超声波检测Y型节点打底层焊道异常信号研究

摘要：对超声波检测获取的异常信号分析是缺陷定性的主要手段。裂纹缺陷是焊接过程经常出现和最严重的缺陷之一，在所有标准和规范里都严禁存在。文章通过对Y型全熔透焊缝采用FCAW-CO2焊接方法的焊接过程质量进行了多角度和多手段的综合评价对比，确定了异常信号缺陷的性质和优化了无损检测工艺参数。

关键词：超声波检测；异常信号；Y型全熔透焊缝；缺陷定性；打底层焊道纵向裂纹 文献标识码：A

中图分类号：TG441 文章编号：1009-2374（2016）34-0022-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.34.011

超声波检测是船舶建造和焊接质量控制的主要手段，不仅一定程度上确保了船体结构的焊接质量满足检验规范的要求，同时也对焊接工艺的改进和质量的提高起到了信息反馈的作用，因而获得了广泛应用。

随着国产新型船舶液货舱的船体结构关键节点形式（见图1）的焊接质量的控制，根据焊接方式（FCAW+CO2+反面陶瓷衬垫）不仅需对焊后完工焊缝进行100%的外观目视检查，并且货舱面关键节点全熔透焊缝还需进行100%超声波检测以及货舱面焊缝100%磁粉检测。在超声波检测过程中发现的异常信号如评定为裂纹缺陷，不论当量大小必须判定为不合格缺陷并采取有效手段消除。根据检测标准JIS Z3060标准和检测板厚度（19.5mm）主要采用5P10X10A70横波探头进行超声波检测。在检测过程中打底层焊道断续检测出连续的回波信号，深度为18～21.9mm。通过5P10X10K2和5P10X10A45进行反复验证，异常信号的埋藏深度为18～23.4mm。异常信号都是直射波检测到的而非一次反射波，如此判定异常信号的埋藏深度超出了厚度范围延伸到了背面加强高内近4mm。通过异常信号获取声程、水平距离和深度的信息以及焊缝外观、装配间隙进行模拟，缺陷在焊缝横截面上的分布见图2所示。由于超声波检测出打底层焊道出现异常信号的数量较多，因此评定异常信号的性质成为试验的关键。

1 超声波检测的异常信号定性分析

根据检测规格19.5mm和检测规范，主要采用5P10X10A70横波探头对焊缝进行检测，由于结构根据检测的异常信号，采用5P10X10K2和5P10X10A45进行验证，获取的异常信号数据见表1。通过焊缝取形和超声波获取的数据模拟，异常信号的分布见图2所示。异常信号位于打底层焊道中心位置，贯穿整个焊道其高度为5.2mm，垂直偏斜角度为37.5°～40°，沿焊缝轴线分布平面型，并结合异常信号包络图3，初步判定为轴向纵向小裂纹。

2 超声波检测异常信号的宏观验证

超声波检测到的异常信号验证主要包括磁粉检测或渗透检测和剖伤后宏观目检。磁粉检测包括Y1-P型便携式交流磁轭探伤仪和A1-30/100灵敏度试片以及采用水基磁悬液连续法。渗透检测采用溶剂去除型着色渗透剂系列及SBS-3灵敏度试块。

根据超声波检测定位分析，异常信号应是延伸和贯穿打底层焊道，但是采用磁粉或者渗透进行检测验证，却没有发现缺陷痕迹。仔细观察，原来打底层焊道反面被填充了新的焊道，而不是原始焊道成形，因此按照超声波定位的深度采用刨除填充焊道，其缺陷宏观特征如图4所示。其缺陷形貌沿焊道轴线方向扩展的纵向裂纹，呈锯齿状错开，断口显示氧化色。

3 打底层焊道缺陷宏观对比试验

为了验证超声波检测判定的异常信号缺陷贯穿打底层焊道，对采用相同焊接工艺和节点的焊缝进行打底层焊道反面首先进行目视检查并找到疑似裂纹区域（见图5），然后采用着色渗透法进行验证试验（见图6）。可以看出，裂纹缺陷分布于焊缝轴线方向，并且向焊道内延伸，显像痕迹说明缺陷开口较深。断面剖伤缺陷成平面型，贯穿打底层焊道约为6mm。

4 结语

通过现场试验和大量的试验数据积累及分析，可以判定超声波检测到的异常信号为打底层焊道纵向裂纹缺陷。表1的数据分析可以看出，采用5P10X10K2探头检测打底层焊道纵向裂纹灵敏度最高。包络图数据和表1的5P10X10K2的数据可以得出缺陷的高度为5～6mm，并贯穿打底层焊道。试验数据和验证性试验为无损检测人员优化检测工艺和判定打底层裂纹提供了参考依据。

参考文献

[1] 应若采.熔焊原理及金属材料焊接[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 李生田，刘志远.焊接结构现代无损检测技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3] 杨致远.用超声波检测焊缝中微裂纹[J].无损探伤，1989，（6）.

[4] 刘振清.超声无损检测与评价中的信号处理及模式识别[J].无损检测，2001，23（1）.

作者简介：陈柳（1999-），女，黑龙江哈尔滨人，衡水第一中学在校学生，研究方向：无损检测；陈志强（1970-），男，黑龙江哈尔滨人，河北大学质量技术监督学院讲师，硕士，研究方向：无损检测及焊接。