铁路轻油罐车对接焊缝超声检测各种常见缺陷
胡菲
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胡菲,. 铁路轻油罐车对接焊缝超声检测各种常见缺陷[J]. 信号处理与图像分析,2025.2. DOI:10.12721/ccn.2025.157373.
摘要: 介绍了铁路轻油罐车对接焊缝超声波探伤时经常出现的各种缺陷,以及由于受外界因素的影响,例如仪器和探头、耦合剂、焊缝表面沟槽反射、对接焊缝错边、焊角干扰、波型转换以及扩散声束在焊缝表面的反射等,很容易形成各种干扰回波,从而被误判为缺陷。本文通过分析与研究,以及采用不同角度探头进行探伤试验,明确各种伪缺陷回波产生的原因及特点。
关键词: 轻油罐车常见缺陷伪信号波甄别
DOI:10.12721/ccn.2025.157373
基金资助:

前言:随着国内外各种车型在长江车辆有限公司的生产,尤其是GQ系列轻油罐车的投产,众所周知GQ70、GQ80轻油罐车是我国目前运行的主型轻油罐车,主要用于装运汽油、煤油等化工介质,由于这些化工介质易渗漏,而车体承载较重,所以对罐体的要求非常高,超声波探伤的重要性及精确性日益彰显,特别是罐板较薄,检测杂波多,缺陷难以分辨,无损检测员除了要能够发现缺陷回波外,还要能够对在探伤仪荧光屏上出现的各种伪信号波进行准确的甄别。

一、对接焊缝超声检测中常见缺陷

焊接接头的不完整性称为焊接缺陷,主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔等,这些缺陷减少焊缝面积,降低承载能力,产生应力集中,引起裂纹,降低疲劳强度,易引起焊件破裂导致脆断,要引起探伤人员足够重视。

1.气孔

气孔是在焊接过程中,熔池中的气体未在金属凝固前逸出,残存于焊缝之中所形成的空穴。

其信号波特征是单个气孔回波高度低,波形稳定,从各个方向均能发现,稍移动探头信号波消失。密集气孔为一簇信号波,呈现锯齿状,说明各气孔大小不一。

2.夹渣

夹渣是残留在焊缝中的熔渣,属于固体夹杂缺陷的一种。根据其形成的情况,可分为线状的、孤立的以及其它形式。

其信号波特征是一般波的幅度不高,波形常呈树枝状,主峰边上有小峰。探头平移时,波幅有变动,从各个方向深测,反射波幅有较大不同。

3.裂纹

裂纹是焊接件中最常见的严重缺陷。在焊接应力及其它致脆因素的共同作用下,焊接接头中局部地区的金属原子结合力受到破坏而形

成的新界面所产生的缝隙。它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。

其信号波特征是回波高度大,幅度宽,常出现多峰。当探头左右水平扫查时,反射波连续出现,波幅有变化。探头转动时,波峰有上下错动表征。

4未熔合

未熔合是指在焊缝金属和母材之间或焊道金属和焊道金属之间未完全熔化和结合的部分,它可以分为侧壁未熔合、层间未熔合和焊缝根部未熔合。

其信号波特征是在焊缝的一侧有较强的回波,而探头移至该侧用一次波扫查时,回波很低甚至没有,二次波扫查则有较强的回波。从根部面扫查时,探头一侧有很强的回波,而从另一侧扫查此位置时回波很低甚至没有。

5.未焊透

未焊透是指金属未熔化,焊接金属未进入接头根部的现象。它会减少焊缝的有效面积,使接头强度下降,还有发展成为裂纹的趋势。

其信号波特征是当探头平移时,反射波形稳定,从焊缝两侧探测,均能得到大致相同的反射波幅。

二、各种伪波源引起的伪信号波

1.探伤设备引起的伪缺陷

1.1仪器杂波

在不接探头的情况下,由于仪器性能不良,探伤灵敏度调节过高时荧光屏上出现单峰或多峰波形,其中单峰常见。此波在荧光屏上的位置是固定不变的,并且随着降低灵敏度,此波立即消失。

1.2探头杂波

仪器与探头组合后,荧光屏上会显示脉冲幅度高而宽的信号,此时探头接触工件与否,此信号都存在,并且位置不随探头移动而移动,即显示位置亦固定不变。此伪缺陷信号容易识别,产生原因如下:

