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                新聞資訊
                鋼結構工程T型焊縫超聲波檢測常見缺陷及波形分析
                更新時間:2021-04-10 17:51
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                某臨港重型裝備基地聯合廠房工程是國家重點工程,受業主委托對制造方產品進行檢測,檢測地點在制造方車間內進行。其中吊車梁鋼結構要求進行超聲波檢測。吊車梁的腹板和上翼板屬于全焊透T型焊縫結構,進行超聲波檢測應克服以下幾點問題:


                ㈠、焊縫結構復雜,探頭難于選擇;


                ㈡、焊縫內部缺陷產生部位不同,探傷面難于選擇;


                ㈢、難于區分缺陷波和變形波,缺陷位置和性質難于判斷。


                吊車梁的鋼結構形狀為工字型的焊接結構件,如下圖(A)所示。上下翼板厚度為δ=30、40、45mm,腹板規格為2750×17950,厚度為δ=18、22、30mm,材質為Q345B。


                執行標準有《鋼結構工程施工及驗收規范》GB50205、《鋼結構手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》GB/T11345-2013標準。


                根據吊車梁加工圖紙要求,上翼板和腹板連接處焊縫為全熔透焊縫,此焊縫應符合GB50205的Ⅰ級要求,即焊縫滿足于超聲波檢測的GB/T11345-2013的BⅠ級標準。

                 


                700t吊車梁的鋼結構形狀示意圖


                一、 探頭的選擇問題


                T 形焊縫分為全熔透焊縫和半熔透焊縫,對于全焊透的T型焊縫的檢測,不能采用射線檢測,只有進行超聲波檢測。


                超聲波檢測方法中分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。


                通常GB/T11345的B級標準要求,采用橫波法探傷,使用一個斜探頭即可達到目的了,但考慮T型焊縫結構特點,檢測時可以采用橫波法和縱波法相結合進行探傷,那么探頭就要用到直探頭和斜探頭。


                如:選用2.5MHz φ14的直探頭, 2.5MHz 10×10 K2的斜探頭,還有2.5MHz 10×10 K1的斜探頭。


                直探頭及K1的斜探頭用于發現上翼板側層狀撕裂、翼板與腹板間的未焊透及腹板與母材間未熔合等缺陷,K2的斜探頭用于發現其他位置常見面狀及點狀缺陷,如未熔合、未焊透、氣孔、夾渣等缺陷。


                采用φ14的直探頭主要考慮焊縫寬度可能很小,在探測時容易檢測到缺陷。根據板的厚度在18-30之間,斜探頭選用K2的就可以了,斜探頭10×10的晶片尺寸比13×13的檢測時發現缺陷更靈敏,不容易漏檢,K1的斜探頭對未焊透和裂紋檢測靈敏度更好。


                二、考慮探傷面的選擇


                通常T型焊縫是在腹板位置處開坡口,常見缺陷集中在腹板側,檢測時腹板側是發現缺陷最主要的探傷面,但坡口與翼板處的未熔合缺陷與探頭主聲束不垂直,在腹板側檢測到的缺陷波不高,容易漏檢,可以用直探頭在翼板側對焊逢進行檢測,或用K1的斜探頭在翼板側檢測。


                注意:使用K1的斜探頭和直探頭在翼板側掃查時,是看不到焊逢的,為了更好的找到焊逢的位置可以用劃線的辦法來解決。


                用K1的斜探頭在翼板側掃查時,如果焊縫內部沒有未焊透、未熔合、裂紋等缺陷,一般在兩倍的板厚范圍內都沒有回波出現。


                三、 結合現場檢測事例,對缺陷進行分析


                首先了解焊接工藝、坡口形式,選擇探傷面,探頭移動區應清除飛濺、鐵屑、油污及其他外部雜質,探傷面表面粗糙度不大于6.3μm,耦合劑使用糨糊,儀器使用A型脈沖反射式超聲波探傷儀,儀器校驗合格,按照標準選用CSK-ⅠA試塊測前沿和K值,選用RB-Ⅱ試塊做距離波幅曲線,DAC-16dB做為基準靈敏度,提高6dB做掃查靈敏度,探傷前準備工作就做好了。


                1、檢測腹板規格2750×17950,上翼板厚度δ=30mm、腹板厚度δ=18mm的吊車梁。腹板采用單面V型坡口,反面清根,手工焊打底,埋弧自動焊蓋面的焊接工藝。


                用K2斜探頭對腹板進行單面雙側W掃查,K1斜探頭在上翼板側對焊縫進行探測。


                K2斜探頭在腹板①位置檢測出缺陷波,深度大致分布在13~16mm之間,缺陷波幅在Ⅰ區,缺陷呈條狀,斜探頭在腹板②位置用二次反射波掃查,發現不了該缺陷,一般UT檢測,缺陷波幅很低不做記錄。


                但是用K1斜探頭在上翼板④、⑤位置掃查,都存在缺陷波,波幅在Ⅲ區。探頭前后移動,波峰起伏變化快,方向感強,探頭水平移動,很長的一段距離都存在缺陷波。根據探頭深度位置確定缺陷在上翼板側附近,根據探頭水平位置確定缺陷在焊縫上。經過對缺陷波形的分析(如圖Ⅰ),是上翼板側焊縫與母材未熔合,檢測位置及缺陷詳見圖(B)所示。


                 


