金属管道对接焊缝超声检测缺陷类型识别研究

金属管道对接焊缝超声检测缺陷类型识别研究

张叶飞

上海华谊建设有限公司（邮编：200232）

摘要：作为一种要求较高的无损检测项目，金属管道对接焊缝超声检测对于检测人员的操作水平以及专业知识有着极为严格的要求。文章简述了超声检测技术，并从检测前调试、探伤操作以及仪器负荷三个角度分析了仪器调试的主要技巧，重点阐述了信号判别要点，包括定位排除、仪器或探头杂波、焊角反射、咬边与沟槽反射、错位反射以及其他假信号，可保证金属管道对接焊缝超声检测缺陷类型识别的实际效果，希望能够为同行业工作者提供一些帮助。

关键词：金属管道；对接焊缝；超声检测；仪器调试技巧；信号判别

引言：火电、石化以及核电等诸多工业领域均广泛应用金属管道，由于金属管道的特殊性使得想要保证焊接效果较为困难，若过程中焊接操作不到位则将增大裂纹、气孔等不良情况的发生风险。这就需要选择使用超声波检测手段，充分发挥其较高的灵敏度检测等性能优势。相较射线检测方法，超声检测技术更为智能化与自动化，且探伤速度更快，有着极强的穿透力，进而保证了金属管道的焊接深度。正是由于超声波检测多种优势，使得其在金属管道探测场合能够更为精确的定位管道中的多种缺陷，例如裂纹、气孔等。同时，应确保金属管道对接焊缝超声检测缺陷类型的识别效率与质量，保证焊接过程中所存在问题的分析及时性与准确性，进而起到延长金属管道使用寿命的重要作用。[1]

1 超声检测技术概述

A型脉冲反射法是超声检测的主要方式，此类技术简单来说就是利用电路发射具有一定频率的电脉冲，反映至具体的电声换能器探头，从而基于换能器发出对应的超声波以检测所存在的管道缺陷。所发出的超声波能够基于实际需求发生对应变化，并能够在面对不同的工件时产生差异化的反射与透射现象，所反射的信号将会备电换能器及时接收，形成对应电信号并进行扩大与调理处理后，促使计算机展开后续的信号处理与数据分析。图1为常见的管道焊缝超声检测设备。

图1 常见的管道焊缝超声检测设备

2 仪器调试技巧

2.1检测前调试

仪器的调试效果与检测工作能否顺利展开存在着密切联系，需要工作人员通过反复练习才能够确保技能掌握的全面性，要求在对技能掌握的同时明确仪器设备的自身性能以及结构要点，进而将仪器检测的准确度进一步提升。尤其是在使用新的检测仪器设备前，更需要保持谨慎的态度，严格遵循仪器的操作要求推进检测进程。相关仪器的操作方式主要包括以下几点：

第一是应获取到仪器设备厂家为仪器配备的操作指南，使用测量探头前需要首先定位 R100圆弧的反射波，要求应在其缓慢移动的过程中与R50圆弧反射波相联系产生对应的变化，直至与R100圆弧反射波之间的比例达到1:4.但从实际的操作情况来看，往往只需要准确定位到R100圆弧对应反射波即可完成操作任务，所获得的测量数据同样能够保证其准确性[1]。另外一种情况则是需要始终保持测量探头的水平位置，通过对探头进行平移处理，可使R50圆弧发生对应变化，此时即可进行测量，无需达到设定的比值关系。超声波受周边不确定因素影响的情况较多，在超声波不产生变化的情况下，波的高度将与距离之间形成反比例关系，对应的波束横截面同样会在一定程度上发生变化，且声压将跟随两边的轴线降低而减小，因此强调必须达到二者的比值要求并非必要；

