专利名称：：厚壁大径管对接焊缝根部缺陷检测方法
技术领域：
：本发明涉及一种在役厚壁大径管只能够单侧探测时对接焊缝根部缺陷的检测方法，对六种典型根部缺陷裂纹、未焊透、未熔合、焊瘤、内凹、错边进行定量，同时实现对根部缺陷的定性。对于薄壁管道及允许进行双侧探测者，也可参照使用。
背景技术：
：火力发电厂锅炉厚壁大径管对接焊缝，一般采用手工氩弧焊封底、电淳盖面、单面焊双面成型的焊接工艺，常见的焊缝根部缺陷主要有裂纹、未熔合、未焊透，还有焊瘤、内凹、错边三类根部成型缺陷。管道对接焊缝超声波检验时，根部缺陷的判断历来就是一大难题，而与阀体、三通等相接的这些异种钢焊口既是最容易产生根部缺陷的焊口，又是最难于进行检测的焊口。异种钢焊接接头根部缺陷的超声检测，目前多以单斜探头横波端部回波法对缺陷测长为主，在被检焊缝一侧，将探头前后移动，使折射横波扫到缺陷端部和缺陷丌口部位，由接收最大回波时的探头位移量或时间差，根据几何关系求出缺陷高度。端部回波法一般多以A型显示手工检测为主，以探头扫査所得峰值回波位置作为测评依据，因为端部回波非常不易找到和判断，故难于对根部缺陷进行检测测和判断。T0FD(TimeofFlightDiffraction,即衍射时差技术)不同于传统超声检测中的声波穿透法和脉冲反射法的技术，是一种利用超声波在缺陷端部发生衍射所产生的衍射波导致的传播时间差来进行缺陷检测与定量的方法。与常规的脉冲反射法检测技术相比，T0FD技术是通过对时间差的分析计算来确定焊缝根部缺陷的位置和尺寸的，不依赖信号的幅度大小，所以个人主观因素、表面条件和耦合剂对测量的影响没有反射波技术中那么明显。T0FD技术只使用纵波信号，其他模式的转换波都会以低速传播，从而不会影响到接收信号，并且T0FD技术受探头位置、间距，以及缺陷方向的影响较小，还可以同时确定缺陷高度。然而，T0FD技术同样也具有以下一些缺点在焊缝的两侧必须有能够安放用于T0FD检测的发射和接收探头的位置；受侧面波和底面反射波的影响，在上下表面附近存在盲区；由于根部缺陷衍射信号的强度比反射信号的强度小很多，为了提高检测的准确性，需要采用前置放大电路对衍射波信号进行放大处理，但这样同时会使噪声增大；检测人员必须经过专门的训练，并其具备相应的经验。超声相控阵技术是当今无损检测和医疗超声领域的研究热点，它的原理是，由多个换能器阵元排列成一定形状构成超声阵列换能器，每个阵元都可以发射或接收超声波，分别调整每个阵元发射/接收的相位延迟，产生具有不同相位的超声子波束在空间叠加干涉，达到聚焦和声束偏转的效果。它的优点是采用电控方式聚焦，能非常灵活、便捷地改变声束形状、指向和焦点，而且精度容易保证。在无损检测中相控阵超声技术能提高信噪比、检测灵敏度及检测效率。对于厚壁大径管焊接接头的超声波检验來说，其管壁厚，声程远，由于散射和吸收的作用，声束衰减量大，从而影响了对缺陷的检出能力。同时超声波入射到厚壁大径管异种钢焊接接头这种结构复杂的工件吋，会产生许多干扰信号，给缺陷的正确判断及定位带来很大困难。故开展厚壁大径管异种钢对接焊缝特别是只能单面单侧探伤的焊缝根部缺陷定性、定量判定方法研究十分必要。
