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摘? ? 要：本文介紹通過(guò)優(yōu)化深熔焊超聲波檢測(cè)工藝，解決測(cè)量深熔焊焊縫熔深的問(wèn)題。通過(guò)研究和對(duì)比試驗(yàn)，采用直探頭在面板上檢測(cè)的工藝方法，確定深熔焊焊縫熔深尺寸，達(dá)到進(jìn)一步提高檢測(cè)效率及檢測(cè)準(zhǔn)確性的目的。

關(guān)鍵詞：深熔焊;超聲波檢測(cè);熔深測(cè)量

中圖分類號(hào)：U671.8? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Method for Detecting Weld Penetration of Deep Penetration Welding

HOU Jiabao1， LIN Jiagen2， YAN Xinquan1， DU Wei1

（ 1. CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 511462;? 2. Guangzhou Shipyard International Co.， Ltd.， Guangzhou 511462 ）

Abstract： This paper mainly discusses a kind of ultrasonic testing process of T-joint deep penetration welding seam by using the straight beam probe on the panel plate for testing. Through theoretical research and comparative test， the penetration depth of deep penetration welding seam is determined. Compared with the conventional ultrasonic angle probe detection method， the new method improves the detection efficiency and accuracy.

Key words： Deep penetration welding， Ultrasonic testing; Measurement of penetration depth

1? ? ?前言

公司承接的某項(xiàng)目的橫隔板與外圍板、內(nèi)壁板均采用深熔焊的焊接形式。按照相關(guān)技術(shù)文件要求，此類位置需要對(duì)焊縫熔深進(jìn)行超聲波檢測(cè)。施工圖紙要求焊縫熔深達(dá)到2/3腹板母材厚度。按照現(xiàn)場(chǎng)施工情況，一般未焊透的高度尺寸為3 mm左右，如圖1所示。

采用超聲波檢測(cè)的方法測(cè)量深熔焊的熔深尺寸，是相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)方法之一。該檢測(cè)方法與常規(guī)測(cè)量方法基本相同，即先將未焊透的尺寸測(cè)量出來(lái)，再用母材的厚度減去未焊透的尺寸，得到深熔焊熔深的尺寸。由此可知，測(cè)量出深熔焊焊縫中未焊透的高度，是測(cè)量深熔焊熔深尺寸的關(guān)鍵。

2? ? ?常規(guī)超聲波檢測(cè)未焊透高度的方法

目前，超聲波檢測(cè)未焊透高度的方法，是采用斜探頭在T型焊縫腹板上進(jìn)行檢測(cè)：通過(guò)一次波法確定未焊透缺陷在焊縫上端點(diǎn)的深度H1，再利用二次波法確定未焊透缺陷在焊縫下端點(diǎn)的深度H2，用H2減去H1得出未焊透缺陷的高度H（如圖2所示）;最后，用母材厚度減去未焊透缺陷高度H就可得到焊縫的熔深尺寸。

根據(jù)超聲波檢測(cè)原理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況進(jìn)行分析，此種測(cè)量熔深尺寸的方法誤差較大，主要原因如下：

（1）由于超聲波在工件中的傳播并不是以平行線向前傳播，而是個(gè)以探頭為頂點(diǎn)的錐形擴(kuò)散聲束向前傳播，檢測(cè)未焊透缺陷端點(diǎn)時(shí)有一定的誤差;尤其是當(dāng)采用二次檢測(cè)時(shí)，由于超聲波聲程較長(zhǎng)，聲束擴(kuò)散十分嚴(yán)重，導(dǎo)致檢測(cè)未焊透缺陷下端點(diǎn)深度時(shí)存在較大的誤差;

（2）未焊透缺陷自身尺寸對(duì)計(jì)算結(jié)果有一定的影響。例如，小缺陷的上下端點(diǎn)距離較近，由于超聲波檢測(cè)原本存在的一定誤差，導(dǎo)致小缺陷的高度測(cè)量更加不準(zhǔn)確，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)上端點(diǎn)深度比下端點(diǎn)深度還要深的情況;

