CN105987951A - 识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，该方法包括对内焊缝的边部进行探伤的过程，该过程包括：将横波探头置于母材的邻近该边部的外表面上，接收近侧的一次回波，再将所述横波探头置于母材的邻近另一个边部的外表面上，接收远侧的一次回波，若所述近侧的一次回波中有缺陷波，并且所述远侧的一次回波中没有缺陷波，则判定为母材在邻近该边部的第一区域内有夹杂缺陷。其能够快速准确地区分并识别出母材夹杂缺陷和夹渣/气孔缺陷，能够挽救大量的原本需要降级的管料，从而提高了资源的利用率和生产效率。

Description

识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法

技术领域

本发明涉及超声波探伤的技术领域，特别涉及一种识别焊缝边部的缺陷类型的探伤方法。

背景技术

为了使厚板具有抗硫抗酸性，在炼钢过程中必须进行脱磷脱硫处理。现有工艺中是通过加Ca来去除磷、硫的，这势必会在板边产生一定的母材夹杂物3(CaS等)，如图1所示，焊接后母材夹杂物3位于母材1中贴近焊趾处。另一方面，焊缝2的边部贴近焊趾处常会有焊缝气孔/夹渣4等点状缺陷存在。

由于母材夹杂物3与焊缝气孔/夹渣4的判定合格的标准不同，例如，焊缝气孔/夹渣4的判定以横波Φ1.6竖通孔为基准，而焊缝边部的点状母材夹杂物3是按纵波Φ6平底孔为准，两者当量差8-10dB。也就是说点状母材夹杂物3按焊缝缺陷判定为不合格时，按母材缺陷判定往往都是合格的。这在缺陷类型判断错误时就会造成不必要的浪费。而且缺陷类型不同应采取的挽救和调整措施也是不同的。若判定为焊缝缺陷应调整焊接参数，母材缺陷应及时通知厚板厂作调整，故必须把两者分辨出来。

由于两者的位置接近，形状都为点状，故现场探伤人员很难区分焊缝两旁的点状缺陷究竟是母材夹杂3还是焊缝夹渣/气孔4。

目前，国内外针对焊缝边部点状母材夹杂3和焊缝边部夹渣/气孔4的辨别通常用X射线工业电视。由于焊缝夹渣/气孔4等属于体积型缺陷，和没有缺陷处有一定的厚度差，而母材夹杂3类似于分层缺陷，它在厚度方向很薄，故厚度差很小，所以通过射线透照可以发现夹渣/气孔4缺陷但无法发现母材夹杂3缺陷。并且，不是所有的焊缝夹渣/气孔4都可以用工业电视发现到，尤其当母材公称厚度在22mm以上且夹渣较小时，在工业电视上是很难发现的。

故现有技术很容易把焊缝夹渣/气孔4误认为是母材夹杂3，一方面会造成误判，将不合格的判为合格，或者将合格的判为不合格；另一方面也会造成采取的挽救和调整措施不合适，进一步造成对材料的浪费。

发明内容

为了快速且准确地分辨出母材夹杂缺陷和夹渣/气孔缺陷，本发明提供了一种识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，该方法包括对内焊缝的边部进行探伤的过程：将横波探头置于母材的邻近该边部的外表面上，接收近侧的一次回波，再将所述横波探头置于母材的邻近另一个边部的外表面上，接收远侧的一次回波，若所述近侧的一次回波中有缺陷波，并且所述远侧的一次回波中没有缺陷波，则判定为母材在邻近该边部的第一区域内有夹杂缺陷。若所述近侧的一次回波和所述远侧的一次回波中均有缺陷波，则判定为焊缝在邻近该边部的第二区域内有夹渣/气孔缺陷。

该方法还包括对外焊缝的边部进行探伤的过程：将横波探头置于母材的邻近该边部的外表面上，接收近侧的二次回波，再将所述横波探头置于母材的邻近另一个边部的外表面上，接收远侧的二次回波，若所述近侧的二次回波中没有缺陷波，并且所述远侧的二次回波中有缺陷波，则判定为母材在邻近该边部的第一区域内有夹杂缺陷。若所述近侧的二次回波和所述远侧的二次回波中均有缺陷波，则判定为焊缝在邻近该边部的第二区域内有夹渣/气孔缺陷。

