非理论坡口对超声波检测焊缝的影响

    目前我国在建火电厂发电机组主要为600MW～1000MW机组,与之配套大量使用超临界的四大管道,对管道焊缝的质量要求十分高。以北京国电富通科技有限公司生产的大量焊接(哈佛)弯头、焊接三通、带封头的组合三通以及管道的对接环焊缝为例,这些管件到达配管厂或电厂安装现场后,需要对坡口进行除锈或除漆处理之后才能进行焊接。这样的处理一般使用砂轮打磨或角磨机打磨,致使焊缝坡口与理论要求坡口存在一定的偏差,影响到焊接完成后对焊缝的超声波检测结果的判断,给判定是否为近表面缺陷造成较大的困难。另外,由于不同管件之间直径或坡口加工本身存在误差,致使对接焊接时出现错位,这也给超声波检测判断是否为近表面缺陷带来困难。焊接完成后的管道内坡口表面无法以用手或其它方式拍打来区分是否为表面反射波,所以必须对这些非理论坡口可能对超声波检测焊缝带来的影响进行重点分析来避免误判、漏判以确保超声波检测质量。
1理论焊接坡口与修磨后的实际坡口对比
1.1 V型坡口理论结构
    中小口径管坡口主要以V型坡口为主,而大口径管坡口有双V型、单V型、X型、U型。本文主要以常用的单V型、双V型坡口为例。    单V型坡口管外壁和内壁都比较平直,破口面与内壁之间有一定的钝边,钝边厚度一般为0.5mm～2mm。双V型坡口管内外壁也都比较平直,并且与坡口面无过渡过程,存在一定的菱角,坡口面与内壁之间也有一定的钝边,与单V型坡口不同的是双V坡口有两个倾斜角度不同的V型坡口面。
1.2单V型和双V型坡口修磨后的结构
    单V型和双V型坡口修磨后,坡口外表面边缘稍微向坡口面倾斜,倾斜角度在5°左右,倾斜区域距坡口面5m m～30mm,表面状态基本为平行或相交的锯齿形,深度较浅。坡口面也不是平面,而是中部略显凸起。管内壁钝边消失,内坡口产生,区域宽度为2mm～15mm,深度为0.5mm～1.5mm(本身存在机加工内坡口的另议),表面状况光滑。
2理论坡口与修磨后坡口成型后焊缝结构比较
2.1理论坡口成型后焊缝结构
    理论坡口成型后焊缝结构其管外壁至焊缝余高处是平直的,没有斜坡过渡,管内壁也较为平直,在焊逢中心处稍微有凸起部分。2.2 修磨后坡口成型后焊缝结构
    对于修磨后的坡口,焊缝成型后,其管外壁至焊缝余高处有一倾斜过渡,与管外壁不在同一水平面上,倾斜过渡区域距离为5mm～30mm,表面状态基本为平行或相交的锯齿形,同时也可能存在一些咬边、烧伤及碰撞等造成的锯齿形或其他形状的小凹坑,这类小凹坑对超声波检测的灵敏度将造成一定影响。管内壁由于存在内坡口,打底焊接宽度影响到内坡口的宽度和深度,这使得内坡口的存在不一定是连续的,并且不一定是两边对称或平行的。有时也会因为内坡口修磨程度不一或口径误差等而导致对口时错口,内坡口出现单边未熔合现象,很容易在射线检测时底片上显示未焊透现象。3 理论坡口与修磨后坡口成型后的焊缝超声波检测对比分析
3.1 理论坡口成型后焊缝超声波检测对于理论坡口的焊缝超声波检测,由于根部和外表面均有略显凸起的部分,在一次扫查波到达根部之前,如果没有缺陷存在,直射波基本没有变化;但在扫查焊缝根部时,在管内壁表面与焊缝中心线之间(靠探头一侧),直射波有降低或者消失的现象,过了焊缝中心线之后直射波又出现了,并且波幅逐渐升高。在超声波检测仪示波屏上一次反射波具体位置很难确定,现场检测时基本不用此区域的一次反射波进行分析。
3.2修磨后坡口成型后焊缝的超声波检测
    对于修磨后坡口成型后的焊缝超声波检测,由于其存在内坡口和管外壁倾斜过渡情况,因此超声波检测时与理论坡口有较大的区别,在超声波检测时要分别给予考虑和分析。
3.2.1内坡口的超声波检测
    由于内坡口形状的特殊性,内坡口的超声波检测主要包括探头侧坡口分析,中间焊缝分析和与探头对称侧坡口分析。
(1)探头侧坡口分析:根据内坡口修磨程度不同,特别是修磨宽度和深度不同的情况下,在扫查检测修磨坡口之前,直射波只有底波,当扫查到离内坡口5mm～30mm时,由于坡口修磨直射波在示波屏上显示波幅有所升高,与底波相比深度有所减少,但由于修磨角度不确定,因此一次放射波的具体方向无法确定,在此段区域内只能利用直射波进行检测,而不能用二次波。
(2)中间焊缝分析:中间焊缝区域检测类似于理论坡口焊缝中间的检测,只是波形位置有所变化,此波与管内壁底波相比深度较深。(3)探头对称侧坡口分析:由于坡口修磨程度和长度不确定,所以在检测这段区域时,直射波波幅会降低甚至消失,并且波幅降低与探头K值选择和坡口修磨程度有关。由于修磨角度未知,因此一次反射波的具体位置很难确定,在检测过程中不给予分析和考虑用来确定缺陷位置等相关参数。
3.2.2管外壁倾斜部位的超声波检测由于经过修磨后的管外壁存在一定倾斜过渡区,并且倾斜长度和角度需要根据现场实际来确定,因此在进行超声波检测时要给予考虑和分析。
    当探头前壁接触到焊缝时,因该处管壁向下凹陷,致使探头扫查面与管壁之间存在空隙,从而使示波屏上显示大量表面杂波,并且由于该处探头前端抵触到焊缝上,无法以手触摸拍打的方式给予识别是否为表面杂波,只能观察其不稳定性和参数坐标特征来给予区分。这给现场检测增加了很大的难度。
4 结语
    在现场实际超声波检测过程中,进行超声波检测之前先要了解焊接前坡口的形状以及焊缝成型等相关信息。根据了解情况正确分析其对超声波检测的影响,包括探头K值的选择、波形的产生、波幅的高低等。根据分析的结果正确地判断和分析各种波形和波幅,尽量避免或减少由于坡口修磨或对口误差而增加超声波检测困难,以免误判、漏判。从而提高现场超声波对缺陷的检出率和工作效率,确保工程现场焊接接头质量。