識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法
【專利摘要】本發明提供了一種識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，該方法包括對內焊縫的邊部進行探傷的過程，該過程包括：將橫波探頭置于母材的鄰近該邊部的外表面上，接收近側的一次回波，再將所述橫波探頭置于母材的鄰近另一個邊部的外表面上，接收遠側的一次回波，若所述近側的一次回波中有缺陷波，并且所述遠側的一次回波中沒有缺陷波，則判定為母材在鄰近該邊部的第一區域內有夾雜缺陷。其能夠快速準確地區分并識別出母材夾雜缺陷和夾渣/氣孔缺陷，能夠挽救大量的原本需要降級的管料，從而提高了資源的利用率和生產效率。
【專利說明】
識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法
技術領域
[0001] 本發明涉及超聲波探傷的技術領域，特別涉及一種識別焊縫邊部的缺陷類型的探傷方法。【背景技術】
[0002]為了使厚板具有抗硫抗酸性，在煉鋼過程中必須進行脫磷脫硫處理。現有工藝中是通過加Ca來去除磷、硫的，這勢必會在板邊產生一定的母材夾雜物3(CaS等)，如圖1所示，焊接后母材夾雜物3位于母材1中貼近焊趾處。另一方面，焊縫2的邊部貼近焊趾處常會有焊縫氣孔/夾渣4等點狀缺陷存在。
[0003]由于母材夾雜物3與焊縫氣孔/夾渣4的判定合格的標準不同，例如，焊縫氣孔/ 夾渣4的判定以橫波? 1.6豎通孔為基準，而焊縫邊部的點狀母材夾雜物3是按縱波￠6 平底孔為準，兩者當量差8-10dB。也就是說點狀母材夾雜物3按焊縫缺陷判定為不合格時， 按母材缺陷判定往往都是合格的。這在缺陷類型判斷錯誤時就會造成不必要的浪費。而且缺陷類型不同應采取的挽救和調整措施也是不同的。若判定為焊縫缺陷應調整焊接參數， 母材缺陷應及時通知厚板廠作調整，故必須把兩者分辨出來。
[0004]由于兩者的位置接近，形狀都為點狀，故現場探傷人員很難區分焊縫兩旁的點狀缺陷究竟是母材夾雜3還是焊縫夾渣/氣孔4。
[0005]目前，國內外針對焊縫邊部點狀母材夾雜3和焊縫邊部夾渣/氣孔4的辨別通常用X射線工業電視。由于焊縫夾渣/氣孔4等屬于體積型缺陷，和沒有缺陷處有一定的厚度差，而母材夾雜3類似于分層缺陷，它在厚度方向很薄，故厚度差很小，所以通過射線透照可以發現夾渣/氣孔4缺陷但無法發現母材夾雜3缺陷。并且，不是所有的焊縫夾渣/ 氣孔4都可以用工業電視發現到，尤其當母材公稱厚度在22mm以上且夾渣較小時，在工業電視上是很難發現的。
[0006]故現有技術很容易把焊縫夾渣/氣孔4誤認為是母材夾雜3, 一方面會造成誤判， 將不合格的判為合格，或者將合格的判為不合格；另一方面也會造成采取的挽救和調整措施不合適，進一步造成對材料的浪費。
【發明內容】
[0007]為了快速且準確地分辨出母材夾雜缺陷和夾渣/氣孔缺陷，本發明提供了一種識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，該方法包括對內焊縫的邊部進行探傷的過程:將橫波探頭置于母材的鄰近該邊部的外表面上，接收近側的一次回波，再將所述橫波探頭置于母材的鄰近另一個邊部的外表面上，接收遠側的一次回波，若所述近側的一次回波中有缺陷波， 并且所述遠側的一次回波中沒有缺陷波，則判定為母材在鄰近該邊部的第一區域內有夾雜缺陷。若所述近側的一次回波和所述遠側的一次回波中均有缺陷波，則判定為焊縫在鄰近該邊部的第二區域內有夾渣/氣孔缺陷。
