薄壁焊缝超声检测5种伪缺陷特征分析-曹智的无损检测博客

在上一篇《薄壁焊缝超声检测方法及缺陷识别技巧》中，介绍了薄壁焊缝（不大于10mm）超声检测选择探头规格的经验，以及缺陷识别的简单实用技巧。

对于薄壁焊缝超声检测而言，由于壁厚薄、探头规格等特殊因素，导致超声仪器屏幕中伪缺陷较多、识别区间较窄，由此来看薄壁焊缝的缺陷识别似乎难于厚壁。因此，有必要对伪缺陷进行更深入的分析。

近期参与了薄壁钢管对接焊缝超声检测实操培训，对于缺陷识别总结了一点心得，后续将所获心得一一分享。在本文中将分析伪缺陷成因、典型特征，及识别伪缺陷的技巧。

薄壁焊缝超声检测，存在的伪缺陷有：（1）根部焊瘤反射波，（2）表面波/油波，（3）变形波（纵波），（4）上表面反射波（横波），（5）余高反射波。

根部焊瘤反射波、变形波、上表面反射波统称为“山形波”。

焊缝超声检测伪缺陷（山形波）特征

1、表面波/油波：超声波声束具有一定扩散角，当上扩散角一定大时，钢中存在上扩散角为90°的横波，且沿着工件表面传播，即为表面波。可以简单的理解为，表面波是沿着工件表面传播的横波。

当选用的探头K值较大、晶片尺寸较小、频率较小等条件时，会导致超声波声束扩散角增大，沿着工件表面传播的横波分量越多，表面波愈加明显。

而表面波不能反映缺陷真实的情况，通常被认为伪缺陷波，且容易被误认为缺陷波，造成误判。因此，应尽量避免表面波的存在，而选择合适规格的探头，是避免表面波的最佳方式。

焊缝超声检测伪缺陷（表面波）特征

表面波/油波特征：表面波波形较宽，呈三角形状，用手蘸油拍打探头前部，表面波会明显跳动或者消失。油波波形较宽，当探头固定不动，清除探头前部多余的耦合剂，油波消失。

2、根部焊瘤反射波：成型良好的单面焊双面成型的焊缝，会在焊缝根部会形成一道圆滑的余高，我喜欢称之为“焊瘤”。置于称呼对不对不重要，只需明白在该部位存在反射波。

根部“焊瘤”曲率较大时（半径较小），根部焊缝反射波较强，波幅较高。当锯齿扫查时，由于焊缝壁厚较薄，该反射波将在仪器屏幕中将一直出现，简直就像梦魇般的存在，严重影响缺陷的识别，非常容易造成误判，但也并非是一场噩梦。

根部“焊瘤”曲率较小（半径较大）时，该反射波较弱，波幅较低，似乎可以降低识别缺陷的难度。但切莫高兴的太早，这并非是件好事。究竟何种原因，后面将会介绍。

当然能将根部焊瘤磨平，那简直太好了，如果是这样的话，也就不存在下面这些伪缺陷。而现实却是残酷的，剧情的发展往往不会伴随着我们意志改变而改变，根部焊瘤也将是一道无法逾越的鸿沟。但认真的研究下焊瘤反射波，其实可以借力打力。

焊缝超声检测伪缺陷（根部焊瘤反射波）特征

根部焊瘤反射波特征：（1）通常情况下根部焊瘤反射波深度大于T，小于T+2mm。请注意，这是一般的情况下，对于焊瘤较大时，可能为T+3，切莫生搬硬套。

（2）反射波的水平位置，一般大于探头前沿至焊缝中心的距离，无论在那一侧扫查，这一条均能满足。

（3）对于相同厚度的工件，且K值不变时，探头前沿至焊缝中心线的距离不变，或者说探头前沿至焊缝边缘的距离Lo不变。在我总结的缺陷识别方法中，Lo是至关重要的参数，请记住这个值，在下一篇文中，将会分享快速辨别缺陷的技巧。