（3）未焊透缺陷自身的形狀和方向?qū)y(cè)量結(jié)果也有一定的影響。超聲波檢測(cè)受缺陷形狀和分布方向的影響較大。一般情況下，缺陷平面與超聲波聲束垂直時(shí)會(huì)得到較高的反射波;而T型接頭未焊透缺陷方向一般與面板平行，當(dāng)使用斜探頭檢測(cè)時(shí)獲得最大回波的位置，主聲束不一定正對(duì)著缺陷最高或最低端點(diǎn)，由此產(chǎn)生測(cè)量偏差，造成未焊透尺寸測(cè)量不準(zhǔn)確;

（4）采用斜探頭測(cè)量未焊透尺寸的方法來(lái)測(cè)定焊縫熔深，需要逐點(diǎn)測(cè)量和定位缺陷回波并計(jì)算未焊透尺寸，工作量大，效率非常低，不利于在實(shí)際檢測(cè)中應(yīng)用。

如上所述，由于檢測(cè)誤差影響，有可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不必要的返修，或有可能將不合格的焊縫評(píng)定為合格。所以為了確保焊接質(zhì)量，同時(shí)提高檢測(cè)工作效率，減少不必要的返修，需要對(duì)原本的檢測(cè)方法進(jìn)行優(yōu)化。

3? ? ?利用直探頭檢測(cè)未焊透缺陷高度的方法

考慮到T型焊的未焊透方向一般與面板平行，所以在面板側(cè)使用直探頭檢測(cè)未焊透缺陷時(shí)，聲束方向與缺陷方向垂直，理論上會(huì)得到較高的反射信號(hào)?；谶@一判斷，筆者改變以往采用斜探頭檢測(cè)熔深的方法，利用直探頭從面板進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)。

直探頭測(cè)量未焊透缺陷尺寸，通常有兩種方法：一種是邊緣6 dB法，主要應(yīng)用于未焊透尺寸大于聲束尺寸的情況;另一種是基于反射波高進(jìn)行判斷，主要應(yīng)用于未焊透缺陷尺寸小于聲束尺寸的情況。由于工件的未焊透尺寸比探頭聲束尺寸小很多，因此采用反射波高來(lái)判斷缺陷尺寸，在某一特定聲程的反射聲壓與反射體的反射面積有關(guān)。

本文通過(guò)制作參考發(fā)射體，模擬焊縫中的未焊透尺寸，對(duì)比受檢測(cè)焊縫與參考反射體的反射波高，判斷焊縫的熔深是否滿足要求，采取如下具體步驟。

3.1? ?探頭選用

選用超聲波探傷儀的工作頻率范圍為0.5 MHz～10 MHz。直探頭的選擇如表1所示。

3.2? ?制作試塊

對(duì)比試塊應(yīng)選用與被檢工件相同的材料或聲學(xué)性能相近的材料制作，試塊底面開方型橫通槽，用橫通槽頂端面模擬焊縫中的未焊透，根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的面板厚度范圍，制作一系列不同深度的橫通槽，如圖3所示。

針對(duì)不同腹板厚度所對(duì)應(yīng)熔深標(biāo)準(zhǔn)，制作不同槽寬的參考試塊，槽寬對(duì)應(yīng)未焊透的尺寸。為驗(yàn)證該檢測(cè)工藝的可行性，本文制作了兩種槽寬的對(duì)比試塊，具體如下：

試塊1：對(duì)于要求未熔透區(qū)域≤3 mm的焊縫，試塊的方型槽寬為3 mm;

試塊2：對(duì)于要求未熔透區(qū)域≤6 mm的焊縫，試塊的方型槽寬為6 mm。

3.3? ?直探頭校準(zhǔn)