[0008]該方法還包括對外焊縫的邊部進行探傷的過程:將橫波探頭置于母材的鄰近該邊部的外表面上，接收近側的二次回波，再將所述橫波探頭置于母材的鄰近另一個邊部的外表面上，接收遠側的二次回波，若所述近側的二次回波中沒有缺陷波，并且所述遠側的二次回波中有缺陷波，則判定為母材在鄰近該邊部的第一區域內有夾雜缺陷。若所述近側的二次回波和所述遠側的二次回波中均有缺陷波，則判定為焊縫在鄰近該邊部的第二區域內有夾渣/氣孔缺陷。
[0009] 為了進一步地確定缺陷的具體位置和類型，所述對內焊縫的邊部進行探傷的過程還包括:若所述近側的一次回波中有缺陷波，并且所述遠側的一次回波中沒有缺陷波，則， 用所述橫波探頭在所述第一區域內移動，同時接收并觀察一次回波，若該一次回波中出現缺陷波，則在該位置停止移動所述橫波探頭，此時的缺陷波的波形為靜態波形；然后用所述橫波探頭在該位置處沿所述焊縫的寬度方向移動，同時接收并觀察一次回波，此時的波形為動態波形，若所述靜態波形為組成“山”字形的2-3條反射波，并且所述動態波形的包絡呈馬鞍形，則判定為母材在鄰近該邊部的該位置處有夾雜缺陷。
[0010] 所述對內焊縫的邊部進行探傷的過程還包括:若所述近側的一次回波和所述遠側的一次回波中均有缺陷波，則，用所述橫波探頭在所述第一區域內移動，同時接收并觀察一次回波，若該一次回波中出現缺陷波，則在該位置停止移動所述橫波探頭，此時的缺陷波的波形為靜態波形；然后用所述橫波探頭在該位置處沿所述焊縫的寬度方向移動，同時接收并觀察一次回波，此時的波形為動態波形，若所述靜態波形為單條反射波，并且所述動態波形的包絡呈光滑的山丘形，則判定為焊縫在鄰近該邊部的第二區域內有夾渣/氣孔缺陷。
[0011] 為了進一步區分焊趾處的傾斜微裂紋和母材夾雜，所述對內焊縫的邊部進行探傷的過程還包括:若所述靜態波形為組成“山”字形的2-3條反射波，并且所述動態波形的包絡呈馬鞍形，則將縱波探頭在該位置處沿所述焊縫的長度方向移動，若接收到回波，則判定為母材在鄰近該邊部的該位置處有夾雜缺陷。所述縱波探頭的檢測中心頻率為17.45MHz， 晶片尺寸為5_，有效檢測范圍為8mm寬、10mm厚。
[0012] 優選地，所述第一區域為與焊趾的垂直距離小于8_的區域。所述第二區域為與焊趾的垂直距離小于l〇mm的區域。
[0013] 本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，能夠快速準確地區分并識別出母材夾雜缺陷和夾渣/氣孔缺陷，能夠挽救大量的原本需要降級的管料，從而提高了資源的利用率和生產效率。【附圖說明】
[0014]圖1為母材夾雜缺陷和夾渣/氣孔缺陷的示意圖；
[0015]圖2為本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法的流程示意圖；
[0016]圖3為本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法的初步判定中對內焊縫的近側進行探傷的示意圖；
[0017]圖4為本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法的初步判定中對內焊縫的遠側進行探傷的示意圖；
[0018]圖5的(a)和(b)分別為內焊縫的母材夾雜缺陷在圖3和圖4所示的狀態下的一次回波的示意圖；
[0019]圖6的(a)和(b)分別為內焊縫的夾渣/氣孔缺陷在圖3和圖4所示的狀態下的一次回波的示意圖；
[0020]圖7為在本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法的初步判定中對外焊縫的近側進行探傷的示意圖；
[0021]圖8為在本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法的初步判定中對外焊縫的遠側進行探傷的示意圖；
[0022]圖9的(a)和(b)分別為外焊縫的母材夾雜缺陷在圖7和圖8所示的狀態下的二次回波的示意圖；
