厚板对接焊缝的超声检测与分析

厚板对接焊缝的超声检测与分析

在大钢桥的制造中，超过50mm的夹芯钢板被广泛应用于宽体板的制造中。由于受施工条件的限制,射线检测无法在曝光室内用固定式高能X射线装置完成,如果使用γ射线,由于周边生活区人员难以长时间疏散到辐射安全距离以外等原因,辐射安全问题突出,基本无法解决。针对上述问题,笔者提出:板厚大于30mm的对接焊缝采用超声检测的手段,以达到控制焊缝内部质量、为桥梁运行提供安全保障的目的。本试验所依托的射线检测和超声检测基础理论、试验结论早已被无损检测界普遍认可。试验背景:大型钢桥制造使用的无损检测方法由非无损检测专业的钢桥设计者规定。由于射线检测具有探伤结果被直观显示、可以长期保存检测结果、检测技术和检测工作质量可以监测等优点被普遍采用,更改检测方法需经设计者批准。通过试验可以直观地证明超声检测可以对板厚大于30mm钢板对接焊缝内部质量进行有效控制。1像质计试验因试验无法预制沿射线穿透方向上由小到大的已知缺陷,所以采用了线型像质计进行试验。试验了不同透照厚度在满足GB/T3323-2005《金属熔化焊焊接接头射线照相》B级透照技术要求的条件下线型像质计影像的可识别性。1.1x-ct检测射线检测设备:RF-300EGM2、XRG-450X射线探伤机、4MeV电子直线加速器;胶片系统类别:T2;增感屏和线型像质计按照GB/T3323-2005《金属熔化焊焊接接头射线照相》规定要求选取。1.2钢板的试验构件规格为400mm×150mm×δmm(δ=30mm,40mm,50mm,60mm,70mm,80mm,90mm,100mm)的钢板共8块,试验件表面平整、光滑、清洁,轧制出厂状态。1.3单因素暗度射线照相底片黑度为:2.5~3.0。1.4射线照相b级透照技术对试验样品按照GB/T3323-2005《金属熔化焊焊接接头射线照相》B级透照技术和试验条件要求进行射线照相。所有试验样品标记样品厚度,透照时按照标准规定放置W1~W7、W6~W12、W10~W16号线型像质计,获得的射线底片质量满足标准要求(图1)。1.5超声检测的优化根据试验获得的数据,绘制了透照厚度与可识别丝径关系曲线(图2)。从图2中可以看出:射线照相线型像质计丝径影像的可识别性,随透照厚度的增加而降低。其他相关试验和研究表明:满足射线检测像质计灵敏度要求时,焊接缺陷也并不能完全被检出,底片的清晰度与焊接缺陷的检出率有较大的联系。特别是对桥梁安全使用危害极大的裂纹、未熔合等焊接缺陷的检出率与底片的清晰度联系更大。射线穿透的工件厚度越大,选用的射线能量越高,散射比越大,对比度越低,底片的颗粒性增大,不清晰度越大。由于受射线装置焦点尺寸难以缩小、钢桥自身构造限制了射线源距工件表面距离增大等客观因素的影响,射线检测的透照几何条件满足相应标准要求略显勉强,难以进一步优化,使射线穿透的工件越厚,不清晰度越大。因此,随着工件厚度的增大,各种对影像细节的可识别性的不利因素也在增多,缺陷漏检在所难免。由于焊缝超声波检测中普遍采用了DAC曲线,使得焊接缺陷的检出能力与焊缝母材板厚无关。其检出能力可以通过合理选用检测参数,增加检测探头数量,增加探测面,以及提高检测人员的水平,坚持检测和复核制度,将焊缝余高磨平,对焊缝横向缺陷进行扫查等得到提高。相关试验和研究表明,超声检测对裂纹的检出率明显高于射线检测(图3)。焊缝母材板厚越厚,超声检测越容易实现,裂纹、未熔合等对桥梁安全使用危害极大的焊接缺陷越容易被检出。2模拟产品测试产品的测试2.1试验构件的确定根据焊缝中可能产生的缺陷,制作了母材板厚为57mm、长500mm的带有10个预制人工模拟缺陷的试验件,试验件焊缝余高磨平,保证试验件表面平整、光滑、清洁,满足超声检测要求。2.2底片质量分析按照GB/T3323-2005《金属熔化焊焊接接头射线照相》B级透照技术要求对试验件进行射线照相,获得的射线底片质量满足标准要求,黑度为2.5~3.0,线号为W9线型像质计可识别。射线照相底片(图4)和检测结果(表1)如下:对试验件按照GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》C级检验等级要求进行超声检测,检测结果(表2)如下:2.3宏观剖面分析对预制人工模拟缺陷部位进行宏观断面分析(图5)。2.4超声检测法从以上试验可以看出:气孔、夹渣类缺陷射线、超声波两种检测方法均可检出(缺陷编号1~9),而未熔合缺陷射线检测未能检出(缺陷编号10),超声检测能顺利地检出全部预制人工模拟缺陷,并且缺陷反射波波高较高。3超声检测试验试验结果表明,厚板对接焊缝中的气孔、夹渣类缺陷射线和超声检测均能检出;而裂纹、未熔合、未焊透等沿射线透照方向相对透照厚度细小的危害性缺陷射线检测不能检出,超声检测能够容易地检出,超声检测比射线检测对危