为了进一步地确定缺陷的具体位置和类型，所述对内焊缝的边部进行探伤的过程还包括：若所述近侧的一次回波中有缺陷波，并且所述远侧的一次回波中没有缺陷波，则，用所述横波探头在所述第一区域内移动，同时接收并观察一次回波，若该一次回波中出现缺陷波，则在该位置停止移动所述横波探头，此时的缺陷波的波形为静态波形；然后用所述横波探头在该位置处沿所述焊缝的宽度方向移动，同时接收并观察一次回波，此时的波形为动态波形，若所述静态波形为组成“山”字形的2-3条反射波，并且所述动态波形的包络呈马鞍形，则判定为母材在邻近该边部的该位置处有夹杂缺陷。

所述对内焊缝的边部进行探伤的过程还包括：若所述近侧的一次回波和所述远侧的一次回波中均有缺陷波，则，用所述横波探头在所述第一区域内移动，同时接收并观察一次回波，若该一次回波中出现缺陷波，则在该位置停止移动所述横波探头，此时的缺陷波的波形为静态波形；然后用所述横波探头在该位置处沿所述焊缝的宽度方向移动，同时接收并观察一次回波，此时的波形为动态波形，若所述静态波形为单条反射波，并且所述动态波形的包络呈光滑的山丘形，则判定为焊缝在邻近该边部的第二区域内有夹渣/气孔缺陷。

为了进一步区分焊趾处的倾斜微裂纹和母材夹杂，所述对内焊缝的边部进行探伤的过程还包括：若所述静态波形为组成“山”字形的2-3条反射波，并且所述动态波形的包络呈马鞍形，则将纵波探头在该位置处沿所述焊缝的长度方向移动，若接收到回波，则判定为母材在邻近该边部的该位置处有夹杂缺陷。所述纵波探头的检测中心频率为17.45MHz，晶片尺寸为5mm，有效检测范围为8mm宽、10mm厚。

优选地，所述第一区域为与焊趾的垂直距离小于8mm的区域。所述第二区域为与焊趾的垂直距离小于10mm的区域。

本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，能够快速准确地区分并识别出母材夹杂缺陷和夹渣/气孔缺陷，能够挽救大量的原本需要降级的管料，从而提高了资源的利用率和生产效率。

附图说明

图1为母材夹杂缺陷和夹渣/气孔缺陷的示意图；

图2为本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法的流程示意图；

图3为本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法的初步判定中对内焊缝的近侧进行探伤的示意图；

图4为本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法的初步判定中对内焊缝的远侧进行探伤的示意图；

图5的(a)和(b)分别为内焊缝的母材夹杂缺陷在图3和图4所示的状态下的一次回波的示意图；

图6的(a)和(b)分别为内焊缝的夹渣/气孔缺陷在图3和图4所示的状态下的一次回波的示意图；

图7为在本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法的初步判定中对外焊缝的近侧进行探伤的示意图；

图8为在本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法的初步判定中对外焊缝的远侧进行探伤的示意图；

图9的(a)和(b)分别为外焊缝的母材夹杂缺陷在图7和图8所示的状态下的二次回波的示意图；

图10的(a)和(b)分别为外焊缝的夹渣/气孔缺陷在图7和图8所示的状态下的二次回波的示意图；

图11的(a)和(b)分别为在本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法的再次判定中，内焊缝的母材夹杂缺陷的静态波形和动态波形的示意图；

图12的(a)和(b)分别为在本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法的再次判定中，内焊缝的夹渣/气孔缺陷的静态波形和动态波形的示意图；

图13为本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法所使用的纵波探头的探头频率波谱；

图14为本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法所使用的纵波探头的信号波形。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的识别焊缝边部点状母材夹杂物的探伤方法作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，是通过在生产现场的实际检验过程中发现的焊趾处母材夹杂和焊缝夹渣进行金相解剖，了解了两者的形貌、特征后再通过对超声波探伤理论的理解的基础上，针对埋弧焊焊趾处的反射波波形、位置以及探头和缺陷的相对位置来加以初步确认，并最终使用高精度的纵波探头进行最终确认。能够最大程度上避免判定错误，从而挽救了大量降级管。

