串列式超声检测的应用

在深水海洋石油平台钢结构中，中厚板的双面焊T型以及中厚板K型和单边V型坡口焊接接头容易出现根部的未焊透、未融合、裂纹等垂直于检测面的危害性面状缺陷。用单一斜探头不易发现此类缺陷,容易漏检，尤其是用角度较小的探头检测时。由于串列式超声波检测对垂直性面状缺陷检测效果好，对深水海洋石油平台钢结构中厚板的双面焊T型焊接接头进行了串列式超声检测，结果表明，该方法可作为常规超声检测的一种辅助型检测方法，下面我们通过实例来给大家详细说明一下。

在某海工项目中，用常规的超声检测工艺，对５０mm厚的环板结构T型焊缝进行超声检测。使用型号为５Z８×１２A７０的斜探头进行检测，前沿为１３mm，发现深度h＝２４．５mm，水平S＝５５mm处有一个很高的疑似缺陷的回波,其检测原理示意如下图所示：

为了更好的验证此缺陷我们用４５°，６０°角度分别进行检测，未发现反射回波。而７０°探头也仅能发现局部缺陷反射回波，分析得出，熔合线处未熔合缺陷面积比较大，属于大型面状缺陷，且垂直于检测面，用４５°和６０°探头产生的波束与缺陷的夹角相对较小，单斜探头接收到的反射回波能量较小，而７０°探头与缺陷平面的夹角相对较大，同时未熔合缺陷不可能都是面状规则的，且探头有一定的扩散角，在缺陷局部呈现出较高的反射回波信号。

对于这种情况我们可以选择串列式超声检测，它是将两个探头一前一后，以串列基准线等间隔地移动扫查，两探头以相同的方向放置在焊缝一侧的表面上，一个探头发射超声波，另一个探头接收超声波。串列式超声检测原理示意如下图所示 当发现垂直于检测面的缺陷时，超声波经缺陷反射至底面,再由底面反射至接收探头，从而接收到缺陷反射信号。

串列式扫查存在上下检测“盲区”，看下面的图，当两探头B１和B２紧靠在一起时，由于探头前沿仅能发现根部以上的垂直型缺陷，不能*检测到根部缺陷。当两探头反方向等距离移动时，直至A１探头到达焊缝余高，探头将不能继续移动，只能扫查到工件表面以下的垂直性面状缺陷。采用横波入射，入射角在３０°或６０°附近时,端角反射率。因此,串列式扫查通常采用２个４５°，频率相同，且探头的声速偏离角不大于２°的单斜探头。

关于设备的调校，时基线扫描比例应按单斜探头的方法调节，大探测比例应大于１倍跨距声程。灵敏度调节以直径为６mm的平底孔作为基准反射体，灵敏度调节方法具体参见标准GB/T２９７１２－２０１３《焊缝无损检测 超声检测 验收等级》。

缺陷位置的确定，看串列式扫查的缺陷定位原理示意图。采用串列式扫查时,位于焊缝中任何深度缺陷的反射波均在示波屏同一位置显示,这时缺陷水平距离和深度分别如下面两公式：

l＝T∗K－L/２

H＝T－L/(２K)

式中：

l为水平距离；

H为深度；

T为工件厚度；

K为探头K值(折射角度的正切值)；

L为两探头入射点间的距离。

串列式扫查的缺陷定位原理示意图

简易串列式扫查工装夹具外观

我们来验证上面的缺陷情况，用两个５Z１０×１０A４５ 型号斜探头和一块厚５０.8mm的试块，模拟现场厚度为５０mm的环板根部未熔合垂直性面状缺陷的串列式超声检测，其检测原理示意如下图所示。

显示有较高的缺陷回波,且波形清晰稳定，通过现场返修，验证了该缺陷为熔合线处的未熔合缺陷。

由此可知，虽然串列式超声检测有检测盲区，且工装夹具操作不便，但其能有效发现垂直性面状缺陷，解决了单斜探头对该类缺陷检出率低的问题，可作为常规超声检测的辅助检测方法。尤其对中厚板T型焊接接头以及中厚板K型和单边V坡口熔合线附近的缺陷采用串列式扫查配合单斜探头的超声检测，可有效地提高缺陷检出率,提高海洋石油工程钢结构的品质。

原创作者：济宁儒佳检测仪器有限公司