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螺旋钢管的超声波检测

更新时间:2017-02-17  作者:友发钢管



1、回波信号分析
  螺旋钢管焊接接头由焊缝及热影响区两部分组成。焊接熔池从高温冷却到常温,期间经历一次结晶和二次结晶。二次结晶发生在焊缝和靠近焊缝的金属区域,该区域在焊接过程中收到不同程度加热,在不同温度下停留一段时间后又以不同速度冷却下来,最终获得各不相同的组织和机械性能,称为热影响区。根据组织特征可将热影响区划分为熔合区、过热粗晶区、相变重结晶区和不完全重结晶区四个小区。其中熔合区和过热粗晶区组织晶粒大、塑性低,是产生裂纹局部脆性破坏发源地,是焊接接头的薄弱环节。所以热影响区缺陷问题不同于焊缝中的缺陷,处理起来较为复杂,对螺旋钢管质量影响较大。
  1.1 钢管热影响区母材存在夹杂物等
  依据API 5L(44版)标准,用2.5P 8×12 K2探头检测直径1016×21mm规格的螺旋钢管,发现深度在14mm—18mm左右,水平距离定位在焊趾边靠母材约2mm—5mm处有强烈反射波出现,缺陷信号断断续续。超基准波幅(φ1.6mm竖通孔100%波高)10dB,探头移到焊缝对侧则缺陷波反射很低或较难探测到。同时缺陷波根较宽,波峰为毛粗,主峰边上有小峰,根部带有小波,探头移动时,波形变化明显,从各个方向探测,反射波幅不相同,呈现出夹杂反射波特征。该信号出现在热影响区的母材区域,按照API 5L(44版)标准,PSL2的螺旋钢管母材不许补焊。为慎重起见,抽取超过基准波幅10dB以上且连续长度超过10mm的多处反射波位置进行细颗粒胶片拍片,发现部分反射波位置在内焊趾轮廓线处有点状夹杂,夹杂按API 5L(44版)标准评定合格。根据超声波和X射线探伤确定缺陷的横断面部位截取试样进行热酸腐蚀,发现熔合线靠母材侧有孔洞和夹杂物,该夹杂物符合 ASTM E45标准要求。
  1.2 焊角回波及变形波
  少部分反射信号时由于焊缝与母材交界处的焊角回波及变形波产生,因此需准确调整超声仪器,判定回拨产生的位置。当横波声束入射到探头对侧焊缝下表面的某些部位时,其反射横波S′和反射纵波L′垂直入射至上表面的某些特殊部位,再垂直反射沿原路返回,形成变形横波和变形纵波,与第一次底波一起,在荧光屏上显示,形状像“山”字形(图4)。内坡口变形波的传播和波形,在示波屏上有些变形波正好在二次波探测的范围内,往往可能被误判为二次波发现的缺陷。识别方法是:变形波在很大范围内,甚至在整个螺旋钢管焊道的周围都有。因此可将探头平行于焊缝移动以审视鉴别。
  1.3 偏析回波
  在对材质为X70、厚度为21mm的螺旋钢管焊缝探伤中,发现一条焊缝在板厚一半深处左右,有一反射信号出现。当反射波出现时,波型特征似微小裂纹波型,反射位置偏向焊缝坡口边沿母材侧,沿焊缝长度方向,断断续续出现。在其反射波的位置上,切取试样进行分析,磨制金相观察面后经抛光盐酸煮沸观察,未发现裂纹等缺陷。在超声波探伤一侧母材区域发现有一个弧形亮白区,经测定,弧形亮白区超声衰减系数大于其他部位,说明弧形亮白区的晶粒结构粗大,对超声传播产生很大影响。显微组织观察发现弧形亮白区为与母材色泽不同的部位,呈严重带状分布的组织,这是因为成份偏析所造成的一种粗晶粒组织。其对传播的影响很大,所以横波探伤时,在弧形亮白区位置产生回波信号。根据探伤中遇到的情况,初步判断为金属元素偏析的超声回波信号。偏析的回波信号波幅低而稳定,波峰尖锐、陡峭,波根狭窄。从波型特征分析,探头移动到回波信号位置,反射波幅不高,缺陷深度出现在板材厚度的中间,偏向焊缝边沿,当探头垂直于焊缝前后移动时,反射波很快消失,相似于板材夹层对焊缝边沿的影响,探头平行于焊缝移动时,反射波稳定,可以移动一定距离后慢慢消失。此类波型,很容易误判为裂纹缺陷波。部分超基准波幅按API 5L验收为不合格。因回波在母材区域,按API 5L PSL2要求母材不许返修,重新对该母材区域进行直探头检测,与钢板探伤时的反射信号一样,另外反射信号最高的部位取样作金相实验,看到母材有断续的分层。
  3、提高伪缺陷波判别准确性的方法
  在螺旋钢管焊缝超声探伤中,因为钢管焊接的工艺特点,示波屏上常常除始波和缺陷波外,还会出现一些由其他原因引起的伪缺陷回波,这些伪缺陷波干扰了对缺陷波的正确判别。以下是四种伪缺陷波的成因和鉴别方法。
  3.1 耦合剂反射波
  理论上要求耦合层厚度为半径长的整数倍,若耦合剂过于粘稠、流动性不好、耦合层厚度太厚,容易堆积在探头前部,从压电晶片反射的纵波有一部分转换成表面波,造成反射信号,用手轻轻抹掉探头前部的耦合剂,该波即会消失。
  3.2 焊缝表面焊痕反射波
  这种反射波在螺旋钢管现场施工对接焊缝中出现较多,由于钢管长度偏差,加上多层结构的累积误差,使部分钢管柱对接时焊缝宽度过大,多道施焊使焊缝表面形成一道道焊痕。当超声波扫查到焊缝时,会引起焊痕反射,该反射波信号不强烈、迟钝,一般出现在一、二次底波稍偏后位置。识别方法是将探头固定不动,用手沾耦合剂轻轻拍打焊痕处,该波则轻轻跳动。
  3.4 焊缝余高或咬边形成的非缺陷波
  当焊缝过高或咬边,很容易形成边角反射,影响判别。判定方法是:
        ①精确计算声程距离,根据显示屏显示的数据,确定缺陷的深度或水平位置来判别是否为缺陷波;
        ② 用手沾耦合剂轻轻拍打焊缝两侧,如反射波信号出现跳动,则说明该反射波是因为焊缝余高而造成的边角反射,并非缺陷波;
        ③利用手动电磨对焊缝余高或疤痕进行打磨后再进行检测,若此时反射波消失,则该反射波是非缺陷波。
  4、结论
  (1)超声反射信号超标,根据回波形等判为缺陷且符合补焊要求的严格按补焊规程补焊,补焊后按原超声标准进行复探。
  (2)综合运用各种无损检测方法和破坏性方法相结合。对于螺旋钢管热影响区反射信号超标,如不能准确判断缺陷性质,可采用射线拍片进行确认,为弄清缺陷性质,位于管端的可取样分析。
 
 
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