丁晋
扬州市扬子工程质量检测有限公司 江苏扬州 225000
摘要：在对水利工程的金属结构进行设计和安装的时候，焊接部位常常会存在一些标准允许范围内的不足之处和问题，这些问题在水利工程的结构的运行阶段会因为外界腐蚀或者荷载的变化等原因发生演变，进而造成超标缺陷，让水利工程面临着一些隐患或者风险。水利工程的金属结构中的焊缝主要类型有管道轴向焊缝、管道环向焊缝、对接焊缝以及T形角焊缝。比较常见的就是对接焊缝。比如吊耳板焊缝、对接焊缝、面板对接焊缝或者钢闸门对接焊缝。而且很多都是同一类的焊缝。各种各样焊缝的机器识别和对缺陷的精准检测对于水利工程后续的运行过程中的安全以及管理工作的科学性有着特别重要的作用。通过对常规手段的应用，对金属结构焊接存在的问题进行识别。当前的相关安全评估体系和检测技术、检测方法还有一定的不完善之处，而且也有一定的局限性。因此需要在实践工作中进行进一步的改善和优化。一般所采用的渗透及射线探伤方法、磁粉、超声波等方式都有一定局限性。而衍射时差法、红外探伤、相控阵检测等先进的技术在应用的时候处于初期阶段。这些技术是对微缺陷进行精确探测的重要方式，在我国当前的水利工程实践工作中并没有得到普遍的应用。针对以上这些情况，本文主要采取了超声相控阵技术以及常规的超声检测技术等，对水利工程金属结构的焊接缺陷进行识别。对于各种不足之处和问题在超声无损探伤技术中的特征显示进行分析，这样能够让水利工程的金属结构焊缝缺陷识别实践工作有一些参考的依据。
关键词：水利工程；金属焊缝；缺陷；超声检测方法；比较；
1.试验材料
规格为300毫米*300毫米*20毫米的Q235B焊接缺陷试块是本试验所采用的试验，中间以一条坡口连接对接焊缝。焊缝中预埋水利工程金属结构焊件中的常见缺陷，具体涵盖了纵向裂纹、横向裂纹以及气孔、根部未焊透、坡口未融合等。气孔属于点状的缺陷，裂纹属于面积缺陷，根部未焊透或者坡口未融合就属于体积缺陷。通过射线检测对各缺陷的空间尺寸进行确定。
2.试验方法
2.1常规的超声检测
本次试验所采用的设备是HS600数字超声波探伤仪，5P9×9K2.5是所采用的探讨，CSK-I A
是标准试块，对比试块选用的是CSK-ⅡA-1，机油是耦合剂。根据有关的规范和要求开展检测活动。为让纵向的缺陷能够被检测到，探头应当和焊缝的中心线呈垂直状态，然后放置在检测面上做锯齿形的扫查。在移动探头的时候，应当确保探头能够对全部的焊接的接头的截面进行扫查。在保持探头垂直焊缝进行前后移动的时候，应当作10°-15°的转动，为实现对伪缺陷信号或者缺陷信号进行区分，以及对缺陷的动态波形进行观察，确定缺陷的形状、方向和位置，一般会采用环绕、转角、左右、前后等四种探头基本扫查方式。
2.2TOFD检测
这种检测方法只要用到的设备是奥林巴斯 Omniscan SX 探伤仪，探头是5 MHz、φ 3 mm，70°的有机玻璃是楔块，机油是耦合剂。该检测方法说检测的区域就是融和线两侧的各10毫米以及焊缝本身。然后根据相关的规定开展检测活动。因为板后为20毫米，因此，会采用单通道的检测方式。时间窗口的起始位置设定在直通波到达接收探测前的0.5 μs 以上，同时把底面反射波和直通波的时间间隔所反映的厚度校准为20毫米。在试验母材区域，把直通波的波高设置为满屏刻度的60%，也就是检测灵敏度。把编码器的分辨率调整到步·mm-1。因为底面的盲区会比规范要求的数值小，所以，试验只做非平行的扫查。
2.3超声相控阵检测
检测设备是Omniscan MX2，采用的探头是5L64-A12。采用的试块是 CSK-ⅡA-1，楔块是SA12-N55S，机油是耦合剂。扫查法的配置是扇形的扫查，把波形设定为横波。在开展检测活动之前，将有关的参数设置为下图所示：
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Omniscan MX2 相控阵检测系统参数设置
在开展检测活动的时候，应当确保扫查的速度保持在最大扫查速度范围内。当然，也应当确保有更好的耦合效果和让数据采集的相关要求得到更好的满足。
3.结果分析