直探頭量程范圍的校準(zhǔn)，采用IIW（CSK-IA）校準(zhǔn)試塊或V2校準(zhǔn)試塊，或者在待檢材料上沒有缺陷的區(qū)域進(jìn)行。

圖4所示為0～100 mm范圍內(nèi)，直探頭典型的校準(zhǔn)方式。

3.4? ?建立DAC曲線

制作DAC曲線應(yīng)以實(shí)際檢測(cè)用的儀器和探頭，根據(jù)焊接接頭的熔深要求選擇對(duì)應(yīng)的試塊。繪制DAC曲線時(shí)，每5 mm取一個(gè)點(diǎn)，且最大深度應(yīng)滿足檢測(cè)要求。在檢測(cè)范圍內(nèi)的DAC曲線，應(yīng)不低于示波屏滿刻度的20%，如圖5所示。

DAC曲線的制作步驟如下：

（1）以波幅高度為縱坐標(biāo)、以深度為橫坐標(biāo)，建立坐標(biāo)系;

（2） 采用直射法，探頭對(duì)準(zhǔn)第一個(gè)深度的方形槽，將最大回波高度調(diào)節(jié)到示波屏某一刻度（如80%），記錄此時(shí)衰減器或增益器讀數(shù)（此讀數(shù)作為基準(zhǔn)靈敏度）和波峰位置;

（3）保持基準(zhǔn)靈敏度不變，將探頭對(duì)準(zhǔn)第二個(gè)深度的方形槽，找到最大回波，記錄此時(shí)波峰位置;

（4）根據(jù)檢測(cè)范圍要求，保持基準(zhǔn)靈敏度不變，依次找到余下深度方型槽的最大回波，記錄各個(gè)回波波峰位置;

（5）將各回波波峰位置連接，得到基準(zhǔn)DAC曲線。

3.5? ?傳輸補(bǔ)償值測(cè)定

由于試塊與現(xiàn)場(chǎng)工件材質(zhì)及表面狀態(tài)存在一定的差異，所以在檢測(cè)前應(yīng)測(cè)定傳輸衰減情況，并將補(bǔ)償數(shù)值記錄到檢測(cè)靈敏度中，具體步驟如下：

（1）探頭放置對(duì)應(yīng)對(duì)比試塊的底面，將回波調(diào)到示波屏面刻度80%高度，記錄此時(shí)波峰位置的靈敏度dB1;

（2）保持儀器靈敏度不變，將探頭移到被檢工件無(wú)缺陷的區(qū)域，找到工件底面回波，將該回波調(diào)到示波屏滿刻度80%高度，記錄此時(shí)波峰位置的靈敏度dB2;

（3）△dB=dB2-dB1即為補(bǔ)償靈敏度;

對(duì)于測(cè)定的傳輸補(bǔ)償值，在實(shí)際檢測(cè)時(shí)按如下要求操作：

① 當(dāng)△dB≤±2 dB時(shí)，不需要修正;

② 當(dāng)2 dB<△dB≤12 dB或-12 dB<△dB<-2 dB時(shí)，需要修正;

③ 當(dāng)△dB>12 dB或△dB<-12 dB時(shí)，需要重新修磨，以減少傳輸補(bǔ)償差值，直到滿足 ① 或 ② 的情況，按相關(guān)要求執(zhí)行補(bǔ)償。

3.6? ? 未焊透高度的測(cè)定

（1）將DAC曲線上與檢測(cè)工件厚度對(duì)應(yīng)點(diǎn)，調(diào)整至儀器屏幕的80%作為檢測(cè)的靈敏度;

（2）根據(jù)傳輸修正測(cè)定的補(bǔ)償值，在儀器上加上相應(yīng)的△dB;

（3）為確保未焊透區(qū)回波和底面回波的明顯區(qū)分，可采用在與焊縫垂直的方向上往復(fù)掃查作為的初始掃查方式，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有不合格的區(qū)域再進(jìn)一步精細(xì)掃查;