[0023]圖10的(a)和(b)分別為外焊縫的夾渣/氣孔缺陷在圖7和圖8所示的狀態下的二次回波的示意圖；
[0024]圖11的(a)和(b)分別為在本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法的再次判定中，內焊縫的母材夾雜缺陷的靜態波形和動態波形的示意圖；
[0025]圖12的(a)和(b)分別為在本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法的再次判定中，內焊縫的夾渣/氣孔缺陷的靜態波形和動態波形的示意圖；
[0026]圖13為本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法所使用的縱波探頭的探頭頻率波譜；
[0027]圖14為本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法所使用的縱波探頭的信號波形。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的識別焊縫邊部點狀母材夾雜物的探傷方法作進一步的詳細描述，但不作為對本發明的限定。
[0029]本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，是通過在生產現場的實際檢驗過程中發現的焊趾處母材夾雜和焊縫夾渣進行金相解剖，了解了兩者的形貌、特征后再通過對超聲波探傷理論的理解的基礎上，針對埋弧焊焊趾處的反射波波形、位置以及探頭和缺陷的相對位置來加以初步確認，并最終使用高精度的縱波探頭進行最終確認。能夠最大程度上避免判定錯誤，從而挽救了大量降級管。
[0030]參照圖2，本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，包括初步判定，該初步判定利用母材夾雜3和氣孔/夾渣4在焊縫兩側不同的橫波反射特征來進行缺陷識別。由于在焊趾處的氣孔/夾渣4缺陷如果是傾斜的微裂紋，則其反射回波的特征與母材夾雜3的反射回波的特征非常相似，因此基于初步判斷還不能夠準確無誤地區分出母材夾雜3和氣孔/夾渣4這兩種缺陷。因此，還需要利用橫波探頭進行再次判定以及利用縱波探頭進行判定。當發現有一次回波時，通過觀察橫波探頭的反射回波的靜態波形和動態波形，做出再次判定。當判定為是母材夾雜3時，需要進一步用縱波探頭來識別，排除一些與母材夾雜3的橫波反射特征類似的氣孔/夾渣4缺陷。
[0031]以下結合附圖3-14詳細描述本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法。
[0032]第一步:通過母材夾雜3和氣孔/夾渣4在焊縫兩側不同的橫波反射特征進行初步判定。
[0033]參照圖1，由于焊縫2包括內焊縫21和外焊縫22，因此，以下分別基于對內、外焊縫的探傷過程進行描述。
[0034]圖3和圖4所示為對內焊縫21的左邊部進行探傷的示意圖。
[0035]如圖3所示，先把橫波探頭5放置到焊縫左側的母材I的表面上，如果發現內焊縫21有近側回波，即一次橫波為缺陷波，反射明顯，為2 — 3根回波，如圖5 (a)所示，并且該缺陷波出現在被探測的位置為離開焊趾O-Smm處，其當量一般低于Φ 1.6豎通孔2 — 4dB左右；再如圖4所示，把橫波探頭5放置到焊縫右側的母材I的表面，此時發現遠側無明顯回波，即無缺陷回波，如圖5(b)所示，此時初步判定為有鄰近焊縫的點狀母材夾雜3缺陷。
[0036]相應地，若發現內焊縫21有近側回波，即一次波為缺陷波，該缺陷波為單根回波，如圖6 (a)所示，并且該缺陷波出現在被探測的位置在焊趾內O — 1mm處；再如圖4所示，把橫波探頭5放置到遠側，發現遠側也有明顯一次回波，即缺陷回波，為單根回波，如圖6(b)所示，且出現缺陷波時被探測的位置近側和遠側測試時基本一致，并且近側回波的當量一般高出Φ 1.6豎通孔4 - 6dB左右，遠側高出2 - 4dB左右，此時初步判定為焊縫有夾渣/氣孔4缺陷。