发明内容本发明的目的在于克服现有厚壁大径管只能够单侧探测时对接焊缝根部缺陷检测存在的问题，提供一种一种厚壁大径管对接焊缝根部缺陷的检测方法，对六种典型根部缺陷裂纹、未焊透、未熔合、焊瘤、内凹、错边进行定量，同时实现对根部缺陷的定性。本发明的厚壁大径管对接焊缝根部缺陷的检测方法，其检测过程为-(1)利用调整好扫描比例的单横波斜探头，找到焊缝根部超标信号典型部位；(2)局部磨平燥缝根部超标信号典型部位余高，横波斜探头找到典型部位缺陷最大波高后，变更探伤仪的工作方式为一发一收模式，置纵波直探头在磨平焊缝表面扫查，找到最高衍射波峰，再固定纵波直探头位置，前后微动横波斜探头进行扫査，确定最高衍射波峰；(3)变更探伤仪的工作方式为步骤(1)所用的单横波斜探头通道单发单收模式，固定横波斜探头在最高衍射波处位置不动，记忆波形图和相关数据，读出探伤仪中显示的根部缺陷顶端深度(H2)和水平位置；(4)变更到调整好扫描比例的纵波直探头通道，工作方式为单发单收模式，将纵波直探头往斜探头侧移动3ram左右，对斜探头侧母材壁厚进行测量(测量时应考虑磨平处焊缝余高影响)，并记录结果(H',);(5)缺陷的高度H二IHu-H2I。本发明的厚壁大径管对接焊缝根部缺陷的检测方法，还包括通过综合一纵一横双探头最高衍射波法测得的缺陷高度、水平位置等定量数据以及横波斜探头转动扫查时衍射波形特征对缺陷类别进行判定。本发明的厚壁大径管对接焊缝只能够单侧探测时根部缺陷的检测方法，对缺陷类别进行判定过程如下(1)凡满足H2大于H。，定为焊瘤；对于H,小于H。的，暂不予定性；(2)对于上一步没有定性的，满足衍射法横波斜探头旋转时波形特征为多峰的，定为裂纹；对于波形特征为单一或者双峰的，暂不予定性；(3)对于上一歩没有定性的，满足衍射法横波斜探头旋转时波形特征为单一的，定为错边或内凹；对于波形特征为双峰的，定为未焊透或未熔合。(4)对于上一步没有定性的，满足一纵一横双探头最高衍射波水平位置距焊缝中心远离斜探头侧，定为错边；对于一纵一横双探头最高衍射波水平位置距焊缝中心靠近斜探头侧，定为内凹。本发明一种基于数字超声波探伤仪，采用一纵一横高频、窄脉冲双探头，对在役厚壁(厚度40咖以上)大径管对接焊缝只能够单侧探测时根部缺陷进行定量、定性的检测方法，对于薄壁管道及允许进行双侧探测者，也可参照使用。通过移动横波斜探头，使其主声束击到裂纹、未焊透、未熔合等根部缺陷的顶部或焊瘤、内凹、错边等根部形状缺陷畸变严重部位所产生的最强衍射波，被置于焊缝上的纵波直探头接收，通过横波斜探头读出缺陷顶点深度，而移动纵波直探头可测量出斜探头侧母材壁厚，据此可实现对六种典型根部缺陷的定量，同时通过综合一纵一横双探头最高衍射波法测得的缺陷高度、水平位置等定量数据以及横波斜探头转动扫査时衍射波形特征，可对六种典型根部缺陷的定性，解决了厚壁大径管对接悍缝只能够一侧探测时，根部缺陷难以进行判断的难题。图1是本发明的一纵一横双探头衍射法探伤流程图；图2是本发明的焊缝根部缺陷定性、定量分类流程图。具体实施例方式本发明的厚壁大径管对接焊缝根部缺陷的检测方法，采用一纵一横双探头衍射法，见附5图l，其检测过程为(1)横波斜探头找根部缺陷的典型部位。利用调整好扫描比例的单横波斜探头，找到根部超标信号的焊缝典型部位；(2)—纵一横双探头找最高衍射波。