电磁超声技术在焊缝检测中的应用

电磁超声技术在焊缝检测中的应用

杨柏任江

大连市橡胶塑料机械有限公司116000

摘要：在金属产品制造的过程中，焊缝检测是其中非常重要的一项手段，压力容器被广泛应用于能源工业和科研领域，焊接检测方法也受到重视。本文以超声波探伤为例，论述了这一方法的检测原理和方法，提出了应用过程中应用注意的要点，以期提高检测工作效率和检测精度。

关键词：压力容器；超声波探伤；检测方法

1前言

压力容器包含承受压力的壳体、不同连接件和密封件，现已被广泛应用于石油化工、科研和军工行业，也对压力容器的质量提出了较高的要求，压力容器生产过程中必须严格遵循国家行业规定。焊接工作是压力容器的重要加工程序，压力容器的质量与焊接有着直接的关系，因此焊接质量的检测也成为重点。随着科学技术的发展和进步，超声波探伤方法在焊接检测中获得了广泛的应用。超声波探伤方法可以检测较大厚度范围内的工件的内部缺陷，应用过程十分简便，成本较低，不会对人体造成危害，且检测的灵敏度较高，缺陷定位十分准确，至今已成为压力容器生产中的重要检测方法。

2压力容器

压力容器主要借助焊接工艺组装，焊接工作成为压力容器生产过程中的重要环节，压力容器中的受压部件和承载压力的壳体部分焊接过程中应用全焊透的对接接头。针对压力容器内部缺陷而言，主要包含裂纹、气孔、夹渣、未熔合、未焊透几种。裂纹一般分为热裂纹和冷裂纹，主要是在熔焊冷却过程中因为应力变化产生，会严重影响到压力容器的静拉力和冲击载荷；气孔主要分为密集气孔、单一气孔和链状气孔几种，主要形成原因是在焊接过程中由于气体没有及时溢出，金属内部和表面形成空穴，气孔问题将会减少焊缝的有效工作截面，降低接头强度；夹渣问题主要分为非金属夹渣和金属夹渣两种，主要形成原因是在冷凝过程中没有及时排出熔渣，一部分熔渣留在焊缝中形成夹渣，严重影响到压力容器的力学性能，夹渣的数量越多，影响程度越大；未焊透问题主要分为根部未焊透和中间部分未焊透问题，主要原因是在焊接过程中母材之间存在局部未熔合问题，该类问题对应力集中分布十分敏感，影响压力容器的强度和疲劳。

目前国内对于薄板焊缝无损检测基本是射线检测和超声检测两种方法。由于薄板厚度多数在15mm以下，而射线检测由于其穿透能力的保证及底片、档案可追溯性、保持性的优势，对于焊缝检测常以X射线检测为主。项目方法为射线胶片法。但随着超声检测技术的进步，超声检测应用得到了很大的发展，其工作效率及对复杂工件的检测、对人体无危害的优势使其在工业应用得到了很大的发展。目前对薄板焊缝检测主要为横波脉冲反射法[2]，检测厚度为≥8mm。对于＜8mm的薄板焊缝则一般不采用超声检测的手段。其原因就是由于薄板超声检测受波干扰限制，实现检测较为困难。开展这方面的探索主要是增加检测手段。

3超声波探伤

3.1探伤原理和主要设备

在均匀的材料中如果存在缺陷，将导致材料不连续，不连续材料将会导致声阻抗出现较大的差异，结合反射定理可以知道，超声波在不同声阻抗接触的交界面上发生反射，反射回的能量大小和交界面的声阻抗大小有着直接的联系，因此可以应用超声波反射回的能量大小判断出材料中的缺陷位置。检测方法应用过程中主要应用超声波探伤仪，该种设备主要是应用超声波的传播原理、声电转换原理和无线电原理设计制作，超声波探头是其中最重要的部分之一。

