用超声检测方法分析不锈钢焊管焊缝缺陷的性质

在钢管焊接检测中，真实反映焊缝中的缺陷性质有助于优化焊接工艺，降低材料损耗，提高生产效率。A型超声波探伤仪在不锈钢焊管焊缝检测过程中只能反映缺陷的位置和大小，而对缺陷性质的判定存在一定的困难。通过对焊缝加工工艺，缺陷几何位置和缺陷静、动态波形等几个方面的研究和综合分析，总结出了不锈钢焊管焊缝中存在的裂纹、未焊透、未熔合、夹渣和气孔等缺陷性质的评定方法。

不锈钢焊管因其制造成本低、生产效率高、焊接质量好等优点，在油气输送管线项目中得到了广泛应用。但由于焊丝、焊剂以及焊接工艺等影响，不锈钢焊管焊缝很容易出现气孔、夹渣、裂纹等缺陷。按照API SPEC 5L标准规定，应对钢管焊缝进行100%超声波、X射线等无损探伤。而目前，超声波检测常用的手探仪器为A型超声波探伤仪，这种仪器的检测数据只能反映出缺陷的位置和大小，而对缺陷的性质判定有一定的困难。对焊管生产来说，准确判定焊接缺陷性质，有助于优化焊接工艺，提高焊接质量和生产效率。在实际探伤中，根据实践经验，可以结合焊缝的加工工艺、缺陷存在的几何位置、缺陷的回波特点、缺陷的动态波形等，对缺陷的性质进行准确判定。

1焊接工艺对缺陷的影响

焊接坡口的加工方法和焊接工艺参数对缺陷的产生有一定影响。探伤前，应了解焊缝宽度、钝边位置、坡口形式、焊接填充材料、焊接方法和焊接工艺等。在探伤过程中，可以通过缺陷的位置、坡口和钝边以及焊接参数的对比，并结合实际工作经验，估判缺陷的性质。

2根据缺陷位置和大小估判缺陷性质

2.1裂纹

裂纹缺陷可能出现在焊缝区域，也可能出现在焊接热影响区。如果裂纹的分布沿焊缝方向（纵向），这类裂纹一般是在冷扩径后产生的；如果裂纹的分布垂直于焊缝方向（横向），这类裂纹一般是在焊接过程中产生于焊缝内外表面。

2.2未焊透

未焊透缺陷一般出现在双面焊的中部，是位于焊缝中部的面状缺陷，呈规则的长条形。未焊透缺陷一般产生于起弧和收弧端。

2.3未熔合

未熔合缺陷一般出现在焊接坡口面上，即焊接坡口未熔合。未熔合缺陷常因坡口面不干净或存在夹渣物而引起，这种缺陷会在焊缝中多处存在。

2.4夹渣和气孔

夹渣和气孔的位置是异常不规则的，对于自动埋弧焊主要分布在焊接起、熄弧中，其大小形状常呈体积型特点。

3根据缺陷特点估判缺陷类型

识别缺陷的类型是判定其性质的前提和基础。根据影响断裂机理分类，缺陷可分为平面型和体积型。焊缝中的裂纹、未熔合、未焊透均属于平面型缺陷，危害较大；而焊缝中的气孔、夹渣属于体积型缺陷，危害性相对较小。平面型和体积型缺陷在不同的方向探测，回波明显不同。

3.1平面型缺陷

一般情况下，平面型缺陷的回波当量较大，探头对准这类缺陷前后、左右扫查时，缺陷回波高度差异较大，在垂直于缺陷方向探测，缺陷回波较高；在平行于缺陷方向探测，缺陷回波较低，甚至无缺陷回波。

3.2体积型缺陷

一般情况下，这种缺陷的回波当量较小，探头左右、前后和转动扫查时，均显示动态波形；对缺陷做环绕扫查时，不同方向、不同声束角度的缺陷回波变化不明显。

4根据缺陷回波特点判定缺陷性质

缺陷内含物的声阻抗对缺陷回波高度有较大的影响，不同类型缺陷反射波的波形也有一定的差别。下面总结了焊缝中常见缺陷的波形特点。

4.1气孔

气孔呈空心状，内部介质为气体，声阻抗较小，反射面规则光滑，界面对超声波有发散作用。超声波探测时，单个气孔的回波高度低，波形独立，两侧无杂波和单峰。回波高度与气孔的大小有关，从不同方向探测，回波高度没有明显变化。探头稍一移动，反射回波立刻消失。

4.2夹渣

焊缝夹渣有金属夹渣物或非金属夹渣物，这些物质的声阻抗大，其界面反射率较低。超声波探测时，夹渣回波的高度较气孔的回波要低一些。由于夹渣物表面粗糙，有棱角，超声波会部分透入夹渣层而形成多次反射，因此，反射回波两侧常伴有锯齿形回波，波形较宽，主峰侧有小峰存在，起波速度较慢，探头转动时，回波波幅波动较小。从不同方向探测时，反射波幅明显不同。

4.3未焊透

未焊透缺陷是指焊接后母材钝边金属未熔化，这种缺陷位于焊缝中部，波形较独立。在焊缝两侧进行探伤时，会得到大致相同的反射波幅，在示波器上水平位置基本相同，探头沿焊缝方向平移，反射波幅稳定，无明显变化，波形具有规则长条形缺陷的特点，当声束方向相对于缺陷延伸方向改变时，回波波幅迅速降低。

4.4未熔合

未熔合缺陷是指焊接后焊缝与母材没有熔合在一起，这种缺陷表面较光滑，内部为气体。探伤时，超声波垂直入射到表面，回波高度较大，探头平移，波形较稳定。在焊缝两侧探伤时，由于未熔合缺陷两侧形状差异较大，反射波幅明显不同，有时只能从一侧检测到缺陷。

4.5裂纹

裂纹缺陷内含有气体，属于钢/空气界面，两种物质的声阻抗差异较大，超声波反射率较高。超声波探伤时，这类缺陷回波高度大，波幅宽，会出现多峰现象，缺陷的起波速度快，波峰尖锐。探头平移时，反射波连续出现。在裂纹的两个端点，起波迅速，回波消失也迅速。在焊缝两侧探伤时，回波波幅不同。探头转动时，波峰有上下错动现象。

5根据反射波的变化分析缺陷性质

对焊缝进行超声波探伤时，缺陷反射波的波形会随着探头的移动发生相应的变化。超声波入射到不同性质的缺陷上，其波形的变化是不同的。采用正常灵敏度探伤发现缺陷后，在显示屏上找到缺陷波的最高点，前后或左右移动探头，缺陷的反射波就会随探头的移动不断变化。观察缺陷反射波的变化规律，并以缺陷反射波的最高波峰为纵坐标，以探头移动距离或者探头偏转角度为横坐标，从而得到缺陷反射波的变化曲线，即动态波形图。动态波形图反映了缺陷的形状、分布和大小。

超声波探伤时，探头的移动方向不同，得到的缺陷反射波也会不同。

6结语

在对直缝不锈钢焊管焊缝超声波探伤过程中，灵活运用上述诸多方法，完全可以准确判断出焊缝中的各种缺陷的性质。通过对焊缝缺陷性质的分析，可以对焊接设备和焊接工艺改进提供完整、全面的信息和合理的数据，有助于优化焊接质量，减少材料损耗，提高生产效率。