水工钢闸门的无损探伤

4.3　水工钢闸门的无损探伤

在闸门的无损探伤检测中，首先结合探测对象的结构形状、目的要求、现场情况等选择探测仪器，并对仪器调节校验，然后进行探测与对探测结果处理分析，得到探伤结果。

4.3.1　探伤仪器的选择

正确选择仪器与探头对于有效发现缺陷并对缺陷定位、定量和定性至关重要，应根据现场条件、被测对象的结构形状及探伤要求合理选择。对于钢闸门检测而言，其要求是:

(1)选择仪器应优先重量轻、荧光屏亮度好、盲区小和分辨力好的仪器。

(2)选择探头应尽可能选择频率较高(2.5～5.0MHz)、小晶片(9×9)、较大K值、短前沿的斜探头，确保探伤时有足够灵敏度，能避开近场区，同时能扫查到整个焊缝。

(3)可选择机油作为耦合剂，使超声波能有效地传入被测对象，达到探伤目的。

4.3.2探伤仪器调节、校验(标定)

对焊缝探伤而言，仪器的调节校验包括调扫描速度、测K值和入射点(前沿距离l₀)、制作距离-波幅曲线等。

1.扫描速度指仪器显示屏的水平刻度与实际声程(单程)的比例关系

调扫描速度的一般方法是根据探测范围，利用已知尺寸的试块或被测对象的两次不同反射波的前沿分别对准显示屏上相应的水平刻度值来实现。横波调扫描速度的方法有3种:声程调节法、水平调节法、深度调节法。焊缝探伤一般按深度调节法，即显示屏的水平刻度与缺陷的实际深度一一对应。这样在探伤时发现缺陷回波就可以通过显示屏的水平刻度值读出缺陷深度，通过计算就可以知道缺陷在水平方向距入射点(或探头前沿)的距离，从而确定缺陷在焊缝中的准确位置。各种仪器调扫描速度的方法不尽一致，具体见有关资料或仪器说明书。

2.探头的入射点与实际K值的测定

斜探头的入射点是指其主声束轴线与探测面的交点。入射点至探头前沿的距离称为探头的前沿长度。测定探头入射点和前沿长度是为了对缺陷定位和测定探头的K值。

将斜探头放在CSK-1A试块上，如图4-6所示，使φ100圆柱曲底面回波达到最高时斜楔底面与试块圆心的重合点就是该探头的入射点。这时，探头的前沿长度为

l₀= R－M

斜探头K值是指被测对象中横波折射角β_S的正切值，即K= tanβ_S。其测定如图4-6所示。当探头置于B位置时，可测定β_S为35°～60°(K= 0.7～1.73);当探头置于C位置时，可测定β_S为60°～75°(K= 1.73～3.73);当探头置于D位置时，可测定β_S为75°～80°(K= 3.73～5.67)。

图4-6　入射点与K值测定

以C位置为例说明K值测定方法。探头对准试块上φ50的横孔，找到最高回波，并测出探头前沿距试块前端的距离L，则有

3.距离-波幅曲线描述某一确定反射体回波高度随距离变化的关系

其示意图如图4-7所示。距离-波幅曲线由评定线、定量线和判废线组成。

距离-波幅曲线有两种形式。一种是波幅用dB值表示作为纵坐标，距离为横坐标，称为距离-dB曲线;另一种是波幅用毫米(或%)表示作为纵坐标，距离为横坐标，在实际探伤中将其绘在示波屏面板上，称为面板曲线。数字探伤仪基本上使用前者，模拟探伤仪基本上使用后者。具体绘制过程如下:根据对象厚度及探伤要求在RB试块上找到深度为10的φ3横通孔的最高回波，将其调到满屏(或80%)，固定“衰减器”和“增益”，记下“衰减器”读数，同时在面板上的回波波峰处绘点，然后依次找到深度20、30、40、50、60、70等φ3横通孔的最高回波波峰处绘点，用曲线连接各点即绘出面板曲线。如是数字探伤仪，绘出面板曲线的连线过程自动进行。最后，根据相应标准，设定评定线、定量线和判废线。