局部磨平焊缝余高，固定横波斜探头在焊缝典型部位位置不动，变更探伤仪的工作方式为一发一收模式，置纵波直探头在磨平焊缝表面扫査，找到最高衍射波峰后，再固定纵波直探头位置，前后微动横波斜探头进行扫查，确定最高衍射波峰；(3)用横波斜探头对缺陷位置进行定位。变更探伤仪的工作方式为歩骤(1)所用的单横波斜探头单发单收模式，固定横波斜探头在最高衍射波处位置不动，记忆波形图和相关数据，读出探伤仪屮显示的根部缺陷顶端深度(H2)和水平位置；(4)用纵波直探头对焊缝进行测厚。变更到调整好扫描比例的纵波直探头通道，工作方式为单发单收模式，将纵波直探头往斜探头侧移动3mm左右，对斜探头侧母材壁厚进行测量(测量考虑磨平处焊缝余高影响)，并记录结果(H)。内凹、焊瘤、裂纹、未焊透、未熔合、错边等焊接接头根部缺陷的形成都有各自不同的成因，在超声波检验中所表现的一些特征也不尽相同，由于缺陷的方位、大小、高度、性质的不同，其在焊接接头中的水平和垂直位置以及衍射波形也不尽相同。在对根部缺陷的单面单侧定性、定量判断中要结合焊接接头的形式、焊接位置、坡U形式、单斜探头反射波形以及一纵一横双探头衍射波形综合考虑进行判定。对六种典型根部缺陷通过焊缝试块和对比试块进行单面单侧的检测，采用一纵一横双探头衍射法。焊缝试块根部设计裂纹、未焊透、未熔合、焊瘤、内凹和错边六种根部缺陷，均采用手工氩弧焊封底、电焊盖面、单面焊双面成型的焊接工艺，并且都进行焊后热处理。需要进行根部缺陷检测的焊缝外表面必须用砂轮将焊高去除，打磨平滑，以利于超声检测作业的实施。对比试块，按同种管道或类似材质(声学性能相近)的材料，制成厚度为20mm、40ntm、80mm的对比缺陷试块，缺陷的尺寸要求准确，误差士O.l毫米，要保证各类缺陷上下左右间隔25mm以及探头移动范围。1、内凹主要出现在吊焊焊口的仰焊或仰焊爬坡部位，主要是因为在根部焊接时，电流太大或焊接运条速度太慢，熔化的根部金属在自重力作用下形成的，内凹是一个圆弧形的曲面，对于超声波来说它是一个凸面，反射波是发散的。由一纵一横双探头衍射法得到的试验数据和波形图可知单横波斜探头波形特点(1)内凹反射波较低，其深度显示值H,—般略小于母材厚度H。;(2)焊缝单面单侧扫査时水平位置距焊缝中心靠近斜探头侧；(3)探头转动或摆动时，波形比较单一。一纵一横双探头波形特点(1)内凹衍射波较高，其深度显示值H2—般略小于母材厚度H。；(2)焊缝单面单侧扫査时水平位置距焊缝中心靠近斜探头侧；(3)探头转动或摆动时，波幅上下起伏较大，波形比较单一。2、根部焊瘤是由于氩弧焊打底时焊接电流过大、运条速度过慢、焊接手法不正确或第一遍电焊填充使用焊条直径过大、焊接电流过大使打底层烧穿等原因产生的。水平固定焊口在平焊和上爬坡位置容易产生根部焊瘤，特别是平焊位置。一般在根部焊瘤高度不超过规程规定的情况下不影响焊口质量，但由于超声波入射后在根部炸瘤圆弧面反射产生聚集，反射波较高，往往会被误判为未焊透。由一纵一横双探头衍射法得到的试验数据和波形图可知单横波斜探头(1)焊瘤反射波波形尖锐、陡峭、清晰、波幅较高，因焊瘤弧面总是能很好的将声束收敛反射至探头，所以探头前后移动时在一定范围内移动均有反射，其深度显示值H,—般略大于母材厚度H。