直缝焊管焊缝超声波检测中误判案例及分析1 直缝焊管焊缝超声波检测中误判案例及分析 2 委托项目：直缝焊管焊缝超声波检测中误判案例及分析 3 2017年2月常州常宝钢管有限公司来我校考察参观，在参观金属材料检测实训中心后，感慨该实训中心的检测设备仪器成套完善，并向我院提出是否可以接受该企业委托，为该企业提供技术服务。之前该企业在生产过程中，对直缝焊管焊缝进行超声波检测时常有误判现象，为了解决此问题，该企业委托我院来解决此问题。委托项目：直缝焊管焊缝超声波检测中误判案例分析。
图1：直管焊缝 4 超声波检测具有灵敏度高、检测速度快、穿透能力强、成本低和对人体无害等优点,在油气长输管线钢管的生产、检测过程中得到了广泛应用。直缝焊管超声波检测过程中,除了有因裂纹、未焊透、气孔、夹渣等缺陷引起的反射回波外,还有焊缝咬边、凹坑、焊缝几何形状等引起的非(伪)缺陷反射回波[1],因此,能否正确判定是缺陷(不连续性)还是非(伪)缺陷引起的反射回波就显得尤为重要。实际检测时,要迅速、准确地判定也非易事,除非检测人员经验非常丰富。本案例介绍了一个非(伪)缺陷反射波引起的误判案例,并分析了误判的原因。 超声波检测设备及检测结果 用多通道自动超声波探伤系统检测某订单559 mm *10 mm *12 000 mm直缝埋弧焊管纵向焊缝时,发现有些焊管局部段出现报警、喷标现象,检验人员将这些焊管剔除出来,并对这些有异常反射信号的部位进行手工复查,具体情况如下。 1.检测焊管相关参数 焊管规格为559mm*10mm*12 000mm,材质为X65(L450),内、外焊缝宽度为18~20 mm,内、外焊缝余高为1.5~2 mm,X形坡口,采用三丝埋弧自动焊焊接。 2.检测设备 自动检测采用具有喷标及报警装置的多通道自动超声波探伤系统,设备配置多个2.5P K3,2.5P K2和2.5P K1.5探头。手工检测采用中科创新公司的HS600便携数字式超声波探伤仪,2.5P9 9K 3,2.5P9 9K 2和2.5P 9 9K1.5探头,探头前沿8~9mm,扫描比例为仪器自动调节,声程为S,水平距离为L,深度为H。耦合剂为浆糊。 3 检测灵敏度 1.6 mm竖通孔的100%反射,波高提高6dB。 4 手工检测结果 分别使用2.5P9*9K3,2.5P9*9K2和2.5P9*9K 1.5探头对这些异常部位进行手工复查。使用K3探头检测时未发现异常反射信号,使用K2探头检测时有部分异常反射信号,而使用K1.5探头检测时均有较大当量反射信号。这些大当量反射信号主要表现为:焊缝一侧探头前沿距焊缝零距离左右,出现较大当量反射信号,探伤仪显示的声程S=32mm、深度H=17mm、简化水平距离L1=19mm;而焊缝另一侧未见反射信号。由于以往也出现过母材及热影响区存在钢板分层、夹杂等缺陷(欠),造成焊缝一侧扫查时有反射信号,而另一侧未见(或较低)反射信号的情况,所以,现场有些检验员就根据以往的经验,将此反射信号判定为母材边缘热影响区的缺陷(欠)。但对异常部位气刨及取样,进行低倍酸腐蚀宏观检验,均未发现缺陷(欠)存在。低倍酸腐试样宏观照片见图1。
图2 低倍酸蚀试样宏观照片 五、案例展示 1.异常反射信号试样的再检测由于出现的异常反射信号主要集中在使用 2.5P9*9K 1.5探头检测时,故使用2.5P9*9K 1.5探头不同条件下对异常部位进行了手工 1.1 手指蘸耦合剂在内焊缝表面点击 超声波检测时,用手蘸浆糊在外焊缝上轻轻点击,反射回波有跳动;用手蘸浆糊在探头对侧的内焊缝表面点击,反射回波也会有跳动。 1.2修磨内、外焊缝 用砂轮机打磨外焊缝,反射回波没有消失或降低;而用砂轮机打磨探头对侧的内焊缝后,此反射回波消失。 1.3 取样酸蚀及低倍观察 对异常部位取样酸蚀及低倍观察,未发现缺陷(欠)存在,但在酸蚀样截面发现内、外焊缝有焊偏的现象。对照自动超声波喷标的位置都发现有焊偏现象,焊偏宏观形貌见图1。从图1可以看出,内、外焊缝偏差约2mm,且所有这些异常部位的内焊缝均偏向放置探头的一侧。 2 检测过程 分析已知:材料壁厚t=10 mm,内、外焊缝宽度18~20mm,内、外焊缝余高1.5~2 mm,所用探头K 1.6(实测探头折射角为58?),探头前沿长度8mm,探头前沿距焊缝零距离,探伤仪显示的声程S=32mm,深度H=17mm,简化水平距离L1=19 mm。根据以上已知条件分析不同位置探伤时产生的反射回波。
