王 鶯，葉 菁

(1.浙江水利水電學院 機械與汽車工程學院，浙江 杭州 310018；2.浙江省天正設(shè)計工程有限公司，浙江 杭州 310012)

水工鋼閘門是水閘、船閘、水庫、水電站等水利工程的重要組成部分。閘門多以鋼板為基材，采用焊接制作而成[1]。作為一、二類焊縫的對接焊縫一旦出現(xiàn)損壞，會造成攔水泄漏，嚴重的會給下游人民的生命財產(chǎn)帶來嚴重危害[2-3]。因此，焊接質(zhì)量是閘門制作質(zhì)量優(yōu)劣的一個決定性因素，焊縫檢測是判斷鋼閘門焊接質(zhì)量優(yōu)劣的重要手段。

1 規(guī)范對鋼閘門對接焊縫的檢測要求

GB/T14173—2008《水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》按焊縫的受力條件和重要性程度將閘門上的焊縫分為一、二、三類[4]。承受拉力的焊縫：閘門主梁、邊梁、臂柱的腹板及翼緣板、閘門及攔污柵的吊耳板和拉桿等對接焊縫為一類焊縫；承受壓力的焊縫：閘門面板、攔污柵主梁和邊梁的腹板及翼緣板等對接焊縫為二類焊縫。以上焊縫可采用射線或超聲檢測手段對焊縫進行檢測，并給出了相應的合格級別。焊縫分類(見表1)。

表1 焊縫分類

2 焊縫檢測方法比較

2.1 射線檢測和常規(guī)超聲檢測

射線檢測時需要在被檢測焊縫背面貼膠片，要求放置放射源，對檢測時的工作環(huán)境有特殊要求，現(xiàn)場檢測有一定難度。

常規(guī)超聲檢測是利用超聲波在缺陷處即不連續(xù)界面發(fā)生的聲波反射的現(xiàn)象，利用探頭發(fā)射信號及接收反射信號，通過信號的波幅來判定缺陷的存在及測量尺寸。這種檢測方法對反射信號的有效接收要求較高，聲波只能以合適的角度到達缺陷處，才能被反射回探頭。如果反射面的角度未達到反射要求，則反射波強度迅速下降，甚至接收不到反射波，產(chǎn)生漏檢。

2.2 TOFD檢測

TOFD(超聲波衍射時差法)是一種依靠從待檢試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)(主要是指缺陷)的“端角”和“端點”處得到的衍射能量衰減來檢測缺陷，同時定量、定位缺陷并記錄的方法[5-6]。TOFD檢測的方法是用發(fā)射和接收兩個對稱布置于焊縫中心線兩側(cè)的寬帶窄脈沖檢測探頭，發(fā)射探頭發(fā)射縱波波束以一定角度入射到被檢工件中，其中部分波束沿近表面?zhèn)鞑?，?jīng)底面反射后被接收探頭接收；部分波束接觸缺陷尖端，衍射后被接收探頭接收，得到波束傳播的衍射信號及其時差[7]。系統(tǒng)通過獲得的衍射信號的時差計算判斷缺陷的位置和自身高度，其基本工作原理(見圖1)。

圖1 TOFD技術(shù)的基本工作原理

2.3 三種檢測方法的比較

規(guī)范規(guī)定的常規(guī)超聲檢測和射線檢測兩種焊縫檢測方法存在一定的局限性，TOFD檢測方法以其對人無輻射危害、安全可靠、檢測精度高、操作便捷，在對接焊縫檢測中可以完全代替射線檢測。而另一種目前現(xiàn)場閘門焊縫檢測較多采用的方法——常規(guī)超聲檢測而言，對檢測人員現(xiàn)場人工讀取數(shù)據(jù)的能力和檢測經(jīng)驗水平要求非常高，不僅會出現(xiàn)漏檢或誤判的情況[8]，而且對準確的定量、定性發(fā)現(xiàn)的缺陷并記錄也有困難，更不用提事后對缺陷判定的依據(jù)作核查。

TOFD檢測雖然也是利用聲波在工件中傳播的原理，但與常規(guī)脈沖回波超聲檢測方法相比有以下4個主要區(qū)別：

(1)衍射波信號與反射信號角度無關(guān)，信號的強弱和精度不受缺陷角度和形狀的影響。(2)缺陷的定位定量是根據(jù)衍射波傳播到接收探頭的時差確定的，不依靠信號波幅，避免人為操作的失誤，有效彌補了常規(guī)超聲檢測的不足。

