水工钢闸门焊缝超声波检测中的缺陷定性方法
时间：2022-04-12 10:06:17 浏览次数：次
【摘要】本文介绍了，水工钢闸门焊缝超声检波测中缺陷定性评定所应用的方法进行了综合介绍。
【关键词】水工钢闸门；焊缝；超声波检测；缺陷
一、概述
水工钢闸门是用来关闭、开启或者局部开启水工建筑物中过水孔口的活动结构。在水利工程中大量使用，其主要作用是控制水位、调节流量。水工钢闸门是水工建筑物的重要组成部分，它的安全与适用，在很大程度影响着整个水工建筑物的安全运行。本文结合工作实践着重探究水工钢闸门焊缝的的缺陷定性方法。
二、钢焊缝不同缺陷的波形分析
1、裂纹
1.1凝固性裂纹：呈星状，出现在焊道的起弧、收弧部位和热影响区 ，多出现在表面。
1.2冷却裂纹：呈折线状，端部较细，淬硬性好的钢材中易产生，由残余应力偏大和金属内部组织偏硬引起，回波较高，波峰较宽，多峰。
1.3裂纹：层状撕裂多产生在尺寸较厚的T型焊缝或角焊缝上，回波较高，波峰较宽，多峰回波高度较大、波幅宽，探头平移时反射波连续出现波幅有变动，探头转时，波峰有上下错动现象。
2、未焊透
呈线状或条状，一般在焊缝中部和根部，是垂直于钢板的面状缺陷 ， 反射率高，波幅也较高，探头平移时，波形较稳定，在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅，波形见。
3、未熔合
包括坡口和层间未熔合，片状缺陷类似裂纹，但表面比裂纹光滑。探头折射角合适时回波较高，从焊道两侧探时，反射幅度不同。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。其波形和波形的变化基本上与未焊透相似。
4、夹渣
包括点状夹渣（点渣）和条状夹渣（条渣），夹渣带有一定棱角，条渣呈条状连续或断续分布。点状夹渣回波信号与点状气孔相似，但回波有方向性；条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高，波形多呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移波幅有变动，从各个方向探测时反射波幅不相同。
三、缺陷定性评定的主要方法
1、根据加工工艺分析缺陷性质
工件内所形成的各种缺陷与加工工艺密切相关。例如，钢焊缝焊接过程中可能产生气孔、夹渣、未熔合、未焊透和裂纹等缺陷。铸造过程中可能产生气孔、缩孔、疏松和裂纹等缺陷。锻造过程中可能产生夹层、折叠、白点和裂纹等缺陷。在探伤前应查阅有关工件的图纸和资料，了解工件的材料、结构特点、几何尺寸和加工工艺，这对于正确判定估计缺陷的性质是十分有益的。
2、根据缺陷特征分析缺陷性质
缺陷特性是指缺陷的形状、大小和密集程度。对于平面形缺陷，在不同的方向上探测，其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。一般的裂纹、夹层、折叠等缺陷就属于平面形缺陷。对于点状缺陷，在不同的方向探测，缺陷回波无明显变化。一般的气孔、小夹渣等属于点状缺陷。对于密集形缺陷，缺陷波密集相互彼连，在不同的方向上探测，缺陷回波情况类似。一般白点、疏松、密集气孔等属于密集形缺陷。
3、根据缺陷波形分析缺陷性质
缺陷内含物的声阻抗对缺陷回波高度有较大的影响。白点、气孔等内含物气体，声阻抗很小，反射回波高。非金属或金属夹渣声阻抗较大，反射回波低。另外，不同类型缺陷反射波的形状也有一定差异。例如气孔与夹渣、气孔表面较平滑，界面反射率高，波形陡直尖锐。夹渣表面粗糙，界面反射率低，同时还有部分声波透入夹渣层，形成多次反射，波形宽度大并带锯齿。单个缺陷与密集缺陷的区分比较容易。一般单个缺陷回波是独立出现的，而密集缺陷则是杂乱出现，且互相彼连。
四、超声检测技术对缺陷定性评定的其他方法
1.超声C扫描
超声C扫描是超声检测中的一种缺陷成像技术！它可以从不同角度对零件中的缺陷形状"大小和位置以图像形式表示出来，超声波C扫描系统使用计算机控制超声换能器（探头） 在工件上纵横交替搜查，将探测特定范围内（指工件内部） 的反射波强度以辉度的形式连续显示出来， 这样就可以绘制出工件内部缺陷横截面图形。这个横截面是与超声波声束垂直的，即工件内部缺陷横截面，在计算机显示器上的纵横坐标， 分别代表工件截面的纵横坐标。
2.声发射（AE）检测法
声发射（AE）检测法：当存在于材料内部的应力释放时会产生声振动。根据材料的这个特性，科学家们开发出通过检测工件在超声波范围内的振动，对其进行探伤的方法，称为声发射检测法。在被检测材料上加上应力，如果有缺陷，在那微小的裂痕处就会产生超声波。通过一定规则放置的几个接收器接收信号，然后参照震源传播时间差一定时的双曲线轨迹，就能标定缺陷的位置。声发射检测环境常常有强的噪声干涉，虽然声发射技术中己有多种排除噪声的方法，但在某些情况下还会使声发射技术的应用受到限制。目前，声发射技术在检测压力容器健康状况方面已经比较成熟，目前国内已经制定了国家标准，并培训了大量的专业人才。
3.电磁超声检测（EMAT）
电磁超声检测（EMAT）：基本原理是线圈通过超声频率的交变电流时，在试件的表面就会感应出频率相同，与线圈极性相反的涡流，此涡流在磁铁提供的外加磁场的作用下都会产生罗伦兹力，在洛伦兹力的作用下产生高频振动，通过改变不问形状的磁铁和线圈的排列方式，可以产生纵波、横波、表面波和Lamb波等不同模式的超声波。接收超声波时，试件表面的振荡也会在外加磁场的作用下，在高频线圈中感应出电压而被仪器接收。国内华中科技大学的刘天华等人设计了一种EMAT测厚系统。
4.超声波衍射时差法TOFD
超声波衍射时差法：是一种依靠从待检试件内部结构的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，用于缺陷的检测、定量和定位。仪器可全程记录A扫波形、形成D扫描图谱，并且可用解三角形的方法将A扫时间值换算成深度值。到20世纪90年代，计算机技术的发展使得数字化超声探伤仪发展成熟后，大大推进了TOFD设备的发展，便携、成本可接受的TOFD检测仪大量出现。
五、结束语
上述缺陷定性方法的分析，都是依据实践经验和有关资料总结出来的，供检测人员在处理信号时参考。超声波检测中缺陷的定性评定主要还依赖于检测人员的实践经验和技术水平的不断总结和提升。超声检测技术正向着数字化、自动化、智能化、图像化和多领域方向发展。今后超声检测结果精度回越来越高，对检测环境的适应性也越来越强，并且在一定程度上对工件状况进行评价，使得超声检测能够满足现代质量对无损检测要求。
参考文献
[1]《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345—89
[2]《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》DL/T 5018—2004
作者简介
杨军（男）1978年1月生，大学本科学历，工程师，现工作于驷马山引江工程管理处安徽水利工程机电检测所。