第二是展开针对仪器设备的调试工作过程中，需要始终强调准确定位最高发射波的重要性，该过程与回波的高度、操作人员的技术水平以及探头设置的角度之间存在着密切联系。为创设良好的仪器调试环境，要求在实际展开调试工作期间需要维持接近实际检测情况的状态，不可只为了高波的寻找而经常性的有意将按压的力度予以增加，需确保探头可根据实际需求灵活转动。为避免出现由于探头转动角度设定得不正确而导致实际操作受到影响，建议使用合适工具对探头进行固定，促使探头能够正对反射面，进而将数据获取的误差予以减少；

第三是为确保仪器性能的判断效果，要求应基于设备的操作规范以及主要性能进行系统内容记忆，为后续的工作提供诸多便利条件。以探头为例，其前沿位置将会伴随使用次数的逐渐增长而产生轻重不同的磨损现象，其K值的大小同样会在这一过程中发生变动，无论是探头参数还是材料声速均存在着预定的偏差范围，要求作为调试人员需确保数据变化情况的观察实时性与及时性，并需要根据实际情况进行仪器设备的调整；

第四是伴随技术的更新与发展，多数仪器设备同样能够保证调试的自动化效果，进而将由于人为操作所导致的失误予以减少。但需要注意的是，检测人员同样需要持续提升自身的业务水平，确保对各类仪器设备的调试方式予以掌握的全面性[2]。例如k值以及扫描速度等皆可基于实际需求进行单独调试，要求需要在每个检测环节进行相互验证，同时配合使用多种方法对仪器设备进行调整，并保证其正确效果，需要工作人员强调夯实基层面知识理解基础的重要意义。

2.2探伤操作

第一是准备检测面。不同类型的仪器设备的调试均对应着特定的试块，虽然对于探伤检测有着较为理想的应用标准，但在实际的检测期间依旧存在着较为明显的理想差异。作为工作人员需要严格遵循预先所设定的执行标准展开检测面的准备工作，确保可能会对最终检测结果产生影响的油漆或污物等清理的及时性与全面性，应保证检测面的粗糙度须始终控制在25以下。尤其是检测面所处环境较为恶劣的条件下，更需要预先制定完善的清理方案，避免由于检测面腐蚀较为严重而影响到后续的焊缝探伤效果；

第二是刷涂耦合剂。耦合剂的刷涂需要确保均匀性，须将不能够对耦合剂灵敏度予以干扰作为刷涂的标准；

第三是调整仪器的探伤范围。DAC曲线完成后，即可基于实际情况调整板材厚度，保证一次波与二次波均能够准确对应40度与80度的水平刻度；

第四是需要调节扫查的灵敏度。若有纵向问题的检测需要，所设定的检测范围一般不应低于荧光屏满刻度的20%。此种情况下取板厚度一般应大于20%的平均线，从而确保所存在问题定位与解决的及时性；

第五是需使用合适的探头移动手法。合理的扫查方式是检测对接焊缝的前提条件，为保证发出与接收信号的稳定性，一般需要采取一只手拿探头而另一只手进行较小角度转动的措施。

2.3仪器复核

    对于仪器设备进行复核工作的流程相对较为繁琐，包括基于相关规定针对扫描量程、扫查灵敏度以及探头系统的应用效果等内容。以扫查灵敏度复核工作为例，在完成曲线合成后即需要展开验证工作，一般需要在 CSK-ⅡA 试块上进行复核，判断对比深度的长横孔反射波dB数能否满足预期的检测要求

3 信号判别

3.1定位排除

    作为一种较为常见的缺陷检测方法，定位排除法的作用主要在于能够迅速定位疑似信号，选择较为接近的信号位置找出超声波信号.若信号靠近底面则极有可能是由于其下表面成型不良所导致产生的超声波回波[3]；若信号位置靠近焊缝接头则可将疑似信号予以排除；若二次波检测后发现金属管道焊缝的上层产生信号，则需要结合使用手掌沾油并拍打熔合线的措施，对信号的具体变化进行准确判断。