                產生原因:焊縫開坡口側焊滿,反面清根后,采用埋弧自動焊焊接,電流過小,熔深不夠,造成靠近上翼板側焊縫與母材未熔合。


                經過現場返修,焊縫的表面打磨2-3mm,焊縫與翼板邊緣出現一條細細的未熔合線,而且未熔合的寬度是3-4mm左右。


                產生原因:焊縫未焊滿,表面焊縫以下至3-4mm深產生未熔合,焊縫返修后余高增加,此現象消除了。


                2、檢測腹板規格2750×17950,上翼板厚度δ=30mm、腹板厚度為δ=22mm的吊車梁。腹板采用雙面V型坡口,手工焊打底,埋弧自動焊蓋面的焊接工藝。


                用直探頭在上翼板側對焊縫進行探測,K2斜探頭對腹板進行單面雙側W掃查。


                先用K2斜探頭在腹板①、②、③位置均檢測出缺陷,深度大致分布在16~18mm之間,缺陷波斷斷續續此起彼伏,初步判斷為夾渣、氣孔等缺陷。


                然后用φ14直探頭在上翼板側④位置對焊縫檢測,發現缺陷深度位置在25mm左右,多處存在缺陷波,波幅不等高,長度均超標,根據深度顯示缺陷在上翼板側,懷疑存在層狀撕裂等危險缺陷。缺陷位置詳見圖(C)所示。缺陷波形見圖Ⅱ所示。


                經現場返修,確定焊縫處存在夾渣、氣孔等缺陷,對上翼板側母材靠近焊縫進行返修,再用滲透檢測確認是裂紋。


                產生原因:埋弧自動焊前,坡口清理不干凈,產生了夾渣、氣孔等缺陷;由于應力等原因,熱影響區位置產生裂紋。



                未熔合缺陷(1):



                缺陷波形顯示:

                探傷儀示波屏顯示此缺陷為條狀未熔合缺陷,靜態波型很簡單,波峰尖銳,缺陷動態波形就像一座山起伏變化快,結合長度顯示。


                當探頭垂直與焊縫時,波峰變化迅速,當探頭轉角掃查不容易發現缺陷。


                未熔合缺陷(2):



                缺陷波形顯示:

                斜探頭檢測面狀未熔合缺陷,缺陷的靜態波形是一高一低兩條缺陷波,兩條缺陷波之間的深度顯示就是未熔合的寬度,其動態波形顯示兩個波峰的包絡線。


                夾渣缺陷:



                缺陷波形顯示:

                斜探頭檢測夾渣缺陷時,單個缺陷的靜態波形有游動信號的,單個動態波形顯示的波峰包絡線是忽高忽底的有多個波縫高點的呈鋸齒壯的包絡線。探頭轉角掃查波形的包絡線變化不大。夾渣缺陷為體積型缺陷,檢測中容易被發現。


                氣孔缺陷:


                 

                缺陷波形顯示:

                斜探頭檢測點狀氣孔缺陷時,靜態波形和動態波形如圖所示的包絡線極其象未熔合的波形,其區分在于氣孔的波幅高度沒有未熔合的波形波幅高,當探頭左右移動時,未熔合的波形變化有長度感,當探頭前后移動時未熔合的波形比氣孔波形快,當探頭轉角掃查時,氣孔的波形仍舊時這樣變化。


                氣孔為體積型缺陷,且對超聲波呈發散特性, 波幅比一定高。


                直探頭掃查當完好部位時存在一次底波,當探頭在焊逢上方時,一次底波消失,沒有缺陷時,儀器沒有波形顯示。檢測發現裂紋深度要進行判斷,未熔合容易產生在腹板焊縫與上翼板的連接處,裂紋容易出現在腹板與上翼板焊縫的熔合區,深度顯示不同。



                裂紋缺陷




                缺陷波形顯示:

                檢測裂紋缺陷時,直探頭或斜探頭的靜態波形如圖所示,其波形方向感很強,而且波峰有分支,如果檢測時探頭的方向不是垂直于缺陷,很難發現此類缺陷。


                綜合上面幾個實測的數據,吊車梁超聲波檢測中遇到的一些問題,反映了T型焊縫檢測時應該注意的實際問題。


                T型焊縫檢測時要注意結合坡口形式及焊接方法,根據超聲波檢測的缺陷動態及靜態波形顯示,可以分析出缺陷的性質。在實際UT探傷時,探傷面和探頭至關重要,結合多方面因素選擇最佳方案進行檢測。


                全熔透T型焊縫容易產生未熔合、未焊透、夾渣、氣孔等常見缺陷,還應注意的是翼板很容易引起層狀撕裂,這在檢測過程中要選用適當的探頭,選用原則是盡量使可能產生的缺陷垂直于探頭主聲束,直探頭或K1斜探頭,且更容易發現層狀撕裂等缺陷,這兩種探頭對于未焊透檢測也是很靈敏的。


                而且T型焊縫檢測在探傷面選擇上是很重要的,T型焊縫結構復雜,偽缺陷及變形波較多,根據缺陷波形顯示和缺陷位置進行分析,再結合動態和靜態波形,綜合考慮多方面的因素,來判斷缺陷實際情況。


                手工焊打底和埋弧自動焊蓋面的焊接過程中,其他缺陷如氣孔、夾渣等,采用標準的K2斜探頭就可以檢測的到。在兩種焊接方法中,埋弧自動焊更容易產生夾渣、未熔合等缺陷。


                一般未熔合波幅較高,峰尖銳,有一定長度,有時也呈斷續狀,夾渣通常波峰此起彼伏,不只有一個缺陷波存在,波峰變化沒有未熔合快。


                直探頭檢測時,對焊縫根部未焊透和層狀撕裂的缺陷波顯示深度不同,在一倍的板厚時發現的缺陷回波一般是根部未焊透,層狀撕裂的缺陷波顯示深度不在一倍的板厚處。


                用K1斜探頭檢測層狀撕裂時,對焊縫根部未焊透的區分是深度和水平位置均不同,所以斜探頭還要結合水平位置定位才更準確。直探頭檢測對缺陷判斷比斜探頭更容易。 

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