参照图2，本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，包括初步判定，该初步判定利用母材夹杂3和气孔/夹渣4在焊缝两侧不同的横波反射特征来进行缺陷识别。由于在焊趾处的气孔/夹渣4缺陷如果是倾斜的微裂纹，则其反射回波的特征与母材夹杂3的反射回波的特征非常相似，因此基于初步判断还不能够准确无误地区分出母材夹杂3和气孔/夹渣4这两种缺陷。因此，还需要利用横波探头进行再次判定以及利用纵波探头进行判定。当发现有一次回波时，通过观察横波探头的反射回波的静态波形和动态波形，做出再次判定。当判定为是母材夹杂3时，需要进一步用纵波探头来识别，排除一些与母材夹杂3的横波反射特征类似的气孔/夹渣4缺陷。

以下结合附图3-14详细描述本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法。

第一步：通过母材夹杂3和气孔/夹渣4在焊缝两侧不同的横波反射特征进行初步判定。

参照图1，由于焊缝2包括内焊缝21和外焊缝22，因此，以下分别基于对内、外焊缝的探伤过程进行描述。

图3和图4所示为对内焊缝21的左边部进行探伤的示意图。

如图3所示，先把横波探头5放置到焊缝左侧的母材1的表面上，如果发现内焊缝21有近侧回波，即一次横波为缺陷波，反射明显，为2－3根回波，如图5(a)所示，并且该缺陷波出现在被探测的位置为离开焊趾0-8mm处，其当量一般低于Φ1.6竖通孔2－4dB左右；再如图4所示，把横波探头5放置到焊缝右侧的母材1的表面，此时发现远侧无明显回波，即无缺陷回波，如图5(b)所示，此时初步判定为有邻近焊缝的点状母材夹杂3缺陷。

相应地，若发现内焊缝21有近侧回波，即一次波为缺陷波，该缺陷波为单根回波，如图6(a)所示，并且该缺陷波出现在被探测的位置在焊趾内0－10mm处；再如图4所示，把横波探头5放置到远侧，发现远侧也有明显一次回波，即缺陷回波，为单根回波，如图6(b)所示，且出现缺陷波时被探测的位置近侧和远侧测试时基本一致，并且近侧回波的当量一般高出Φ1.6竖通孔4－6dB左右，远侧高出2－4dB左右，此时初步判定为焊缝有夹渣/气孔4缺陷。

以上所述为对内焊缝21的左边部进行探伤的过程，对内焊缝21的右边部进行探伤的过程与此相似。

图7和图8所示为对外焊缝22的左边部进行探伤的示意图。

如图7所示，把横波探头5放置到左侧，发现外焊缝22近侧无明显二次回波，即无缺陷回波，如图9(a)所示；再如图8所示，把横波探头5放置到右侧，发现远侧有明显的二次回波，即有缺陷回波，为2－3根回波，如图9(b)所示，出现该回波时被探测位置离开焊趾0－8mm左右，且其当量一般低于Φ1.6竖通孔0－2dB左右，此时可初步判定该回波为近焊缝母材夹杂3。

相应地，若发现外焊缝22有近侧回波，即二次回波为缺陷波，如图10(a)所示，该回波出现时被探测的位置在焊趾内0－10mm处；再如图8所示，把横波探头5放置到右侧，发现远侧也有明显的二次回波，即缺陷回波，如图10(b)所示，且出现回波时其被探测的位置与近侧出现回波时被探测的位置基本一致，且近侧回波的当量一般高出Φ1.6竖通孔4dB左右，远侧的高出2－4dB左右，缺陷波均为单根回波，此时可初步判定为该回波为近焊缝夹渣/气孔4。

使用上述初步判定步骤，已经可以分辨出母材夹杂3缺陷和夹渣/气孔4缺陷，但还不够准确。例如，在焊趾处的倾斜微裂纹，虽然其产生的几率很低，但在特殊情况下其裂纹内也会有夹杂物，因此其反射特征与母材夹杂3十分类似，故初步判定还存在一定的误判概率，会将焊趾处的倾斜微裂纹误判为母材夹杂，因此必须结合再次判定和利用纵波探头的方法加以综合判断。