3.1常规超声波检测结果分析
通过对超声波探伤法的运用对试块开展无损探伤的结果如下图所示：
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超声波检测结果
5个不一样的缺陷的部位都有相应的信息显示。从该表就能知道，超声波检测对于缺陷水平位置的探测比较精确，而对于所探测的深度位置，试块上预埋的缺陷探测结果大多都满足了对深度位置的准确定位。因为人为操作或者仪器的原因，存在两毫米范围内的误差。不过，从该表也能反应出横向裂缝和气孔的显示信息特别相像。这在超声波探伤方法中也是一个不足之处，也就是很难对缺陷进行定性。在工程的实践活动中，更多的是通过多方向的扫查的配合以及相关工作人员的经验对其进行定性。为了对探测位置和显示信息中波幅的关系进行分析，在记录探头垂直于焊缝中心线的时候，应当在缺陷的具体位置各点的超声回波幅值。两个试块中不一样的缺陷的具体位置-波幅曲线如图所示：
(a) φ 2 气孔 (b) 横向裂纹
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(c) 纵向裂纹 (d) 坡口未熔合 (e) 根部未焊透
超声波检测显示的不同缺陷的位置-波幅曲线
从图中可以知道，a中的气孔和b中的横向裂缝的位置，波幅曲线特别相像，而且回波幅度相差也不大，主要原因是在纵向扫查超声波的时候，对声束轴线上的线性缺陷并不敏感，而在实践工作中，主要通过工作人员的经验或者多方向的扫查对缺陷进行定性。
3.2TOFD检测结果分析
TOFD技术是把一系列的A扫数据组合通过信号处理方式将其转换成TOFD图像，然后在图像中每个独立的A扫信号都是特别窄的一列。一副TOFD图像一般都会涵盖几百个A扫信号，而A扫信号的幅度在图像中是通过灰度的明暗进行呈现的，灰度的等级就代表的是幅度的大小。通过分析得到的结论是TOFD给出的缺陷尺寸的相关信息和数据比较准确，对于小尺寸的缺陷，比如横向裂纹的水平长度或者气孔等都可以检测到。不过，对其自身高度的检测精度并不大。
3.3超声相控阵检测结果分析
相控阵的检测结果有着图像可视化和直观的特征，对于缺陷的定性和识别是特别有利的。而且相关的数据能够被储存，还可以进行动态回放分析。通过试验得出的结论是试块A的相控阵检测图像中没有显示出明显的横向裂纹或者气孔缺陷，因为相控阵侧是平行于焊缝的一堆线性扫描，横向的裂纹方向平行于超声声束的方向，这就造成相控阵在扫查超声声束或者点状缺陷的时候，没有特别高的检出率。试块B的相控阵检测图像中，对两个缺陷都能够呈现，分别对应根部未焊透和坡口未融合。相比而言，更为明显的是根部未焊透的缺陷信号，A扫信号更高，这跟TOFD的检测结果相反。
4.结束语
综上所述，本文通过对三种超声无损伤方法的应用，对水利工程的金属结构焊缝中的常见缺陷问题开展了检测互动。试验结果表明：一是TOFD和常规超声检测都可以对五种缺陷进行信号显示。应用的超声相控阵检测方法并不能够明显的显示出横向裂纹以及气孔缺陷。不过，对于另外三种缺陷都有比较明显的检测效果；二是在五种缺陷常规超声检测在五种缺陷的地方都能够有回波显示，所探测到的缺陷信息基本都是准确的。因为常规超声检测中，测量缺陷主要通过人工的定位进行判读，因此，所面临的尺寸误差会比其他两种方法更大，而且也没办法对相关的图像进行显示和保存。在对缺陷进行定性的时候，也有比较高的难度，而且没有很高的精确度；三是在TOFD的检测图中，五种缺陷都有相应的显示，而横向裂纹和气孔的显示能够表现出特殊的弧形。由一定高度的内部裂纹和未融合的信号有上、下尖端衍射波组成，而上、下端的信号不明显。在测量缺陷的水平长度和起始位置的时候，TOFD的检测方法与常规朝鲜检测方法相比而言有更高的精度；四是相控阵检测能够对缺陷的长度、自身高度以及埋藏深度进行测量，进而让水利工程在对金属结构的安全进行评估的时候有更加可靠的信息和数据依据。不过，因为相控阵检测与焊缝的一堆线性扫描是平行的，没有比较高的检出率。
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