[0037]以上所述為對內焊縫21的左邊部進行探傷的過程，對內焊縫21的右邊部進行探傷的過程與此相似。
[0038]圖7和圖8所示為對外焊縫22的左邊部進行探傷的示意圖。
[0039]如圖7所示，把橫波探頭5放置到左側，發現外焊縫22近側無明顯二次回波，即無缺陷回波，如圖9(a)所示；再如圖8所示，把橫波探頭5放置到右側，發現遠側有明顯的二次回波，即有缺陷回波，為2 - 3根回波，如圖9(b)所示，出現該回波時被探測位置離開焊祉O — 8mm左右，且其當量一般低于Φ1.6豎通孔O — 2dB左右，此時可初步判定該回波為近焊縫母材夾雜3。
[0040]相應地，若發現外焊縫22有近側回波，即二次回波為缺陷波，如圖10(a)所示，該回波出現時被探測的位置在焊趾內O — 1mm處；再如圖8所示，把橫波探頭5放置到右側，發現遠側也有明顯的二次回波，即缺陷回波，如圖10(b)所示，且出現回波時其被探測的位置與近側出現回波時被探測的位置基本一致，且近側回波的當量一般高出Φ1.6豎通孔4dB左右，遠側的高出2 - 4dB左右，缺陷波均為單根回波，此時可初步判定為該回波為近焊縫夾渣/氣孔4。
[0041]使用上述初步判定步驟，已經可以分辨出母材夾雜3缺陷和夾渣/氣孔4缺陷，但還不夠準確。例如，在焊趾處的傾斜微裂紋，雖然其產生的幾率很低，但在特殊情況下其裂紋內也會有夾雜物，因此其反射特征與母材夾雜3十分類似，故初步判定還存在一定的誤判概率，會將焊趾處的傾斜微裂紋誤判為母材夾雜，因此必須結合再次判定和利用縱波探頭的方法加以綜合判斷。
[0042]第二步:通過焊址處的母材夾雜3和焊縫的夾渣/氣孔4的反射回波的靜態波形和動態波形的不同，進行再次判定。由于母材夾雜的反射波靜態波形常常有“山”形和一定的鋸齒狀，波形較虛，動態包絡線為“馬鞍”形而夾渣缺陷的反射波靜態較為平整，波形較實且為單根波，動態包絡線為平滑的“山丘”形。因此，基于這些特性，可進一步對該類缺陷進行識別。
[0043]用橫波探頭5掃查，當發現縱向缺陷(指沿焊縫寬度方向的缺陷)時，先停止橫波探頭5的移動，觀察靜止狀態下的靜態波形，若缺陷波的靜態波形為2-3條反射波且其組成“山”字形，如圖11(a)所示；再前后(指沿焊縫寬度的方向)移動橫波探頭5，若發現動態移動時的動態波形的包絡線呈“馬鞍”形，如圖11(b)所示，此時，可再次判定為焊縫邊的點狀母材夾雜3。這是因為母材夾雜3是含有其它雜質，夾雜物與母材的聲速不同，故靜態反射有2-3根波幅不同的反射波。
[0044]相應地，用橫波探頭5掃查，當發現縱向缺陷(指沿焊縫寬度方向的缺陷)時，先停止橫波探頭5的移動，觀察靜止狀態下的靜態波形，若缺陷波的靜態波形為單條反射波，如圖12(a)所示；再前后(指沿焊縫寬度的方向)移動橫波探頭5，若發現動態移動時的動態波形的包絡線呈光滑的“山丘”形，如圖12(b)所示，此時，可再次判定為焊縫內的夾渣/氣孔4缺陷。
[0045]第三步:結合縱波探測方法，最終判定是否為母材夾雜3。
[0046]由于前面兩步無法百分百地識別出焊縫邊部的點狀母材夾雜3，而這種面積型得母材缺陷用縱波分層探頭是可以有效確認的。但是常規的縱波分層探頭無法發現此類母材夾雜。所以，該步驟中需要使用高精度的縱波單晶小探頭，該探頭的特性如圖13和圖14所示，其參數為:阻尼50Ω，增益40dB，晶片尺寸為5mm，由壓電復合材料制成，有效檢測范圍是8mm寬、1mm厚，檢測中心頻率為17.45MHZ。