⑴ 探头吸收块作用降低或失灵。

⑵ 探头卡子位置装配不合适。

⑶ 有机玻璃斜楔设计不合理。

⑷ 探头磨损过大。

1.3耦合剂引起的反射波

如果探伤灵敏度过高,而探头的K值较大,则会有部分能量转换为表面波。探头移动过程中耦合剂会在探头前沿处堆积,当表面波到达堆积处时会产生反射信号。此种伪缺陷信号较易识别,只要探头固定不动,随着耦合剂消失,波幅缓慢下降。如果用手擦掉堆积处耦合剂,信号立即消失。

2.工件及焊缝结构引起的伪缺陷

2.1焊角干扰回波

焊角回波的产生原因是由于焊角处轮廓法线方向与超声波主声束入射方向相同或相近,部分声能沿原路径返回,其反射信号被探头接收,在荧光屏上显示为回波。

2.2焊缝上下错位引起的干扰回波

由于对接板材坡口加工时,上下刨得不对称或焊接时焊偏造成上下层焊缝错位。此种情况下由于焊角而产生的回波会被误判为焊缝内的缺陷。关于此种伪缺陷波可采用双侧比较法来加以区别。由于焊缝上下焊接,在A侧探伤时,焊角反射波很像焊缝内缺陷,但当把探头移至B侧复检,会发现一次波前没有反射波或测得探头的水平距离是处于母材上,这说明是焊偏引起的回波。

2.3焊缝余高引起的干扰回波

焊缝余高干扰波在超声波探伤中是比较常见的干扰信号,特别是在双面自动焊焊缝和表面经过修磨处理后的手工焊缝中更为常见。探伤中余高干扰波出现在荧光屏上一次波之后的二次波探伤区域内,与缺陷的二次波非常相似,如不能正确识别,将会造成误判和漏检。

2.4焊缝表面沟槽引起的干扰波

有的焊缝表面是由多道焊缝组合而成,这样就会在焊缝表面形成一道道沟槽,而当超声波扫查到这些沟槽时,会引起强烈的沟槽反射。沟槽干扰波的判别方法如下:

⑴干扰波一般出现在一次、二次波处或稍偏后的位置。

⑵干扰波波形不够强烈,较迟钝。

3.超声波声束特性引起的伪缺陷

3.1波型转换引起的干扰波

在半波程(一次波)探伤时,焊缝下表面焊角产生最高振幅的回波没有消失之前,此时应该主要观察半波程之前有没有反射波,而不应该把注意力放到全波程位置,同时要考虑探头与焊缝的相对位置,实际检测中,在自动焊、半自动焊,K=2,T﹥16-30mm,半波程检测时,特别容易产生因波型转换而引起的干扰波,故应加以注意。

3.2探头下声束由于扩散而在焊缝表面形成的反射干扰波

在超声探伤中,荧光屏上常常会发现一种奇怪的波形,其水平位置显示是在焊缝上,深度位置是在焊缝背面距熔合线附近,有时甚至焊缝全长都有此反射波,对于此波,按照常规的判断很容易被评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幅慢慢降低直至消失,这说明反射波来自背面的焊缝表面。

4.其它伪缺陷

焊缝超声波探伤中,除了前述几种伪缺陷波外,还有的伪缺陷波是由于工件结构、表面状况特别而产生的,所以在日常探伤工作中,只要仔细观察焊缝结构形式、表面状况,认真分析反射条件,这些伪缺陷是完全可以辨认出来的。为了避免不必要的误判,探伤前应使待检工件焊缝下表面避免与无关钢板相接触。

结论

⑴应根据探头折射角、母材厚度以及时间轴线校验比例关系,准确标记半波程、全波程,以利于伪缺陷波的辨别。

⑵精确地校验时间轴线(扫描线),以便从结构中获得在时间上的精确的信息参数,以利于准确地判定。

⑶寻找回波源的最佳反射角,使其产生最高振幅,确定准确的时间,从而计算其平面和深度位置,精确地确定回波源的坐标。

⑷焊缝探伤的扩散干扰波和余高干扰波,无论斜探头角度多大,都有可能存在,是否出现及其反射能量强弱主要取决于有效反射面的大小、方向、形状和光洁度等。

⑸凡遇到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,以避免造成误判。

参考文献:

①《超声检测学》,蒋方平、方京等著,武汉测绘科技大学出版社。

②《超声波探伤》,全国锅炉压力容器无损检测人员资格鉴定考核委员会,劳动人事出版社。

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