图4-7　距离-波幅曲线示意图

4.3.3　探伤的方法、步骤

(1)探伤前应对探头移动区的焊接飞溅、铁屑及其他外部杂物进行清理。探伤表面应平整光滑，便于探头的自由扫查。

(2)由于被测对象表面与试块表面的粗糙度及曲率不同，应进行声能传输损失补偿，一般约为3dB左右，即探伤时将波幅升高3dB左右，也可以通过实验测得补偿值。

(3)探伤扫查的方式有锯齿形扫查、左右扫查与前后扫查、转角扫查、环绕扫查等，如图4-8所示。

实际探伤中，在粗探时为了提高扫查速度又不至于漏检，常常将探伤灵敏度提高12～18dB后进行扫查。

(4)定位。对于模拟仪器，若按1∶n调节横波扫描速度，缺陷波的水平刻度值为τ_f，采用K值探头探伤。直射波发现的缺陷在被测对象中的水平l_f和深度d_f为

l_f= Knτ_f

d_f= nτ_f

一次反射波发现的缺陷在被测对象中的水平l_f和深度d_f为

l_f= Knτ_f

d_f= 2T－nτ_f

数字式仪器可直接读出缺陷位置。

图4-8　基本扫查方式

(5)定量。包括确定缺陷的大小和数量，而缺陷的大小指缺陷的面积和长度。常用的定量方法有当量法、底波高度法和测长法三种。当量法和底波高度法用于缺陷尺寸小于声束截面的情况，测长法用于缺陷尺寸大于声束截面的情况。这里重点介绍测长法。

测长法是根据缺陷波高与探头移动距离来确定缺陷的尺寸。根据测定缺陷长度时的灵敏度基准不同将测长法分为相对灵敏度法、绝对灵敏度法和端点峰值法。

相对灵敏度法是以缺陷最高回波为相对基准，沿缺陷的长度方向移动探头，降低一定的dB值来测定缺陷的长度。降低的分贝值有3dB、6 dB、10 dB、12 dB、20 dB等几种。常用的有6 dB法和端点6 dB法。如图4-9所示。

绝对灵敏度法是在仪器一定灵敏度的条件下，沿缺陷的长度方向移动探头，当缺陷波高降到规定位置时(如图4-10中所示B线)，即为探头移动的距离l_f。此法多用于自动探伤。

当探头在扫查过程中，如发现缺陷反射波峰起伏变化、有多个高点时，则可以用缺陷两端反射波最大极值之间的探头移动长度作为缺陷的指示长度l_f，此法称为端点峰值法，如图4-11所示。

(6)T形焊缝结构的探伤。钢闸门检测中会碰到大量T形焊缝和角焊缝。其探头扫查部位如图4-12所示。

(7)探伤完毕，清理现场。

图4-9　相对灵敏度测长法

图4-10　绝对灵敏度测长法

图4-11　端点峰值测长法

4.3.4　探伤结果的处理与分析

4.3.4.1　探伤质量评定标准

焊缝缺陷的大小、位置测定以后，要根据缺陷的当量和指示长度结合有关标准的规定进行焊缝的质量评定。现以GB11345—89作为水工钢闸门的焊缝质量评定标准为例作简要介绍。

GB11345—89标准将焊缝质量分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等四级，其中Ⅰ级质量最高，Ⅳ级质量最低。具体分级规定如下:

1.Ⅳ级焊缝

图4-12　T形焊缝扫查部位

存在以下缺陷的评为Ⅳ级:

①反射波高位于Ⅲ级区的缺陷者。

②反射波超过评定线，检验人员判为裂纹等危害性缺陷者。

③位于Ⅱ区的缺陷指示长度超过表4-2中Ⅲ级者。

2.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级焊缝

①位于Ⅱ区的缺陷按表4-2评定其级别。

②位于Ⅰ区的非危害性缺陷评为Ⅰ级。

表4-2　GB11345—89标准Ⅱ区缺陷级别评定

4.3.4.2　影响缺陷定位、定量的主要因素

A型脉冲反射式超声波探伤时是通过缺陷波的位置和高度来评价被检对象中缺陷的位置和大小的，而影响缺陷波位置和高度的因素很多，了解这些因素，对于提高定位、定量精度是十分有益的。

