T型焊缝超声波检测常见的缺陷及波形分析

关键词： T型焊缝缺陷探伤面未熔合裂纹静态波形动态波形

中图分类号：TG441文献标识码： A

某临港重型装备基地联合厂房工程是国家重点工程，受业主委托对制造方产品进行检测，检测地点在制造方车间内进行。其中1000t吊车梁钢结构要求进行超声波检测。吊车梁的腹板和上翼板属于全焊透T型焊缝结构，进行超声波检测应克服以下几点问题：

㈠、焊缝结构复杂，探头难于选择；

㈡、焊缝内部缺陷产生部位不同，探伤面难于选择；

㈢、难于区分缺陷波和变形波，缺陷位置和性质难于判断。

1000t吊车梁的钢结构形状为工字型的焊接结构件，如下图（A）所示。上下翼板厚度为δ=30、40、45mm，腹板规格为2750×17950，厚度为δ=18、22、30mm，材质为Q345B。执行标准有《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-2001、《钢结构手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB/T11345-1989标准。根据吊车梁加工图纸要求，上翼板和腹板连接处焊缝为全熔透焊缝，此焊缝应符合GB50205-2001的Ⅰ级要求，即焊缝满足于超声波检测的GB/T11345-1989的BⅠ级标准。

一、探头的选择问题

T 形焊缝分为全熔透焊缝和半熔透焊缝，对于全焊透的T型焊缝的检测，不能采用射线检测，只有进行超声波检测。超声波检测方法中分为纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法等。通常GB/T11345-1989的B级标准要求，采用横波法探伤，使用一个斜探头即可达到目的了，但考虑T型焊缝结构特点，检测时可以采用横波法和纵波法相结合进行探伤，那么探头就要用到直探头和斜探头。

如：选用2.5MHz φ14的直探头， 2.5MHz 10×10 K2的斜探头，还有2.5MHz 10×10 K1的斜探头。

直探头及K1的斜探头用于发现上翼板侧层状撕裂、翼板与腹板间的未焊透及腹板与母材间未熔合等缺陷，K2的斜探头用于发现其他位置常见面状及点状缺陷，如未熔合、未焊透、气孔、夹渣等缺陷。采用φ14的直探头主要考虑焊缝宽度可能很小，在探测时容易检测到缺陷。根据板的厚度在18-30之间，斜探头选用K2的就可以了，斜探头10×10的晶片尺寸比13×13的检测时发现缺陷更灵敏，不容易漏检，K1的斜探头对未焊透和裂纹检测灵敏度更好。

二、考虑探伤面的选择

通常T型焊缝是在腹板位置处开坡口，常见缺陷集中在腹板侧，检测时腹板侧是发现缺陷最主要的探伤面，但坡口与翼板处的未熔合缺陷与探头主声束不垂直，在腹板侧检测到的缺陷波不高，容易漏检，可以用直探头在翼板侧对焊逢进行检测，或用K1的斜探头在翼板侧检测。

注意：使用K1的斜探头和直探头在翼板侧扫查时，是看不到焊逢的，为了更好的找到焊逢的位置可以用划线的办法来解决。用K1的斜探头在翼板侧扫查时，如果焊缝内部没有未焊透、未熔合、裂纹等缺陷，一般在两倍的板厚范围内都没有回波出现。

三、结合现场检测事例，对缺陷进行分析

首先了解焊接工艺、坡口形式，选择探伤面，探头移动区应清除飞溅、铁屑、油污及其他外部杂质，探伤面表面粗糙度不大于6.3μm，耦合剂使用糨糊，仪器使用A型脉冲反射式超声波探伤仪，仪器校验合格，按照标准选用CSK-ⅠA试块测前沿和K值，选用RB-Ⅱ试块做距离波幅曲线，DAC-16dB做为基准灵敏度，提高6dB做扫查灵敏度，探伤前准备工作就做好了。

1、检测腹板规格2750×17950，上翼板厚度δ=30mm、腹板厚度δ=18mm的吊车梁。腹板采用单面V型坡口，反面清根，手工焊打底，埋弧自动焊盖面的焊接工艺。

用K2斜探头对腹板进行单面双侧W扫查，K1斜探头在上翼板侧对焊缝进行探测。

K2斜探头在腹板①位置检测出缺陷波，深度大致分布在13～16mm之间，缺陷波幅在Ⅰ区，缺陷呈条状，斜探头在腹板②位置用二次反射波扫查，发现不了该缺陷，一般UT检测，缺陷波幅很低不做记录。但是用K1斜探头在上翼板④、⑤位置扫查，都存在缺陷波，波幅在Ⅲ区。探头前后移动，波峰起伏变化快，方向感强，探头水平移动，很长的一段距离都存在缺陷波。根据探头深度位置确定缺陷在上翼板侧附近，根据探头水平位置确定缺陷在焊缝上。经过对缺陷波形的分析（如图Ⅰ），是上翼板侧焊缝与母材未熔合，检测位置及缺陷详见图（B）所示。