；(2)焊缝单面单侧扫查时水平位置距辉缝中心远离斜探头侧；(3)探头转动或摆动时，波形比较单一。一纵一横双探头(1)焊瘤衍射波较低，其深度显示值H2—般大于母材厚度H。；(2)焊缝单面单侧扫查时水平位置距焊缝中心远离斜探头侧；(3)探头转动或摆动时，波形比较单3、根部错边是由于被焊管材存在同心度误差和壁厚误差造成，多见于大口径壁管如热段管道、冷段管道、抽汽管道等。在超声波检测中对于错U焊接接头根部错边的判定是比较重要的，首先应观察反射部位外表面是否存在错口情况，因为大多数错U是由于管径同心度误差造成的，由于壁厚误差造成的根部错口反射很少见。一般情况下，外壁错口的管材如果在对口前没有使用坡口机在内壁加工内坡口，那么根部一定存在错口现象。其次为避免误判焊口的内部结构、形状尺寸的偏差，应对焊接接头进行必要的测厚，作为检测的辅助判定基础资料，再结合波形的特点进行综合分析和识别判断，然后做出检测结论。由一纵一横双探头衍射法得到的试验数据和波形图可知单横波斜探头(1)错边反射波较低，其深度显示值H,—般小于母材厚度H。；(2)焊缝单面单侧扫查时水平位置距焊缝中心远离斜探头侧；(3)由于错口面的凹凸不确定性，反射波的波峰上有小峰，探头前后移动时，波形较稳定，转动或摆动探头时，波形比较单一。一纵一横双探头(1)错边衍射波较低，其深度显示值H2—般略小于母材厚度H。；(2)焊缝单面单侧扫查时水平位置距焊缝中心远离斜探头侧；(3)探头转动或摆动探头时，波形7比较单一。4、根部未熔合是焊接接头根部焊缝金属与母材金属没有熔合而产生的填充空缺，是由于焊接电流过小、焊接速度过快、焊条焊偏、电弧磁偏吹、焊工运条角度不当、悍接处于下坡焊位置，或母材未熔化己被铁水覆盖等原因造成的。根部未熔合破坏了焊接接头根部的连续性，造成尖角部位应力集中，属于危险性缺陷。由一纵一横双探头衍射法得到的试验数据和波形图可知单横波斜探头(1)未熔合反射波较低，其深度显示值H,—般约等于母材厚度H。；(2)探头前后移动时，波形较稳定，转动或摆动探头时，在探测时可能出现双峰。一纵一横双探头(l)未熔合衍射波较低，其深度显示值H2—般略小于母材厚度H。；(2)探头转动或摆动探头时，会出现双峰。5、氩弧焊打底时焊缝根部未焊透缺陷是不多见的，但有时因坡口加工不良，钝边太厚或一侧厚一侧薄，加上焊接电流太小或焊接操作方法不当时，也会产生未焊透缺陷。未焊透破坏了焊接接头的连续性，减少了焊缝的有效截面积，在尖角部位产生的应力集中在交变载荷的共同作用下往往是裂纹源。在标准中明确规定氩弧焊打底的焊口根部不允许未焊透。由一纵一横双探头衍射法得到的试验数据和波形图可知单横波斜探头(1)未焊透反射波较低，其深度显示值H1—般约等于母材厚度H。；(2)焊缝单面单侧扫査时水平位置距焊缝中心靠近斜探头侧；(3)探头前后移动时，波形较稳定，转动或摆动探头时，可能出现双峰。一纵一横双探头(1)未焊透衍射波较低，其深度显示值H2—般略小于母材厚度Ho;(2)焊缝单面单侧扫查时水平位置距焊缝中心靠近斜探头侧；(3)探头转动或摆动探头时，会出现双峰。6、裂纹多存在于焊缝根部的熔合线附近，当焊接规范选择不合理、焊接产生应力较大、焊接材料选用不当等原因时会产生裂纹。