第二步：通过焊址处的母材夹杂3和焊缝的夹渣/气孔4的反射回波的静态波形和动态波形的不同，进行再次判定。由于母材夹杂的反射波静态波形常常有“山”形和一定的锯齿状，波形较虚，动态包络线为“马鞍”形而夹渣缺陷的反射波静态较为平整，波形较实且为单根波，动态包络线为平滑的“山丘”形。因此，基于这些特性，可进一步对该类缺陷进行识别。

用横波探头5扫查，当发现纵向缺陷(指沿焊缝宽度方向的缺陷)时，先停止横波探头5的移动，观察静止状态下的静态波形，若缺陷波的静态波形为2-3条反射波且其组成“山”字形，如图11(a)所示；再前后(指沿焊缝宽度的方向)移动横波探头5，若发现动态移动时的动态波形的包络线呈“马鞍”形，如图11(b)所示，此时，可再次判定为焊缝边的点状母材夹杂3。这是因为母材夹杂3是含有其它杂质，夹杂物与母材的声速不同，故静态反射有2-3根波幅不同的反射波。

相应地，用横波探头5扫查，当发现纵向缺陷(指沿焊缝宽度方向的缺陷)时，先停止横波探头5的移动，观察静止状态下的静态波形，若缺陷波的静态波形为单条反射波，如图12(a)所示；再前后(指沿焊缝宽度的方向)移动横波探头5，若发现动态移动时的动态波形的包络线呈光滑的“山丘”形，如图12(b)所示，此时，可再次判定为焊缝内的夹渣/气孔4缺陷。

第三步：结合纵波探测方法，最终判定是否为母材夹杂3。

由于前面两步无法百分百地识别出焊缝边部的点状母材夹杂3，而这种面积型得母材缺陷用纵波分层探头是可以有效确认的。但是常规的纵波分层探头无法发现此类母材夹杂。所以，该步骤中需要使用高精度的纵波单晶小探头，该探头的特性如图13和图14所示，其参数为：阻尼50Ω，增益40dB，晶片尺寸为5mm，由压电复合材料制成，有效检测范围是8mm宽、10mm厚，检测中心频率为17.45MHZ。

由于晶片尺寸小，其近场长度小，信噪比和分辨率高，同时其中心频率很高，能量集中，故能检测到此类较小的点状母材夹杂物。若用常规的分层探头，其晶片尺寸为10mm以上，频率一般低于或等于5MHZ，由于能量相对低，晶片尺寸大，故其信噪比和分辨率达不到能分辨出此类缺陷的目的。

但是，由于该类小探头的直径较小，只有5、6mm，手握时比较费劲，且移动时一次扫查的面积很小，故直接用它来识别焊缝边部的点状母材夹杂3效率很低；且左右来回扫查时间过长后会造成探伤人员的手势变形，最终会造成漏检。

因此，需要通过前面两个步骤(即上述的第一步初步判定和第二步再次判定)，通过前面两步可以把缺陷所在的位置的范围大幅地缩小，同时通过前面两步的铺垫可以基本确认该缺陷在焊缝长度上的位置。

在该步骤中，将高精度的纵波探头放置在目标位置上，略作左右(指沿焊缝长度的方向)移动，若发现母材夹杂物3的反射回波，则可以最终判定为在邻近焊缝的边部具有母材夹杂3缺陷。然后可以按校验好的当量进行判断此夹杂物是否超标。

在实施本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法之前，还需要进行如下调整和校验步骤：

1)在探伤开始前，根据在和钢管相同材质、壁厚、管径的样块上调整仪器的横波深度1：1或深度1：2的扫描速度，并调整特制分层小探头的纵波1：1的扫描速度。

2)按照标准使用样块上直径1.6mm的竖通孔画出相对应的横波幅曲线，并根据钢管和样块的表面耦合差异进行一定的补偿。

3)按照标准使用样块上直径6mm的平底孔调整特制分层小探头的当量。

本发明的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，是针对原有的射线探伤方法无法对焊缝边部母材夹杂物进行定性、检测效率低、造成了批量合格管料的误判等问题，而研制发明的。该方法通过母材夹杂物和焊缝热影响区的夹渣、气孔缺陷的不同波形、不同当量、焊缝两侧不同特征来区分缺陷类型，具有探伤效率高、操作方便、环保的优点。

