點(diǎn)擊圖片查看原圖
雙面埋弧焊縫超聲檢測時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)回波超標(biāo)問題，此問題已成為阻礙正確判斷缺陷因素之一，給超聲檢測人員的判定帶來嚴(yán)重的干擾和影響，進(jìn)而影響生產(chǎn)進(jìn)程。本文通過實(shí)踐所觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行分析，對(duì)超聲回波信號(hào)和缺陷定位提出了一些觀點(diǎn)。
1、回波信號(hào)分析：焊接接頭由焊縫及熱影響區(qū)兩部分組成。焊接熔池從高溫冷卻到常溫，期間經(jīng)歷一次結(jié)晶和二次結(jié)晶。二次結(jié)晶不僅僅發(fā)生在焊縫，也發(fā)生在靠近焊縫的金屬區(qū)域，該區(qū)域在焊接過程中受到不同程度加熱，在不同溫度下停留一段時(shí)間后又以不同速度冷卻下來，最終獲得各不相同的組織和機(jī)械性能，稱為熱影響區(qū)。根據(jù)組織特征可將熱影響區(qū)劃分為熔合區(qū)，過熱粗晶區(qū)，相變重結(jié)晶區(qū)和不完全重結(jié)晶區(qū)四個(gè)小區(qū)。其中熔合區(qū)和過熱粗晶區(qū)組織晶粒大，塑性低，是產(chǎn)生裂紋，局部脆性破壞發(fā)源地，是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。所以熱影響區(qū)缺陷(欠)問題不同于焊縫中的缺陷,處理起來較為復(fù)雜,對(duì)鋼管質(zhì)量影響較大。根據(jù)對(duì)超聲報(bào)警超出驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的部位取樣進(jìn)行熱酸蝕等理化分析和碳弧氣刨及膠片拍片,得出下列結(jié)論:
（1）鋼管熱影響區(qū)母材存在不同程度的夾雜物等問題 我們采用API 5L(44版)標(biāo)準(zhǔn)，在用2.5P8X12K2探頭檢測Φ1016X21mm規(guī)格的鋼管，發(fā)現(xiàn)深度在14到18mm左右，水平距離定位在焊趾邊靠母材約2～5mm處有強(qiáng)烈反射波出現(xiàn),缺陷信號(hào)斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)。超基準(zhǔn)波幅（Φ1.6mm豎通孔100%波高）10dB,探頭移到焊縫對(duì)側(cè)則缺陷波反射很低或較難探測到。同時(shí)缺陷波根較寬, 波峰為毛粗，主峰邊上有小峰，根部帶有小波，探頭移動(dòng)時(shí)，波形變化明顯，從各個(gè)方向探測，反射波幅不相同，呈現(xiàn)出夾雜反射波特征。該信號(hào)出現(xiàn)在熱影響區(qū)的母材區(qū)域，按照API 5L(44版)標(biāo)準(zhǔn)，PSL2的鋼管母材不許補(bǔ)焊。為慎重起見，我們抽取超過基準(zhǔn)波幅10dB以上且連續(xù)長度超過10mm的多處反射波位臵進(jìn)行細(xì)顆粒膠片拍片,發(fā)現(xiàn)部分反射波位臵在內(nèi)焊趾輪廓線處有點(diǎn)狀?yuàn)A雜, 夾雜按API 5L（44版）標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定合格。根據(jù)超聲波和X射線探傷確定缺陷的橫斷面部位截取試樣進(jìn)行熱酸腐蝕，發(fā)現(xiàn)熔合線靠母材側(cè)有孔洞和夾雜物，該夾雜物符合ASTM E45標(biāo)準(zhǔn)要求。