[0047]由于晶片尺寸小，其近場長度小，信噪比和分辨率高，同時其中心頻率很高，能量集中，故能檢測到此類較小的點狀母材夾雜物。若用常規的分層探頭，其晶片尺寸為10_以上，頻率一般低于或等于5MHZ，由于能量相對低，晶片尺寸大，故其信噪比和分辨率達不到能分辨出此類缺陷的目的。
[0048]但是，由于該類小探頭的直徑較小，只有5、6mm，手握時比較費勁，且移動時一次掃查的面積很小，故直接用它來識別焊縫邊部的點狀母材夾雜3效率很低；且左右來回掃查時間過長后會造成探傷人員的手勢變形，最終會造成漏檢。
[0049]因此，需要通過前面兩個步驟(即上述的第一步初步判定和第二步再次判定)，通過前面兩步可以把缺陷所在的位置的范圍大幅地縮小，同時通過前面兩步的鋪墊可以基本確認該缺陷在焊縫長度上的位置。
[0050]在該步驟中，將高精度的縱波探頭放置在目標位置上，略作左右(指沿焊縫長度的方向)移動，若發現母材夾雜物3的反射回波，則可以最終判定為在鄰近焊縫的邊部具有母材夾雜3缺陷。然后可以按校驗好的當量進行判斷此夾雜物是否超標。
[0051]在實施本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法之前，還需要進行如下調整和校驗步驟:
[0052]I)在探傷開始前，根據在和鋼管相同材質、壁厚、管徑的樣塊上調整儀器的橫波深度1:1或深度I '2的掃描速度，并調整特制分層小探頭的縱波1:1的掃描速度。
[0053]2)按照標準使用樣塊上直徑1.6mm的豎通孔畫出相對應的橫波幅曲線，并根據鋼管和樣塊的表面耦合差異進行一定的補償。
[0054]3)按照標準使用樣塊上直徑6_的平底孔調整特制分層小探頭的當量。
[0055]本發明的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，是針對原有的射線探傷方法無法對焊縫邊部母材夾雜物進行定性、檢測效率低、造成了批量合格管料的誤判等問題，而研制發明的。該方法通過母材夾雜物和焊縫熱影響區的夾渣、氣孔缺陷的不同波形、不同當量、焊縫兩側不同特征來區分缺陷類型，具有探傷效率高、操作方便、環保的優點。
[0056]該方法解決了對母材夾雜類缺陷的定性能力，從而大幅減少了相關的金相實驗。同時，該方法由于可以準確地鑒別出母材夾雜缺陷，因此挽救了大量原本需要降級的管料，例如，在西氣東輸項目中，在有效分辨了母材夾雜物和焊縫夾渣缺陷后挽救的管料共計486根，按該項目1016X21管料的重量平均值計486根X 4.40噸/根=2138噸，按該項目的合格管和降級管料的差額為2500元/噸計算，總共節約成本為2138噸X 2500元/噸=534.5萬元。
[0057]以上【具體實施方式】僅為本發明的示例性實施方式，不能用于限定本發明，本發明的保護范圍由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本發明的實質和保護范圍內，對本發明做出各種修改或等同替換，這些修改或等同替換也應視為落在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，其特征在于，該方法包括對內焊縫的邊部 進行探傷的過程，該過程包括:將橫波探頭置于母材的鄰近該邊部的外表面上，接收近側的 一次回波，再將所述橫波探頭置于母材的鄰近另一個邊部的外表面上，接收遠側的一次回 波，若所述近側的一次回波中有缺陷波，并且所述遠側的一次回波中沒有缺陷波，則判定為 母材在鄰近該邊部的第一區域內有夾雜缺陷。2.根據權利要求1所述的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，其特征在于，所述對內 焊縫的邊部進行探傷的過程還包括:若所述近側的一次回波和所述遠側的一次回波中均有 缺陷波，則判定為焊縫在鄰近該邊部的第二區域內有夾渣/氣孔缺陷。3.