超声波探头可以实现声信号与电信号之间的转换，一般也被称为超声波换能器。应用超声波方法探伤，探伤仪及时发出超声波频率的电振荡脉冲，探头会将电振荡脉冲转换为机械振动，将振动信号以超声波的形式发射出去，被检测工件会接收振动信号，之后工件及时将信号反射回去，探头将反射的振动信号转换为电信号，电信号经过超声波探伤仪的放大器放大，及时将信号显示出来，便于判断工件焊接中的问题。

3.2提高小径管超声波检测灵敏度的措施

（1）选择合适的仪器

对小径管对接焊缝进行检测时，应尽量选用数字式超声波检测仪，超声波检测仪的各项性能指标应满足相关标准的规定，具有较高的分辨力和较窄的起始脉冲宽度。

（2）选择前沿距离短的探头

超声波探头常常是根据需要进行设计和制造，探头的前沿长度一般应选取小于5mm。探头的设计中，透声斜锲的设计是关键，其主要作用是使超声纵波以一定的角度倾斜入射至被探工件的探测表面，并转换成所需折射角的横波，从而达到横波探伤的目的。由于小径管专用探头折射角大，按声学折射定律，为增加折射角，就必须增大斜锲的折射率，采用纵波声速较小的聚峰材料制造的斜锲可以满足要求。

（3）选择折射角大的探头

超声波检测中横波折射角一般应根据检测方法、超声波声程范围和小径管厚度情况进行选择，为尽量减少超声波声能的损失，应尽量选择较大折射角的探头，使横波声束能扫查到整个焊缝截面，同时增大横波在壁薄管中的声程，避免在近场区内探伤对缺陷定位定量误差大的不利因素。此外，检测过程中尽量使用浆糊等纤维类耦合剂，以便提高探头的滑动性，在满足探头指向性的基本条件下，尽量减少杂波对超声波检测过程的干扰。同时，应尽量不使用机械工具对小径管工件表面进行打磨，而应对探头进行打磨，使其与焊接接头接触面之间较好地耦合（间隙小于0.1mm），在加工探头曲面时，要避免探头斜锲磨损量过大，防止探头曲率半径小于管子曲率半径的情况。

（4）选择合适的压电晶片

为减少探头边缘声束散射的不利影响，压电晶片的尺寸应适中，满足装配精度和检测灵敏度的要求。晶片尺寸一般选择在6～10mm为宜，晶片频率一般选择为5MHz。

进行超声波检测时，为达到最优的检测精度，既要严格控制检测工艺，也要对反射波的波形进行认真分析和判断。通常，对于焊缝缺陷的埋藏深度均可从超声波检测仪中直接读取，焊缝缺陷大小的确定包括条状缺陷和点状缺陷，在一次波检测时还需考虑表面粗糙度的补偿量，在二次波检测时要综合考虑表面粗糙度补偿量、弧折、散射补偿量等因素的影响。一次波检测时，其反射波常出现在一次波标记点前，而二次波检测的反射波则会出现在一次波标记与二次波之间。因此在进行超声波检测时，还需要注意分析和区分是否存在外来干扰波引起的假信号，避免造成对缺陷的误判。检测人员要加强学习，不断总结经验，提高检测技术水平，对缺陷位置进行多方认真分析后再进行判定。

4结束语

本文对压力设备不锈钢复合钢板对接焊缝超声检测时产生的定位误差和定量误差进行了研究，并给出了误差补偿的解决办法，该方法不需添加特别的仪器设备及试块，不需限定检测面及修磨焊缝，尤其适合在用复合板设备的检测。

参考文献

[1]王常玺,刚铁,于朋,等.一种铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的超声快速检测方法[J].机械工程学报,2015,51(2):7-13.

[2]裘揆,张国方,王珊,等.超声波无损探测技术在低压电器电触头焊接质量检测中的应用[J].电工材料,2015(1):12-14.

[3]薛岩,周广言,李佳,等.油气管道环焊缝自动超声检测与射线检测方法对比[J].无损检测,2016,38(11):45-48.

[4]卢威,刘云,丁松,等.核反应堆压力容器接管安全端异种金属焊缝自动超声检测技术[J].压力容器,2017,34(1):56-61.