裂纹是所有焊接缺陷中最危险的缺陷，因此在检验中应了解被检工件的材质，向组装人员和焊接人员了解组装情况和焊接过程，对易产生热裂纹、冷裂纹、再热裂纹的部件应有针对性的检验裂纹的措施，对有延迟裂纹、再热裂纹倾向的材料应在焊接或热处理工作结束24小时后检验。由一纵一横双探头衍射法得到的试验数据和波形图可知单横波斜探头(1)探测时裂纹反射波强烈，因裂纹表面曲折，没有光滑的界面，反射波波脚较宽，且波峰常出现多峰现象，其深度显示值H,—般小于母材厚度H。；(2)探头前后平行移动时，波峰此起彼伏，摆动或转动探头时，波峰下降很快，易出现多峰，波形没有未焊透波形稳定；一纵一横双探头(1)裂纹衍射波较高，其深度显示值H2—般小于母材厚度H。；(2)探头转动或摆动探头时，会出现多峰。根据上述六种典型根部缺陷的试验结果分析，对比六种典型根部缺陷衍射法的特征，如表1所示，可知内凹、焊瘤、错边根部形状缺陷的反射界面圆滑，不具有端角反射的特征，故一纵一横双探头衍射法时探头旋转或摆动探头，只能接收到一次波产生衍射回波，其波形单一；未焊透、未熔合的根部缺陷，一纵一横双探头衍射法时探头旋转或摆动探头，除了能接收到一次波产生衍射回波以外，很容易捕捉到端角衍射纵波，其波形易出现双峰现象；而裂纹的反射界面呈不规则状态，附生面不平整、不光滑，一纵一横双探头衍射法时探头旋转或摆动探头，除了能接收到一次波产生衍射回波和端角衍射纵波以外，还会产生许多起伏不平的浮生波，其波形易出现多峰现象。表1六种典型;<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表1可知，缺陷的定性分类可使用以下几个判据来进行缺陷最高衍射波深度关系、衍射法探头旋转时波形特征和缺陷最高衍射波的水平位置。通过综合一纵一横双探头最高衍射波法测得的缺陷高度、水平位置等定量数据以及横波斜探头转动扫查时衍射波形特征构成的焊缝根部缺陷定性、定量分类流程图来实现对缺陷性质的判定，如图2所示，流程图程序已将定性分类质控法标准化，一但获得上述某一判据，流程即中止，其过程如下(1)凡满足H2大于H。，定为焊瘤；对于H2小于H。的，暂不予定性；(2)对于上一步没有定性的，满足衍射法横波斜探头旋转时波形特征为多峰的，定为裂纹；对于波形特征为单一或者双峰的，暂不予定性;(3)对于上一步没有定性的，满足衍射法横波斜探头旋转时波形特征为单一的，定为错边或内凹；对于波形特征为双峰的，定为未焊透或未熔合。(4)对于上一步没有定性的，满足一纵一横双探头最高衍射波水平位置距焊缝中心远离斜探头侧，定为错边；对于一纵一横双探头最高衍射波水平位置距焊缝中心靠近斜探头侧，定为内凹。根据上述分析，我们提出了一纵一横双探头根部缺陷衍射法的超声波探伤工艺使横波斜探头主声束击在裂纹、未焊透、未熔合等根部缺陷的顶部或炸瘤、内凹、错边等根部形状缺陷畸变严重部位所产生的最强衍射波，被置于焊缝上的纵波直探头接收，通过横波斜探头和纵波直探头分别对缺陷深度和斜探头侧壁厚进行测量，可实现对六种典型根部缺陷的定量，同时通过综合一纵一横双探头最高衍射波法测得的缺陷高度、水平位置等定量数据以及横波斜探头转动扫查时衍射波形特征，可实现对六种典型根部缺陷的定性，解决了厚壁大径管对接焊缝只能够一侧探测时，根部缺陷难以进行判断的问题。