根據權利要求1所述的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，其特征在于，該方法還 包括對外焊縫的邊部進行探傷的過程，所述對外焊縫的邊部進行探傷的過程包括:將橫波 探頭置于母材的鄰近該邊部的外表面上，接收近側的二次回波，再將所述橫波探頭置于母 材的鄰近另一個邊部的外表面上，接收遠側的二次回波，若所述近側的二次回波中沒有缺 陷波，并且所述遠側的二次回波中有缺陷波，則判定為母材在鄰近該邊部的第一區域內有 夾雜缺陷。4.根據權利要求3所述的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，其特征在于，所述對外 焊縫的邊部進行探傷的過程還包括:若所述近側的二次回波和所述遠側的二次回波中均有 缺陷波，則判定為焊縫在鄰近該邊部的第二區域內有夾渣/氣孔缺陷。5.根據權利要求1所述的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，其特征在于，所述對內 焊縫的邊部進行探傷的過程還包括:若所述近側的一次回波中有缺陷波，并且所述遠側的 一次回波中沒有缺陷波，則，用所述橫波探頭在所述第一區域內移動，同時接收并觀察一次回波，若該一次回波中 出現缺陷波，則在該位置停止移動所述橫波探頭，此時的缺陷波的波形為靜態波形；然后用所述橫波探頭在該位置處沿所述焊縫的寬度方向移動，同時接收并觀察一次回 波，此時的波形為動態波形，若所述靜態波形為組成“山”字形的2-3條反射波，并且所述動態波形的包絡呈馬鞍 形，則判定為母材在鄰近該邊部的該位置處有夾雜缺陷。6.根據權利要求2所述的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，其特征在于，所述對內 焊縫的邊部進行探傷的過程還包括:若所述近側的一次回波和所述遠側的一次回波中均有 缺陷波，則，用所述橫波探頭在所述第一區域內移動，同時接收并觀察一次回波，若該一次回波中 出現缺陷波，則在該位置停止移動所述橫波探頭，此時的缺陷波的波形為靜態波形；然后用所述橫波探頭在該位置處沿所述焊縫的寬度方向移動，同時接收并觀察一次回 波，此時的波形為動態波形，若所述靜態波形為單條反射波，并且所述動態波形的包絡呈光滑的山丘形，則判定為 焊縫在鄰近該邊部的第二區域內有夾渣/氣孔缺陷。7.根據權利要求5所述的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，其特征在于，所述對內 焊縫的邊部進行探傷的過程還包括:若所述靜態波形為組成“山”字形的2-3條反射波，并 且所述動態波形的包絡呈馬鞍形，則將縱波探頭在該位置處沿所述焊縫的長度方向移動， 若接收到回波，則判定為母材在鄰近該邊部的該位置處有夾雜缺陷。8.根據權利要求1或3所述的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，其特征在于，所述第 一區域為，與焊趾的垂直距離小于8mm的區域。9.根據權利要求2或4所述的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，其特征在于，所述第 二區域為，與焊趾的垂直距離小于l〇mm的區域。10.根據權利要求7所述的識別焊縫邊部缺陷類型的探傷方法，其特征在于，所述縱波 探頭的檢測中心頻率為17.45MHz，晶片尺寸為5mm，有效檢測范圍為8mm寬、10mm厚。
【文檔編號】G01N29/04GK105987951SQ201510044176
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月28日
【發明人】張靈, 徐振亞, 董斌
【申請人】寶山鋼鐵股份有限公司