（2）焊角回波及變形波 少部分的反射信號(hào)是由于焊縫與母材交界處的焊角回波及變形波產(chǎn)生,因此需準(zhǔn)確調(diào)整超聲儀器，判定回波產(chǎn)生的位臵。當(dāng)橫波聲束入射到探頭對(duì)側(cè)焊縫下表面的某些部位時(shí)(圖3)，其反射橫波S＇和反射縱波L＇垂直入射至上表面的某些特殊部位，再垂直反射沿原路返回，形成變形橫波和變形縱波，與第一次底波一起，在熒光屏上顯示，形狀象“山”字形（圖4）。內(nèi)坡口變形波的傳播和波形，在示波屏上有些變形波正好在二次波探測的范圍內(nèi)，往往可能被誤判為二次波發(fā)現(xiàn)的缺陷。識(shí)別方法是：變形波在很大范圍內(nèi)，甚至在整個(gè)焊道的周圍上都有。因此可將探頭平行于焊縫移動(dòng)以審視鑒別。
（3）焊趾裂紋 用于油氣輸送的直縫埋弧焊管，一般均需冷擴(kuò)徑。在冷擴(kuò)徑后，焊管在焊趾或熱影響區(qū)部位可能會(huì)出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生的原因可能是多方面的。API 5L(44版)規(guī)定，冷擴(kuò)徑管焊縫要求無損檢驗(yàn)應(yīng)在冷擴(kuò)徑后進(jìn)行。超聲檢測裂紋反射波信號(hào)特征：反射率高，當(dāng)探測方向有利時(shí)反射波高度較大，波形較寬，探頭平行移動(dòng)時(shí)，反射波連續(xù)出現(xiàn)，波幅有變動(dòng)，探頭擺動(dòng)時(shí)，波峰有上下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，多峰波交替出現(xiàn)最大值，擺動(dòng)角度較大。部分超聲反射波形判定為裂紋缺陷信號(hào)的，經(jīng)過取樣金相實(shí)驗(yàn)證實(shí)裂紋的存在。
（4）偏析回波 我們?cè)趯?duì)材質(zhì)為X70，厚度為21mm的鋼結(jié)構(gòu)鋼管焊縫探傷中，發(fā)現(xiàn)一條焊縫在板厚一半深處左右，有一反射信號(hào)出現(xiàn)。當(dāng)反射波出現(xiàn)時(shí)，波型特征似微小裂紋波型，反射位臵偏向焊縫坡口邊沿母材側(cè)，沿焊縫長度方向，斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)。在其反射波的位臵上，切取試樣進(jìn)行分析，磨制金相觀察面后經(jīng)拋光鹽酸煮沸觀察，未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷，在超聲波探傷一側(cè)母材區(qū)域發(fā)現(xiàn)有一個(gè)弧形亮白區(qū)，經(jīng)測定，弧形亮白區(qū)超聲衰減系數(shù)大于其它部位，說明弧形亮白區(qū)的晶粒結(jié)構(gòu)粗大，對(duì)超聲傳播產(chǎn)生很大影響。顯微組織觀察發(fā)現(xiàn)弧形亮白區(qū)為與母材色澤不同的部位呈嚴(yán)重帶狀分布的組織，這是因?yàn)槌煞萜鏊斐傻囊环N粗晶粒組織。晶粒粗對(duì)傳播的影響很大，所以橫波探傷時(shí)，在弧形亮白區(qū)位臵，會(huì)產(chǎn)生回波信號(hào)。根據(jù)探傷中遇到的情況，初步判斷為金屬元素偏析的超聲回波信號(hào)。根據(jù)波型特征方面看，偏析的回波信號(hào)波幅低而穩(wěn)定，波峰尖銳，陡峭，波根狹窄；從波型特征方面分析，探頭移動(dòng)到回波信號(hào)位臵，反射波幅不高，缺陷深度出現(xiàn)在板材厚度的中間，偏向焊縫邊沿，當(dāng)探頭垂直于焊縫前后移動(dòng)時(shí)，反射波很快消失，相似于板材夾層對(duì)焊縫邊沿的影響，探頭平行于焊縫移動(dòng)時(shí)，反射波穩(wěn)定，可以移動(dòng)一定距離，后慢慢消失。此類波型，很容易誤判為裂紋缺陷波。部分超基準(zhǔn)波幅按API 5L驗(yàn)收則不合格。因回波在母材區(qū)域，按API5L PSL2要求母材不許返修，重新對(duì)該母材區(qū)域進(jìn)行直探頭檢測，和鋼板探傷時(shí)的反射信號(hào)一樣，另對(duì)反射信號(hào)最高的部位取樣作金相實(shí)驗(yàn)，看到母材有斷續(xù)的分層。