出率，降低了對(duì)缺陷定位、定量的誤差。該方法是外圓周向橫波探測(cè)有余高焊縫的較理想方法，適用于小直徑直縫埋弧焊管的超聲波探傷。

三、焊縫余高與邊緣裂紋缺陷回波的區(qū)別

 因不銹鋼焊接鋼管擴(kuò)徑產(chǎn)生的裂紋大都分布在焊縫邊緣的熔合線區(qū)域，通過(guò)分析檢測(cè)時(shí)探頭所處的位置、相對(duì)于焊縫的水平距離以及是否產(chǎn)生反射回波等條件，來(lái)判定焊縫邊緣是否存在裂紋缺陷。

 1. 外焊縫

  超聲波主聲束掃查焊縫中上部區(qū)域，如圖所示。當(dāng)上焊縫邊緣無(wú)缺陷時(shí)，探頭置于焊縫水平距離位置1和位置2的部位，均無(wú)反射回波顯示，超聲波聲束被鋼管表面反射后向遠(yuǎn)方傳播，無(wú)反射回波。

  若外焊縫被擴(kuò)裂，缺陷處于焊縫邊緣的焊趾部位，探頭置于位置1和位置2時(shí)，均有回波顯示，如圖所示，聲束掃查到缺陷產(chǎn)生反射回波。

  當(dāng)探頭置于位置3時(shí)，外焊縫邊緣有缺陷和無(wú)缺陷時(shí)都有回波顯示。無(wú)缺陷時(shí)，焊縫邊緣的輪廓部位會(huì)產(chǎn)生反射回波，如圖8所示。a部位有缺陷時(shí)也產(chǎn)生回波，如圖所示。由于兩者的反射回波在同一坐標(biāo)位置出現(xiàn)，波幅相互重疊覆蓋，故無(wú)法判定部位是否真的存在缺陷。

  通過(guò)實(shí)踐得知，外焊縫擴(kuò)裂時(shí)，當(dāng)反射回波顯示的坐標(biāo)位于探頭同一側(cè)的焊縫邊緣部位，則可判定為擴(kuò)徑裂紋缺陷回波；若回波坐標(biāo)位于探頭另一側(cè)的焊縫邊緣部位，暫不能確定為缺陷。應(yīng)將探頭置于焊縫的另一側(cè)，主聲束掃查方向調(diào)轉(zhuǎn)180°檢測(cè)評(píng)定，若發(fā)現(xiàn)回波所處的坐標(biāo)位于探頭同一側(cè)的焊縫邊緣部位，則判定為擴(kuò)徑裂紋缺陷。

 2. 內(nèi)焊縫

  超聲波主聲束掃查焊縫中下部區(qū)域，當(dāng)內(nèi)焊縫邊緣無(wú)缺陷時(shí)，探頭置于焊縫水平距離位置4無(wú)回波顯示，如圖所示。

  若內(nèi)焊縫擴(kuò)裂時(shí)，探頭置于位置4，聲束掃查到缺陷產(chǎn)生反射回波有回波顯示，如圖所示。探頭位于位置5時(shí)，內(nèi)焊縫邊緣有缺陷和無(wú)缺陷時(shí)都有回波顯示。無(wú)缺陷時(shí)b部位回波情況如圖所示，有缺陷時(shí)回波情況如圖所示，兩者的回波出現(xiàn)在同一位置，波幅相互重疊覆蓋，無(wú)法判定b部位是否存在缺陷。

  通過(guò)以上分析可知，當(dāng)內(nèi)焊縫擴(kuò)裂時(shí)，示波屏上出現(xiàn)的回波坐標(biāo)位于探頭一側(cè)的焊縫邊緣時(shí)，則可判定為缺陷?；夭ㄗ鴺?biāo)位于探頭另一側(cè)的焊縫邊緣部位，則不能確定為缺陷波。

  由此可得出結(jié)論，檢測(cè)過(guò)程中無(wú)論是外焊縫或內(nèi)焊縫，發(fā)現(xiàn)回波位于探頭同一側(cè)的焊縫邊緣時(shí)，可判定為擴(kuò)徑裂紋缺陷；若回波位于探頭對(duì)面的焊縫邊緣部位，則不能判定為缺陷波，應(yīng)將探頭置于焊縫的另一側(cè)，主聲束掃查方向調(diào)轉(zhuǎn)180°再次檢測(cè)評(píng)定，此時(shí)回波若位于探頭同一側(cè)的焊縫邊緣部位，則判定為擴(kuò)徑裂紋缺陷。從焊縫兩側(cè)檢測(cè)顯示的回波坐標(biāo)，用直尺測(cè)量定位可知，缺陷在焊縫部位的實(shí)際位置不會(huì)改變。

四、結(jié)論

 1. 在確定探頭K值后應(yīng)盡可能采用短前沿的探頭（推薦使用前沿距離為5 mm的探頭），并選用晶片尺寸和探頭外觀尺寸較小的探頭，以達(dá)到良好的耦合效果。

 2. 應(yīng)確保在焊接不銹鋼管焊縫兩側(cè)均進(jìn)行一次直射波和二次反射波的掃查探傷，只在焊縫單面單側(cè)掃查存在缺陷漏檢的隱患較大。

 3. 探傷過(guò)程中發(fā)現(xiàn)回波坐標(biāo)位置處于探頭一側(cè)的焊縫邊緣時(shí)，則可判定為不銹鋼焊接管擴(kuò)徑裂紋缺陷，回波坐標(biāo)位置處于探頭另一側(cè)的焊縫邊緣部位，則不能確定為缺陷波。