该方法解决了对母材夹杂类缺陷的定性能力，从而大幅减少了相关的金相实验。同时，该方法由于可以准确地鉴别出母材夹杂缺陷，因此挽救了大量原本需要降级的管料，例如，在西气东输项目中，在有效分辨了母材夹杂物和焊缝夹渣缺陷后挽救的管料共计486根，按该项目1016×21管料的重量平均值计486根×4.40吨/根＝2138吨，按该项目的合格管和降级管料的差额为2500元/吨计算，总共节约成本为2138吨×2500元/吨＝534.5万元。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，其特征在于，该方法包括对内焊缝的边部进行探伤的过程，该过程包括：将横波探头置于母材的邻近该边部的外表面上，接收近侧的一次回波，再将所述横波探头置于母材的邻近另一个边部的外表面上，接收远侧的一次回波，若所述近侧的一次回波中有缺陷波，并且所述远侧的一次回波中没有缺陷波，则判定为母材在邻近该边部的第一区域内有夹杂缺陷。

2.根据权利要求1所述的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，其特征在于，所述对内焊缝的边部进行探伤的过程还包括：若所述近侧的一次回波和所述远侧的一次回波中均有缺陷波，则判定为焊缝在邻近该边部的第二区域内有夹渣/气孔缺陷。

3.根据权利要求1所述的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，其特征在于，该方法还包括对外焊缝的边部进行探伤的过程，所述对外焊缝的边部进行探伤的过程包括：将横波探头置于母材的邻近该边部的外表面上，接收近侧的二次回波，再将所述横波探头置于母材的邻近另一个边部的外表面上，接收远侧的二次回波，若所述近侧的二次回波中没有缺陷波，并且所述远侧的二次回波中有缺陷波，则判定为母材在邻近该边部的第一区域内有夹杂缺陷。

4.根据权利要求3所述的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，其特征在于，所述对外焊缝的边部进行探伤的过程还包括：若所述近侧的二次回波和所述远侧的二次回波中均有缺陷波，则判定为焊缝在邻近该边部的第二区域内有夹渣/气孔缺陷。

5.根据权利要求1所述的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，其特征在于，所述对内焊缝的边部进行探伤的过程还包括：若所述近侧的一次回波中有缺陷波，并且所述远侧的一次回波中没有缺陷波，则，

用所述横波探头在所述第一区域内移动，同时接收并观察一次回波，若该一次回波中出现缺陷波，则在该位置停止移动所述横波探头，此时的缺陷波的波形为静态波形；

然后用所述横波探头在该位置处沿所述焊缝的宽度方向移动，同时接收并观察一次回波，此时的波形为动态波形，

若所述静态波形为组成“山”字形的2-3条反射波，并且所述动态波形的包络呈马鞍形，则判定为母材在邻近该边部的该位置处有夹杂缺陷。

6.根据权利要求2所述的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，其特征在于，所述对内焊缝的边部进行探伤的过程还包括：若所述近侧的一次回波和所述远侧的一次回波中均有缺陷波，则，

用所述横波探头在所述第一区域内移动，同时接收并观察一次回波，若该一次回波中出现缺陷波，则在该位置停止移动所述横波探头，此时的缺陷波的波形为静态波形；

然后用所述横波探头在该位置处沿所述焊缝的宽度方向移动，同时接收并观察一次回波，此时的波形为动态波形，

若所述静态波形为单条反射波，并且所述动态波形的包络呈光滑的山丘形，则判定为焊缝在邻近该边部的第二区域内有夹渣/气孔缺陷。

7.根据权利要求5所述的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，其特征在于，所述对内焊缝的边部进行探伤的过程还包括：若所述静态波形为组成“山”字形的2-3条反射波，并且所述动态波形的包络呈马鞍形，则将纵波探头在该位置处沿所述焊缝的长度方向移动，若接收到回波，则判定为母材在邻近该边部的该位置处有夹杂缺陷。

8.根据权利要求1或3所述的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，其特征在于，所述第一区域为，与焊趾的垂直距离小于8mm的区域。

9.根据权利要求2或4所述的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，其特征在于，所述第二区域为，与焊趾的垂直距离小于10mm的区域。

10.根据权利要求7所述的识别焊缝边部缺陷类型的探伤方法，其特征在于，所述纵波探头的检测中心频率为17.45MHz，晶片尺寸为5mm，有效检测范围为8mm宽、10mm厚。