图3 平板探伤的反射路径 2.1 平板检测 一般数字探伤仪显示的缺陷(欠)位置是按平板来计算的,其反射路径如图2所示。平板探伤相关参数的计算公式见式(1)和式(2)。 L=S sinB,(1) H=2t-ScosB,(2) 式中:L：缺陷水平距离,L=L1+探头前沿距离(L1为简化水平距离);S-声程;B探头折射角;t-钢板壁厚。 由公式(1)和公式(2)计算可知,反射信号应来自探头简化水平距离L1=19mm(至入射点水平距离L=27mm)、深度H=3mm、距焊缝中心约9 mm的位置。如果探伤人员不仔细分析,很可能将此误判为缺陷(欠)。 2.2 内、外焊缝中心对正时焊管的检测 实际检测焊管焊缝时,在内、外焊缝中心对正的情况下,由于焊缝余高和焊管均有一定弧度,此时反射信号的反射路径如图3所示。反射信号应来自探头简化水平距离L1=19 mm、深度H=6 mm、距焊缝中心约8mm的位置,且没有焊角反射的回波信号。探伤时如果在声程S=32mm处有反射回波,则可能为缺陷回波(即图4中的红点);如果此处没有缺陷,则其反射路径为如图5所示的情况。
图4 内、外焊缝中心对正有缺陷时的反射路径
图5 内、外焊缝中心对正无缺陷时的反射路径 2.3 内、外焊缝焊偏时钢管的检测 如果内、外焊缝出现图1所示的焊偏情况,用K 1.5探头对焊缝进行检测时,显示声程S=32mm,则一次波声束中心直射到对侧内焊缝余高的拐弯处,底部入射角突变至约35度(仍大于32度的临界角,此时没有反射纵波,只有反射横波),反射角也相应变小,形成变形波,变形波反射至外焊缝表面,形成良好的反射界面,反射波基本上沿原路返回,大部分能量被探头接收,所以在仪器上显示有很大当量的回波信号。此时无论外焊缝的表面是否平滑均有良好的反射界面,仪器均会显示很大当量的回波信号,其反射路径如图6所示。 如果打磨内焊缝拐角处(特别是将其打磨平滑后),就会改变变形波的产生条件,使回波信号消失,其反射路径如图7所示。而当探头在焊缝另一侧探测时,则由于底部的入射角和反射角均较大,不会出现图6所示的情况,无缺陷时将无反射回波,其反射路径类似于图5。如果内、外焊缝焊偏,而现场探伤人员又无法采取其他措施验证,这时就容易造成误判。
图6 焊偏时的变形回波路径
图7 焊偏底部磨平时的反射波路径 用K2探头对上述相同位置检测时,因内、外焊缝焊偏量存在差异,一次波有时射到焊趾位置,有时射到母材上,故探伤仪显示的异常反射信号时有时无。而使用K3探头对相同位置检测时,由于K3探头一次波水平距离大于K2,故看不到?底波%,也就看不到此伪缺陷的反射回波,K2和K 3探头不同的反射波路径如图8所示。
图8 K2和K3探头不同的反射波路径 测量结论 1内、外焊缝的焊偏造成了底部反射角的不规则反射,因此,焊偏是造成此次误判的主要根源。 2检测时数字式探伤仪显示的信息与实际情况的差异是造成误判的另一重要因素。数字式探伤仪显示的水平距离和深度等信息是按超声波在平板中传播的规律计算的,与工件实际的传播情况有所不同,如果检测人员仅以仪器的显示信息为依据判定反射波的位置,必将导致误判。 3从前述的检测试验中可看出,对非平板工件而言,数字式探伤仪显示的反射波位置信息(声程、水平距离、深度)中只有声程是有价值的。根据声程和声波传播路径可以找出产生反射回波的具体位置,推断出是缺陷反射还是焊缝几何形状造成的反射回波。传统的模拟探伤仪大多根据水平距离或深度来调节扫描比例,较少人使用声程来调节扫描比例,因为仪器所提供的只是水平距离或深度信息,要想了解其他参数只能通过计算,在这种情况下,较容易导致误判,除非检测人员实践经验较丰富,能应用多种方法进行综合判定。 4在实际超声波探伤过程时,当出现文中所述的情况,为避免误判或漏检,应采用手摸、拍打、砂轮打磨、金相解剖等多种检测方式进行综合判断,这是很有必要的。 结束语 对出现异常反射信号的试样进行了分析和试验,并将分析和试验结果反馈给生产部门,生产部门调整了相应设备,从而消除了焊缝焊偏对超声波检测造成的影响,提高了检测准确率,减少了误判带来的损失。 |