产生原因：焊缝开坡口侧焊满，反面清根后，采用埋弧自动焊焊接，电流过小，熔深不够，造成靠近上翼板侧焊缝与母材未熔合。

经过现场返修，焊缝的表面打磨2-3mm，焊缝与翼板边缘出现一条细细的未熔合线，而且未熔合的宽度是3-4mm左右。

产生原因：焊缝未焊满，表面焊缝以下至3-4mm深产生未熔合，焊缝返修后余高增加，此现象消除了。

2、检测腹板规格2750×17950，上翼板厚度δ=30mm、腹板厚度为δ=22mm的吊车梁。腹板采用双面V型坡口，手工焊打底，埋弧自动焊盖面的焊接工艺。

用直探头在上翼板侧对焊缝进行探测，K2斜探头对腹板进行单面双侧W扫查。

先用K2斜探头在腹板①、②、③位置均检测出缺陷，深度大致分布在16～18mm之间，缺陷波断断续续此起彼伏，初步判断为夹渣、气孔等缺陷。

然后用φ14直探头在上翼板侧④位置对焊缝检测，发现缺陷深度位置在25mm左右，多处存在缺陷波，波幅不等高，长度均超标，根据深度显示缺陷在上翼板侧，怀疑存在层状撕裂等危险缺陷。缺陷位置详见图（C）所示。缺陷波形见图Ⅱ所示。

经现场返修，确定焊缝处存在夹渣、气孔等缺陷，对上翼板侧母材靠近焊缝进行返修，再用渗透检测确认是裂纹。

产生原因：埋弧自动焊前，坡口清理不干净，产生了夹渣、气孔等缺陷；由于应力等原因，热影响区位置产生裂纹。

未熔合缺陷（1）：

缺陷波形显示：

探伤仪示波屏显示此缺陷为条状未熔合缺陷，静态波型很简单，波峰尖锐，缺陷动态波形就像一座山起伏变化快，结合长度显示。当探头垂直与焊缝时，波峰变化迅速，当探头转角扫查不容易发现缺陷。

未熔合缺陷（2）：

缺陷波形显示：

斜探头检测面状未熔合缺陷，缺陷的静态波形是一高一低两条缺陷波，两条缺陷波之间的深度显示就是未熔合的宽度，其动态波形显示两个波峰的包络线。

夹渣缺陷：

缺陷波形显示：

斜探头检测夹渣缺陷时，单个缺陷的静态波形有游动信号的，单个动态波形显示的波峰包络线是忽高忽底的有多个波缝高点的呈锯齿壮的包络线。探头转角扫查波形的包络线变化不大。夹渣缺陷为体积型缺陷，检测中容易被发现。

气孔缺陷：

缺陷波形显示：

斜探头检测点状气孔缺陷时，静态波形和动态波形如图所示的包络线极其象未熔合的波形，其区分在于气孔的波幅高度没有未熔合的波形波幅高，当探头左右移动时，未熔合的波形变化有长度感，当探头前后移动时未熔合的波形比气孔波形快，当探头转角扫查时，气孔的波形仍旧时这样变化。气孔为体积型缺陷，且对超声波呈发散特性， 波幅比一定高。

直探头扫查当完好部位时存在一次底波，当探头在焊逢上方时，一次底波消失，没有缺陷时，仪器没有波形显示。检测发现裂纹深度要进行判断，未熔合容易产生在腹板焊缝与上翼板的连接处，裂纹容易出现在腹板与上翼板焊缝的熔合区，深度显示不同。

裂纹缺陷：

缺陷波形显示：

检测裂纹缺陷时，直探头或斜探头的静态波形如图所示，其波形方向感很强，而且波峰有分支，如果检测时探头的方向不是垂直于缺陷，很难发现此类缺陷。

综合上面几个实测的数据，700t吊车梁超声波检测中遇到的一些问题，反映了T型焊缝检测时应该注意的实际问题。

T型焊缝检测时要注意结合坡口形式及焊接方法，根据超声波检测的缺陷动态及静态波形显示，可以分析出缺陷的性质。在实际UT探伤时，探伤面和探头至关重要，结合多方面因素选择最佳方案进行检测。

全熔透T型焊缝容易产生未熔合、未焊透、夹渣、气孔等常见缺陷，还应注意的是翼板很容易引起层状撕裂，这在检测过程中要选用适当的探头，选用原则是尽量使可能产生的缺陷垂直于探头主声束，直探头或K1斜探头，且更容易发现层状撕裂等缺陷，这两种探头对于未焊透检测也是很灵敏的。而且T型焊缝检测在探伤面选择上是很重要的，T型焊缝结构复杂，伪缺陷及变形波较多，根据缺陷波形显示和缺陷位置进行分析，再结合动态和静态波形，综合考虑多方面的因素，来判断缺陷实际情况。手工焊打底和埋弧自动焊盖面的焊接过程中，其他缺陷如气孔、夹渣等，采用标准的K2斜探头就可以检测的到。在两种焊接方法中，埋弧自动焊更容易产生夹渣、未熔合等缺陷。一般未熔合波幅较高，峰尖锐，有一定长度，有时也呈断续状，夹渣通常波峰此起彼伏，不只有一个缺陷波存在，波峰变化没有未熔合快。

直探头检测时，对焊缝根部未焊透和层状撕裂的缺陷波显示深度不同，在一倍的板厚时发现的缺陷回波一般是根部未焊透，层状撕裂的缺陷波显示深度不在一倍的板厚处。用K1斜探头检测层状撕裂时，对焊缝根部未焊透的区分是深度和水平位置均不同，所以斜探头还要结合水平位置定位才更准确。直探头检测对缺陷判断比斜探头更容易。

名词解释：

裂纹：焊缝金属中的原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙成为裂纹。

未熔合：指焊缝金属于母材金属、或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。按其部位可分为坡口未熔合、层间未熔合和根部未熔合三种。

未焊透：指母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象，根据焊接工艺可分为双面焊中间未焊透和单面焊根部未焊透两大类。

气 孔：指焊接时，熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴。按形状可分为球状气孔、虫状气孔等；按数量可分为单个气孔和群状气孔。

夹 渣：是指焊后残存在焊缝中的溶渣。

参考文献：

《超声波探伤》 ―― 中国锅炉压力容器安全杂志社出版