(3)TOFD系統(tǒng)配用手動或自動掃查裝置，沿焊縫作一維掃查，避免了常規(guī)超聲檢測的鋸齒形動作，檢測速度較快。

(4)常規(guī)超聲波檢測儀器多采用A掃描波形的模擬探傷儀，只能現(xiàn)場顯示不能記錄。數(shù)字超聲儀也僅能存儲檢測參數(shù)和DAC曲線。而TOFD檢測支持多信道數(shù)據(jù)采集，信號過程可全記錄可保存，給后期信號處理和記錄提供依據(jù)。有經(jīng)驗的檢測人員也可現(xiàn)場直接讀取缺陷在工件中的深度及缺陷的大小。

3 鋼閘門焊縫質(zhì)量超聲波探傷實例

為檢驗蕭山區(qū)順壩排澇閘站工程鋼閘門的焊縫質(zhì)量，特采用超聲波探傷檢測。

3.1 檢測依據(jù)

《水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》(DL/T5018—2004)

《焊縫無損檢測 超聲檢測 技術(shù)、檢測等級和評定》(GB/T 11345—2013)

《焊縫無損檢測 超聲檢測 焊縫中的顯示特征》(GB/T 29711—2013)

《焊縫無損檢測 超聲檢測 驗收等級》(GB/T 29712—2013)

3.2 檢測方法

根據(jù)《水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》(DL/T5018—2004)的要求，檢驗等級采用B級，探傷方法為橫波斜入射單探頭直接接觸法，對被探焊縫進行掃查。

探測儀器和探測條件采用：

(1)儀器型號：CTS—8008型數(shù)字式超聲波探傷儀；

(2)調(diào)節(jié)試塊：CSK—1A、RB—2試塊；

(3)探頭移動區(qū)經(jīng)除漆打磨平滑，采用化學漿糊為耦合劑，工件表面耦合補償見成果(見表2)。

3.3 檢測成果

對泵站出水口1#快速工作閘門的焊縫質(zhì)量進行超聲波探傷，其成果(見表2)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，閘門的被檢焊縫質(zhì)量，滿足規(guī)范要求。

表2 閘門焊縫質(zhì)量超聲波探傷成果表

4 TOFD檢測的應用

TOFD檢測技術(shù)現(xiàn)廣泛應用于壓力容器制造、球罐制造和電力行業(yè)的風筒制造及定期檢驗。采用TOFD技術(shù)進行制造和檢驗的設(shè)備，普遍具有大型化高風險、對接焊縫處壁厚較厚的特點，一旦被檢測部位的焊接缺陷超過可承受范圍，即會發(fā)生泄漏或破壞，造成無法挽回的損失。水利行業(yè)所用的水工鋼閘門非常重要，同樣具有上述特點。雖然直接承受水壓的鋼閘門板相對較薄，但也屬于非常重要的應用場合?，F(xiàn)如今，各地大型的水利樞紐紛紛上馬，鋼閘門的焊接焊工任務重，焊工的焊接質(zhì)量又參差不齊。如果沒有一個嚴格的檢測手段，仍按現(xiàn)有的人工判定的超聲檢測手段，將給百年大計的工程留下安全隱患。因此，我們要根據(jù)TOFD檢測技術(shù)的以下特點，將檢測手段合理的應用到工程中各類焊縫檢測中，從而保證項目的工程質(zhì)量。

根據(jù)TOFD檢測技術(shù)的實際應用經(jīng)驗，主要適用于以下焊縫缺陷檢出場合：

①焊縫中部缺陷；

②方向性不好的缺陷，特別是向表面延伸的缺陷。

但TOFD檢測在實際檢測中也會存在一定的困難：

①工件表面附近的缺陷可能存在盲區(qū)，需利用超聲檢測進行彌補。

②可能夸大一些良性的缺陷，如氣孔、冷夾層、內(nèi)部未熔合。

③由于其檢測精度高，現(xiàn)場“噪聲”對衍射波會起一定的干擾作用。

④由于掃查器尺寸的限制，目前僅適用于對接焊縫的檢測，對角焊縫、搭接焊縫、T字焊縫等檢測有困難。

5 結(jié) 論

TOFD檢測技術(shù)于2001年左右開始在國內(nèi)推廣應用，與規(guī)范中定義的常規(guī)脈沖回波超聲檢測和射線檢測技術(shù)相比，其具有操作便捷、一維掃查速度快、對檢測人員無輻射傷害、缺陷檢出率高、缺陷精確定位等優(yōu)點，除受一發(fā)一收探頭和掃查器尺寸的限制，對于角焊縫和T形組合焊縫的仍無法檢測，需要超聲波檢測作為補充檢測手段外，對對接焊縫的檢測完全滿足閘門現(xiàn)場檢測的要求。