（4）探頭移動(dòng)速度不大于150 mm/s。探頭沿焊縫方向每次移動(dòng)覆蓋率應(yīng)大于晶片尺寸的10%。

（5）通過(guò)對(duì)未熔合區(qū)的回波高度與DAC曲線比較，可以判定未熔合區(qū)寬度是否滿足要求，如果反射波的高度超過(guò)DAC曲線，則該區(qū)域的未熔合區(qū)的寬度大于基準(zhǔn)方形槽的寬度，反之，則小于基準(zhǔn)方型槽的寬度，由于方形槽的寬度代表了該焊縫允許的最大未熔合區(qū)寬度，所以當(dāng)回波焊縫內(nèi)部的高度大于DAC曲線時(shí)，判定該區(qū)域的焊縫不合格，操作簡(jiǎn)單高效。

4? ? 驗(yàn)證情況兩種檢測(cè)方法的對(duì)比試驗(yàn)

筆者按照該項(xiàng)目深熔焊典型節(jié)點(diǎn)樣式，制作了T型焊接接頭深熔焊試塊，用常規(guī)斜探頭測(cè)量熔深和采用直探頭波高比較法測(cè)量熔深兩種方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試塊的面板厚度為30 mm、腹板厚度20 mm、未焊透高度為3 mm，如圖6所示。

4.1? ?采用常規(guī)斜探頭檢測(cè)未焊透高度

首先，我們用常規(guī)斜探頭的方法檢測(cè)未焊透高度，分別進(jìn)行一次波、二次波的測(cè)量，超聲儀器得到的數(shù)據(jù)如圖7所示。

一次波測(cè)出深度為11.8 mm，二次波測(cè)出深度為20 mm×2-22.6mm=17.4 mm，得出未焊透的高度為17.4 mm-11.8 mm=5.6 mm。

4.2? ?采用直探頭檢測(cè)未焊透高度

用直探頭進(jìn)行未焊透檢測(cè)，得到的數(shù)據(jù)如下圖8所示。

通過(guò)圖8可以看出，超聲儀器顯示的反射波接近對(duì)比式樣（3 mm寬）槽的曲線，因此可以得出未焊透高度近似為3 mm。

4.3? 兩種檢測(cè)方法的數(shù)據(jù)對(duì)比分析

通過(guò)實(shí)際操作顯示：采用斜探頭檢測(cè)的結(jié)果誤差較大，差值接近2 mm;而采用直探頭檢測(cè)的結(jié)果與實(shí)際值相近。因此可以得出采用直探頭檢測(cè)深熔焊熔深尺寸比采用常規(guī)斜探頭檢測(cè)更加準(zhǔn)確，該方法可以滿足該項(xiàng)目深熔焊測(cè)量熔深的要求。

5? ? 小結(jié)

根據(jù)試驗(yàn)情況：采用斜探頭檢測(cè)方（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）（上接第頁(yè)）

法誤差較大，對(duì)實(shí)際3 mm未焊透缺陷檢測(cè)結(jié)果寸達(dá)到4.9 mm;而采用直探頭檢測(cè)方法誤差較小，接近3 mm。

從工作效率上看，采用常規(guī)的斜探頭檢測(cè)工藝，必須要進(jìn)入艙室中對(duì)各個(gè)橫隔板進(jìn)行檢查;而采用直探頭檢測(cè)方法，可將需要進(jìn)入狹小艙室在橫隔板上進(jìn)行檢測(cè)改為在面板或底板等空間開闊的區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，縮短檢測(cè)時(shí)間，提升工作效率。

綜上所述，采用直探頭檢測(cè)橫隔板熔深尺寸的方法，不僅可以大幅度提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，還提升了檢測(cè)的工作效率，在保證現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量的同時(shí)，也為深熔焊焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)支持，為產(chǎn)品焊接質(zhì)量提供堅(jiān)實(shí)的保障。

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