权利要求1、一种基于数字超声波探伤仪，采用一纵一横高频、窄脉冲双探头，对在役厚壁大径管对接焊缝只能够单侧探测时根部缺陷进行定量、定性的检测方法。2、根据权利要求1所述的厚壁大径管对接评缝根部缺陷的检测方法，对根部缺陷进行定量的检测流程如下(1)利用调整好扫描比例的单横波斜探头，找到焊缝根部超标信号典型部位；(2)局部磨平焊缝根部超标信号典型部位余高，横波斜探头找到典型部位缺陷最大波高后，变更探伤仪的工作方式为一发一收模式，置纵波直探头在磨平焊缝表面扫査，找到最高衍射波峰，再固定纵波直探头位置，前后微动横波斜探头进行扫査，确定最高衍射波峰；(3)变更探伤仪的工作方式为步骤(1)所用的单横波斜探头通道单发单收模式，固定横波斜探头在最高衍射波处位置不动，记忆波形图和相关数据，读出探伤仪中显示的根部缺陷顶端深度(H2)和水平位置；(4)变更到调整好扫描比例的纵波直探头通道，工作方式为单发单收模式，将纵波直探头往斜探头侧移动3mra左右，对斜探头侧母材壁厚进行测量(测量时应考虑磨平处焊缝余高影响)，并记录结果(H',);(5)缺陷的高度H二IH。-HaI。3、根据权利要求1所述的厚壁大径管对接焊缝根部缺陷的检测方法，通过综合一纵一横双探头最高衍射波法测得的缺陷高度、水平位置等定量数据以及横波斜探头转动扫査时衍射波形特征对缺陷进行定性的流程如下(1)凡满足H2大于H。，定为焊瘤对于H2小于H。的，暂不予定性；(2)对于上一步没有定性的，满足衍射法横波斜探头旋转时波形特征为多峰的，定为裂纹；对于波形特征为单一或者双峰的，暂不予定性；(3)对于上一步没有定性的，满足衍射法横波斜探头旋转时波形特征为单一的，定为错边或内凹；对于波形特征为双峰的，定为未焊透或未熔合。(4)对于上一步没有定性的，满足一纵一横双探头最高衍射波水平位置距焊缝中心远离斜探头侧，定为错边；对于一纵一横双探头最高衍射波水平位置距焊缝中心靠近斜探头侧，定为内凹。全文摘要本发明公开了一种基于数字超声波探伤仪，采用一纵一横高频、窄脉冲双探头，对在役厚壁(厚度40mm以上)大径管对接焊缝只能够单侧探测时根部缺陷进行定量、定性的检测方法，对于薄壁管道及允许进行双侧探测者，也可参照使用。通过移动横波斜探头，使其主声束击到裂纹、未焊透、未熔合等根部缺陷的顶部或焊瘤、内凹、错边等根部形状缺陷畸变严重部位所产生的最强衍射波，被置于焊缝上的纵波直探头接收，通过横波斜探头读出缺陷顶点深度，而移动纵波直探头可测量出斜探头侧母材壁厚，据此可实现对六种典型根部缺陷的定量，同时通过综合一纵一横双探头最高衍射波法测得的缺陷高度、水平位置等定量数据以及横波斜探头转动扫查时衍射波形特征，可对六种典型根部缺陷的定性，解决了厚壁大径管对接焊缝只能够一侧探测时，根部缺陷难以进行判断的难题。文档编号G01B17/02GK101504391SQ20091004284公开日2009年8月12日申请日期2009年3月11日优先权日2009年3月11日发明者亮熊,陈红冬申请人:湖南省湘电锅炉压力容器检验中心有限公司;湖南省电力公司试验研究院