1.影响缺陷定位的主要因素

(1)仪器。仪器的水平线不佳时缺陷定位误差较大。

(2)探头。探头的斜楔磨损引起K值和前沿距离的改变，探头的指向性的好坏也会影响定位的准确性。

(3)被测对象。对象的表面粗糙度、材质及内应力状态等会引起声波的传播方向产生偏离，从而影响定位的准确性。

2.影响缺陷定量的主要因素

(1)仪器。仪器的水平线性和衰减器的精度不佳时缺陷定量误差较大。

(2)探头。探头的形式和晶片尺寸、探头的K值等均会影响定量的准确性。

(3)耦合与衰减。耦合剂的声阻抗和耦合层的厚度会影响定量，调灵敏度用的试块和被探对象表面耦合状态不同、试块与对象的衰减系数不同对缺陷定量亦产生影响。

(4)缺陷。缺陷的形状、方位、性质及表面粗糙度对反射波高产生直接影响，对缺陷定量的准确性产生影响。

4.3.4.3　缺陷性质分析

缺陷性质是一个很复杂的问题，实际探伤中常常根据经验结合被测对象的加工工艺、缺陷特征、缺陷波形及底波情况来分析估计缺陷的性质。

1.加工工艺

对象内所形成的各种缺陷与加工工艺密切相关。如焊接过程可能产生气孔、夹渣、未焊透、未熔合等缺陷。在探伤前应查阅有关被测对象的图纸和资料，了解对象的材料、结构特点、几何尺寸和加工工艺，这对于判定估计缺陷是十分有益的。

2.缺陷特征

缺陷特征指缺陷的形状、大小和程度。

(1)平面形缺陷。在不同的方向上探测，其缺陷回波高度显著不同。探伤时稍微转动探头，波形很快消失。一般裂纹、夹层、未熔合就属于平面形缺陷。

(2)密集形缺陷。缺陷波密集且互相彼连，在不同的方向探测，缺陷回波情况类似。一般密集气孔、白点、疏松等就属于密集形缺陷。

(3)点状缺陷。在不同的方向探测，缺陷回波无明显变化。一般气孔、小夹渣就属于点状缺陷。

3.缺陷波形

缺陷波形分为静态波形和动态波形两大类。静态波形是指探头不动时缺陷波的高度、形状和密集程度。动态波形是指探头在探测面上的移动过程中，缺陷波的变化情况。

(1)静态波形。缺陷内含物的声阻抗对缺陷回波高度有较大的影响。此外，不同类型缺陷反射波的形状也有一定的差别。如气孔与夹渣，气孔声阻抗很小，表面较平滑，界面反射率低，同时，还有部分声波透入夹渣层内，形成多次反射，波形宽度大且带锯齿。如图4-13所示。

图4-13　气孔和夹渣的静态波形

(2)动态波形。不同性质的缺陷其动态波形是不同的。几种常见不同性质的缺陷的动态波形如图4-14所示。用模拟式仪器探伤时可通过移动探头，观察其动态波形，数字式仪器可通过绘制包络线直接将动态波形显示在屏幕上。

图4-14　常见缺陷的动态波形

4.根据底波情况分析缺陷性质

被测对象内部存在缺陷时，超声波被缺陷反射使射达底面的声能减少，底波降低，甚至消失。有以下几种情况值得重视:

(1)缺陷波很强，底波消失时，可认为是大面积缺陷，如裂纹、夹层等。

(2)缺陷波与底波共存时，可认为是点状缺陷(如气孔、夹渣)或其他小面积缺陷。

(3)缺陷波互相彼连、高低不同，底波明显下降，可认为是密集缺陷，如密集气孔和夹渣、白点等。

(4)缺陷波与底波都很低，或者两者都消失，可认为是大而倾斜的缺陷。

4.3.5探伤的记录与报告

探伤的记录与报告的主要内容应包括探伤方法、探伤部位示意图、检验范围及比例、验收标准、所用仪器及探头等的型号及规格、缺陷情况以及探伤结论、检验人员及审核人员签字。具体记录内容如下:

(1)施工或生产厂名;

(2)工程或产品名;

(3)试验编号或符号，～～～～如焊缝被检部位用符号及带圈的数字表示，×可以为1，2，3，…，如①表示第①条被检焊缝，并在示意图后面有对这条焊缝的说明;

(4)试验日期;

(5)检测人员姓名及资格;

(6)母材的材质及板厚;

(7)焊缝方法和坡口形状;

(8)探伤仪名称，校验时间及性能;

(9)探头的规格、性能及校验时间;

(10)使用的标准试块或对比试块;

(11)探伤部分的状态及修理方法;

(12)耦合介质;

(13)探伤灵敏度;

(14)缺陷指示长度;

(15)缺陷的位置(焊缝线方向的位置，探头距焊缝的距离，声程);

(16)缺陷的等级;

(17)合格与否及其基准;

(18)其他事项。

探伤结果以表格的形式，报告探伤的结果。具体形式见后面的工程实例。