（4）采用不同K值的探头，焊瘤反射波的波幅不同。

3、变形波（纵波）：在两种不同阻抗的介质中，当横波入射角小于第三临界角时，在反射波中，既有横波又有纵波，而横波变为纵波的过程称之为波形转换，纵波也可称为“变形波”（更准确的描述是“变型波”，但是我习惯了讲“变形波”，如有误导，请多多包涵）。

焊缝超声检测伪缺陷（变形波）特征

当超声波声束入射至焊缝根部焊瘤时，此时存在钢/空气两种介质。因此，也会发生波形转变，即横波变为纵波。当横波入射角度合适时，纵波会垂直入射至焊缝上表面，此时反射波幅较高。大多情况下，该入射横波为某个扩散角度的声束，因此波幅一般小于焊瘤反射波。

焊缝超声检测伪缺陷（变形波）特征 变形波（纵波）特征：（1）变形波的多出现在焊瘤反射波后面，工件厚度越薄，越接近根部焊瘤反射波，位于山形波的中间位置。

（2）当整条焊缝的根部焊瘤形状近似相同、板厚不变、探头K值不变时，变形波在超声波仪器屏幕显示的水平值和深度值近似固定值。移动探头，找到变形波波幅最高时，探头前沿至焊缝边缘的距离也是近似固定值，可以通过简单三角函数计算其深度和水平值。

（3）用尺子量取屏幕中的水平值L1，貌似位于探头对侧，且靠近焊缝边缘位置，深度也在焊缝下半部分。当然厚度不同的工件，水平距离和深度值也不同，这点也切莫生搬硬套，可根据下列公式灵活应变。通常工件越薄，水平值越靠近焊缝中心位置，深度值越靠近根部。

推导公式：工件厚度T、K值（换算成入射角β=arctan(K)）、探头前沿L=12mm、不考虑上表面余高厚度、焊瘤厚度为2mm。仪器读数水平值L1，深度值H1、横波声速3240m/s、纵波声速5900m/s。

假设工件厚度T=10mm、K3（β≈71.56°）、上焊缝盖面余高宽度为16mm，L1=24.3mm，而探头前沿值焊缝中心距为3T-12=18mm。因此，仪器水平显示值为探头对侧，且距离焊缝中心6.3mm，几乎靠近焊缝边缘。深度H1=12mm，深度显示位于焊缝根部。

4、上表面反射波（横波）：超声波声束入射至根部焊瘤时，既有波形转换的纵波，同时存在反射横波，即横波经过根部焊瘤反射后，反射横波垂直入射上表面余高，形成上表面反射波。

焊缝超声检测伪缺陷（横波）特征

上表面反射波（横波）特征：（1）上表面反射波与变形波的特征非常相似，但由于反射横波的声速小于变形波（纵波）的声速，因此，上表面反射波位于根部焊瘤波和变形波后。仪器屏幕显示的水平位置一般在探头对侧，且位于焊缝外。在整条焊缝中，该反射波波幅最高时，探头距离焊缝的位置也基本固定。

（2）当根部焊瘤曲率越小（半径较大），K值越大，该波反射较强，而根部焊瘤反射波和变形波较低，甚至消失。该反射波会再二次波中显示，严重影响缺陷二次波的识别，所以焊瘤小也并非一件好事，除非磨平。

工件越厚，仪器屏幕中的水平读数距离焊缝中心位置越远，也可铜通过三角函数计算。

推导公式：工件厚度T、K值（换算成入射角β=arctan(K)）、探头前沿L=12mm、不考虑上表面余高厚度、焊瘤厚度为2mm。水平值L2，深度值H2、横波声速3240m/s、纵波声速5900m/s。

假设工件厚度T=8mm、K3（β≈71.56°）、上焊缝盖面余高宽度为16mm，L2=21.4mm，而探头前沿值焊缝中心距为3T-12=12mm。因此，仪器水平显示值为探头侧，且距离焊缝中心9.4mm，水平位置在焊缝外面。深度H1=11.2mm，深度显示接近中部位置。（注：图中厚度为8mm的工件，但非该波的最高波）