3.2仪器或探头杂波

从探头杂波的实际使用情况来看，其最为突出的特点在于吸收较快。为此，可充分利于其作用优势用以确保探头纵波反射的实际效果。从其工作原理的角度来看，在工件与探头不直接接触的情况下即可将所产生的信号直接投入到显示屏幕，基于探头的持续移动用以对位置进行改变，从而保证鉴别的准确性。图2为探头。

图2 探头

3.3焊角反射

所形成的焊角位置主要在母材与焊缝余高的交界处，若其余高对应满足相应条件即可产生焊角反射。而想要对焊角反射的具体情况进行判断，一般使用以下三种识别方法：

第一是一般情况下焊角反射与焊缝的余高之间存在着密切联系，余高较低的情况下对应的反射波较高即可将其认定为缺陷信号；

第二是焊角反射的信号深度同样能够反映出一定的信息，例如若信号深度与表面较为靠近，且只能够从一侧焊缝检测到对应信号，则可判定为缺陷信号；

第三是使用手指沾油的方法对焊角的位置进行接触，若发现存在信号跳动现象即可确定为焊角反射。

3.4咬边和沟槽反射

    通过对焊角反射的基本判定方式的分析，即可积累一定的咬边与沟槽反射判定方式。作为工作人员，就是需要通过采取定位与成型质量的观察措施，联系咬边的两侧是否能够对超声波信号进行检测的实际情况，即可判断出缺陷信号所处的准确位置。

3.5错边反射

    对信号错边反射的分析核心，在于基于对接焊缝上下是否存在错位情况用于准确判断缺陷类型.例如若发现背面错边的反射现象，则此时超声波信号一般存在于底波前，但此种方法的使用极容易产生误判断的情况.为此，在实际检测反射信号时，建议基于错边反射波在显示屏幕上展现出的不同位置用于进行信号以及相关信息的综合判断。

3.6其他假信号

    展开对焊缝进行超声波探伤的过程中，由于不同类型的工件在其结构方面可能会存在着一定的特殊性，因此假信号的情况产生较为频繁。例如单面焊接板材边角、表面凹坑现象均会导致产生超声波反射信号。对于检测人员来说，要求需明晰此类工件的实际结构，基于对焊缝表面情况的全面探析与准确定位，即可在短时间内对假信号进行识别，从而确保获取信号反射数据的准确性。

结束语：综上所述，对于金属管道来说在对接焊缝的缺陷类别检测过程中，要求检测人员需确保掌握超声波检测方法的准确性与全面性。第一是要求需要在调试仪器时始终维持探头的自然工作状态，进而避免产生探测灵敏度降低的现象；第二是无论在探伤期间还是完成探伤后，均需要选择使用试块进行灵敏度方面的复核，从而确保所获取到检测数据的准确性；第三是需要在对仪器的扫描范围以及扫查灵敏度进行科学调整的同时，配合采取科学的移动手法以保证检测效果，并将缺陷的检出率进一步提升；第四是需要准确判别假信号，要求检测人员需要对反射条件以及缺陷定位予以全面分析并作出正确阐述，丰富其自身的知识基础并提升其操作水平，为保证金属管道的使用质量奠定坚实基础。

参考文献

[1]王旭锋,张萍,付吉强.热油管道焊缝热影响区金属腐蚀行为研究[J].当代化工,2021,50(09):2120-2123+2127.

[2]曲杰,王怀江,陈秋华,李国立,黄尧,刘仁杰,刘双,胡祥云.基于磁梯度测量的金属管道焊缝与缺陷检测实验研究[J].工程地球物理学报,2021,18(03):289-299.

[3]杨新建， 基于电磁涡流技术的带包覆层金属压力管道焊缝定位装置的研制. 广东省，广东省特种设备检测研究院珠海检测院，2020-06-19.

[1]目前化工装置金属管道焊缝检测多数采用的是射线检测，故需明确采用超声检测相比射线检测的优势及使用场合