理论教育 缺陷识别在厚板焊接中的挑战

缺陷识别在厚板焊接中的挑战

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:依据缺陷相对于入射声束的方向可对其定性。不过,随着工件厚度的增加,坡口角度更接近于与板面垂直,这对缺陷的检测和鉴别是不利的。通常,焊缝表面反射与热影响区附近缺陷的回波是较难分辨的。图8-86所示为一种区分焊缝余高反射信号与热影响区面状缺陷的办法。

缺陷识别在厚板焊接中的挑战

1.断续性缺陷的识别

这种缺陷既可能是长度间断的,如链状夹渣,也可能是深度断续的,如一组沿焊缝熔合面分布于不同深度的平行条状夹渣。除非间距太小可以忽略,否则区分连续性缺陷和断续性缺陷很重要,特别是在板厚方向。若缺陷在板厚方向显示波形Ⅱ、Ⅲa或Ⅲb,则只要信号不明显离开较大距离,就不大可能是长度间断的缺陷。对显示波形Ⅰ特征的缺陷,应选择适当的扫查方向、声束角度、探头尺寸和频率,使缺陷处的声束宽度最窄,并在均匀的耦合条件下进行仔细的左右扫查。在长度方向上波高包络有明显降落(暗示)的缺陷可能是断续的。可使探头在明显断开的位置附近做转动和环绕扫查,若观察到在正交方向附近波高迅速降落,且无明显的二次回波,则证明缺陷是断续的。其他反射特征暗示明显断开实际上是由于缺陷取向有变化。至少应从两个方向,在较短的声程距离,对缺陷做仔细的前后扫查,观察回波包络形状,只要有明显降落或完全断开,就暗示缺陷可能是断续的。但是,因为缺陷取向改变引起上述现象的可能性比左右扫查时更大,所以应适当采用两种附加方法。第一种方法是标出从多个不同方向和角度所观察到的信号,从而绘出缺陷在壁厚方向的综合图形。为使此方法有效,应使焊缝两侧扫查表面平滑,并注意标绘的准确性。第二种方法适用于缺陷高度至少与声束宽度相仿的情况,即图8-80所示的声影法。若有强烈的直通波信号通过检测区,则证明无连续性缺陷横截超声波束。如果不能确切证明缺陷在壁厚方向是断续的,就应认为缺陷是连续性的。

图8-80 识别连续性大缺陷和断续性缺陷的阴影法

2.面状缺陷的识别

面状缺陷(如裂纹、侧壁未熔合)的回波多显示为狭窄的信号。依据缺陷相对于入射声束的方向可对其定性。如果在获得最大反射波幅位置使探头做环绕扫查,则其波幅会突然下降,如图8-81所示。当使用不同角度的探头时,其回波幅度会有明显差异。若缺陷取向与工件表面垂直,则从焊缝两侧扫查得到的波高大致一样,而具有倾斜取向的面状缺陷的波幅会有明显不同,如图8-82所示。

图8-81 面状缺陷的波形变化

夹渣的回波高度不一定与裂纹、未熔合有明显差异,但可从波形及方向性等方面分辨开来,因为这种缺陷表面凸凹不平,当声束连续射到缺陷表面的不同部位时,会产生连续的回波信号,如图8-83所示。

图8-82 面状缺陷波形

在做环绕扫查时,这种回波波形变化较小。回波信号是由许多单个信号构成的,因而当单个信号变化时,回波高度也会改变,从焊缝对面扫查时,会得到相似的回波波形。

3.球状缺陷的识别

球状缺陷(如气孔)仅有少部分入射声波被反射回来,而且缺陷尺寸小。这类缺陷信号的特点是幅度低、信号窄,当探头做环绕扫查或在另一面检测时,回波信号几乎不变。几个这样小的回波,在密集气孔的场合,可能聚集在一起,聚集程度取决于气孔的数量和分布情况。球形气孔波形如图8-84所示。(www.daowen.com)

图8-83 夹渣波形

图8-84 球形气孔波形

总之,识别缺陷的有效手段是了解缺陷的方向性及缺陷在焊缝中的位置和取向。例如,当选择的探头角度使声束垂直于焊缝坡口时,根据缺陷位置和方向性能够比较容易地识别出未熔合缺陷,如图8-85所示。当探头在位置1时可以得到波形清晰的回波信号,但在位置2时入射声束被反射的声能很少或者干脆没有。不过,随着工件厚度的增加,坡口角度更接近于与板面垂直,这对缺陷的检测和鉴别是不利的。因此,对于和工件表面垂直的面状缺陷,建议选用两个45°探头做串列扫查。

图8-85 未熔合的识别

图8-86 焊缝余高及热影响区裂纹

a)a1=a2 b)a1a2

当缺陷位于表面或近表面时,一定要注意定位的准确性。通常,焊缝表面反射与热影响区附近缺陷的回波是较难分辨的。图8-86所示为一种区分焊缝余高反射信号与热影响区面状缺陷的办法。焊缝余高的两边缘可能成为良好的反射体,特别是使用45°探头扫查时,可能性更大。

在检测全焊透焊缝的线性错边时,只能从焊缝一侧得到波幅较高的根部信号,水平距离可能存在一定偏差(见图8-87),这说明反射体位于中心线另一侧。不同厚度的板材或管材对接时也会出现这样的反射现象。

图8-87 错边的判别

对于密集缺陷来说,在判别其波形时需要考虑以下几点:独立缺陷的尺寸、形状和取向(如气孔、夹渣和小裂纹等);各个缺陷的分离距离;总缺陷的尺寸、形状和取向及其回波包络图(例如,是熔合线边界区的平面型缺陷,还是焊缝中心区的体积型缺陷)。

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