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焊缝超声检测误判案例:内壁结构反射波

电厂某部件的管道对接焊缝进行超声检测,由于该部位结构特殊,超声波仅能在单侧扫查,当采用K1探头扫查时,发现焊缝中存在整圈断续超标缺陷,回波信号高度超判废线,且位于二次波中。若仅依靠仪器屏幕中回波信号的水平值、深度值、当量值等参数,很容易将其判定为缺陷回波信号。经验告诉我,此回波信号不是缺陷回波,很有可能是变形波或结构反射波。并进行了多种方式验证,最终证实该回波信号不是缺陷回波,也不是变形波,而是内部结构反射波。

1、检测方式:

管道规格为Φ273×25mm,材质为12Cr1MoVG。检测前用测厚仪测量母材厚度,分别测量距焊缝100mm处母材厚度和紧贴焊缝边缘母材厚度,测量值分别为27mm和24mm,测厚结果表明:管道内壁存在削边处理的台阶,根据厚度测量的结果绘制成焊缝结构示意图,如图1所示。

焊缝示意图及实物图
图1  焊缝结构示意图及实物图

焊缝右侧为大小头,超声波探头无法在大小头侧对焊缝进行扫查。按照NB/T47013.3-2015标准要求:单面单侧扫查,应采用两种K值的探头,且两种探头的折射角度差值应不小于10°。因此,采用K1.5和K2.5满足标准要求。但当时该焊缝需要进行热处理,热处理前业主想大概了解下焊缝情况,现场只有2.5P8×12K1(实测K值0.98mm,前沿9mm)和2.5P8×12K 2(实测K值2.05mm,前沿10mm)两种规格的探头,作初次扫查。

检测灵敏度Φ2×40-18dB,表面补偿3dB。利用K1探头扫查,发现二次波中存在疑似回波信号,如图2所示。

超声反射回波信号
图2  初次扫查结果

仪器显示的水平值为33.3mm,深度值为42.2mm(未在仪器中设置工件厚度,即折算成实际深度约8.6mm),波高当量值为SL+16.5dB,钢直尺量取水平位置位于焊缝中,距焊缝中心偏探头侧约5mm。利用半波高度测长法测量该回波信号的长度,发现整圈断续的存在。

利用K2探头的一、二次波扫查,除了根部反射回波,未发现缺陷回波。再将焊缝余高磨平,用直探头检测该回波位置,同样未发现任何焊缝内部的反射波。

若仅依靠K1扫查时仪器显示的参数进行判定,回波显示位置位于焊缝中且偏探头侧,根据以往检验经验,很容易误判为缺陷回波。但是以我的检测经验来看,应该不是缺陷回波。为了不误判,也不漏判,进行了其他的验证方式。

2、验证过程

首先,当采用K2探头扫查,一次波、二次波均未发现回波,仅K1探头扫查的二次波中发现,可以大致推断该回波可能为根部某个结构产生的回波,或者根部结构产生的变形波,而测厚结果表明内壁确实存在台阶结构,再次证实可能存在结构反射波或变形波。

其次,为了证实上述两种是否真实存在,采用1:1作图示法验证,利用CAD绘图,发现当采用K1的探头距离焊缝边缘20mm时,超声横波声束将入射至内壁台阶处,再由台阶反射至上表面,或者经台阶形成变形纵波反射至上表面,声束原路返回,被探头接收到显示在仪器中。如下图3红色线表示入射横波,蓝线表示反射横波或者变形纵波。

CAD绘制1:1扫查声束图示
图3 CAD绘制1:1扫查声束图示

再次,可利用计算方式验证该反射回波为根部反射回波,还是根部变形波。

假设蓝线为横波声束,设入射横波声束在斜面深度为25mm处反射。则一次总声程=25÷sin45+25=60.4mm,在换算成仪器显示的深度值=60.4×sin45=42.7mm,水平值=42.7-9=33.7mm,与仪器实际显示的深度值42.2mm,深度值33.3mm几乎吻合。因此,可推断出该反射波为根部结构反射波。

最后,在检测过程中,用手蘸油拍打焊缝边缘母材,回波跳动,再次证明该反射回波为结构反射波,而非缺陷波。

3、总结

实施超声检测前,务必采用直探头或者测厚仪测量母材厚度,了解内壁具体结构,检测中发现了疑似缺陷的回波,先提出多种伪缺陷的可能,再利用各种方式去验证或推翻你的假设,比如:利用不同K值的探头扫查、直探头扫查法、在不同位置扫查、不同波次扫查、1:1作图法、计算法等方式,如果能将所有伪缺陷的假设推翻,则可以判定为缺陷。

通常焊缝根部形成的变形波或结构反射波,用钢直尺测量其水平位置,大多数位于焊缝外,或位于焊缝边缘,且焊缝中心偏探头对侧,而这次检测发现其水平距离位于焊缝中心偏探头侧5mm,仅依靠这些数据,再凭借以往经验很容易误判为缺陷。

若二次波中存在疑似缺陷反射波,务必谨慎对待,在没有采用有效方式验证前,切莫轻易下定结论。


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