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焊管·第28卷第3期·2005年5月·49·

焊缝超声波探伤中缺陷性质的评估

黄磊1,王长安1,牛虎乾2
(1.中国石油天然气集团公司管材研究所,西安710065;
2.宝鸡石油钢管有限责任公司,陕西宝鸡721008)

摘要:通过对超声波探伤中典型缺陷及其反射波特征和缺陷波形的分析,结合缺陷的位置
和焊接工艺,给出了焊缝超声波探伤中缺陷的定性评估方法。
关键词:超声波探伤;焊缝;缺陷评估
中图分类号:TG115.28+5文献标识码:A文章编号:1001-3938(2005)03-0049-03

超声波探伤对缺陷的定量有不同的方法,但在实际探伤工作中常用反射波声压(Pr)与

对缺陷的定性是比较困难和复杂的。笔者谈谈焊入射波声压(Po)的比值表示声压反射率r,且有

缝超声波探伤中常见缺陷的评估,检出缺陷后,应r=Pr/Po=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)

在不同的方向对该缺陷进行探测,根据缺陷和反式中Z1—介质Ⅰ的声阻抗;

射波特征、缺陷波形,结合缺陷的位置和焊接工Z2—介质Ⅱ的声阻抗。

艺,对缺陷的性质进行综合评估。用透射波声压(Pt)与入射波声压(Po)的比
值表示声压透射率t,且有
[1]
1声波反射和透射的基本原理t=Pt/Po=2Z2/(Z2+Z1)

(1)若Z1>Z2,声波大部分反射而小部分透
超声波探伤中缺陷波幅的高低反映缺陷的大射,即大部分从介质Ⅰ反射回去而小部分从介质
小,缺陷性质的评估主要依据波幅的高低和包络Ⅰ透射入介质Ⅱ。对于含有非金属夹杂物的缺
线变化等因素。下面简要介绍声波反射和透射的陷,如夹渣等,其声阻抗与钢声阻抗差异较小,透
基本原理:射的声能已不能忽略,缺陷反射波就相应降低。
当声波(声强为I)垂直入射到声阻抗不同的此种情况类似夹渣缺陷。

两介质Ⅰ、Ⅱ的大平面时(如图1所示),一部分(2)若Z1mZ2,声波在界面上几乎全反射而
入射波能量透射界面,继续在介质Ⅱ中传播,为透透射极少。通常含气体的缺陷,如气孔、未焊透、

射波(声强为I2),另一部分能量被界面反射回未熔合和裂纹等,其声阻抗与钢声阻抗相差很大,

来,仍在介质Ⅰ中传播,为反射波(声强为I1),根可以近似地认为声波在这类缺陷表面产生全反

据能量守恒规律:I=I1+I2射,故可获得较高的缺陷反射波。此种情况类似
式中I—入射声能;气孔、未焊透、未熔合和裂纹缺陷。

I1—反射声能;

I2—透射声能。2缺陷和反射波的特征

2.1气孔
(1)气孔的特征气孔体积一般不大,呈球
形或椭球形,气孔中含有气体,一般产生于引弧和
熄弧处。
图1对大平界面垂直入射时的反射和透射(2)气孔反射波特征反射率高,波幅因球

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·50·焊管2005年5月

形反射体所致,不会很高。波形为单峰,较稳定,动态波形指缺陷反射波随着探头的运动而变化,
探头稍一移动,波形即消失,从各个方向探测,可是变化的缺陷反射波图形。
得到大致相同的反射波。单个气孔类缺陷的反射3.1静态波形
当量一般均小于同声程<2横孔。缺陷内含物的声阻抗对缺陷反射波高度有较
2.2夹渣大的影响,气孔内含气体,声阻抗很小,反射波高;
(1)夹渣的特征一般呈体积状,表面不规非金属夹渣声阻抗较大,反射波低。不同类型缺
则,夹渣类一般为非金属夹杂物。陷反射波的形状也有一定的差别,气孔表面较平
(2)夹渣反射波特征反射率低,波幅一般滑,界面反射率高,波形陡直尖锐;夹渣表面粗糙,
也不高。波峰为毛粗,主峰边上有小峰,探头移动界面反射率低,同时还有部分声波透射入夹渣层,
时,波形变化明显,从各个方向探测时,反射当量形成多次反射,波形宽度大并带锯齿。
各不相同。夹渣的反射当量一般也小于同声程单个缺陷与密集缺陷的区分比较容易。一般
<2横孔。单个缺陷反射波是独立出现的,而密集缺陷反射
2.3未焊透波则是杂乱出现,且彼此相连。
(1)未焊透的特征有一定长度,一般产生3.2动态波形
于引弧和熄弧处。未焊透的位置根据坡口形式,探头运动的基本方式有四种(左右移动、前
一般在焊缝中部、焊缝两侧和焊缝根部。后移动、定点转动和环绕运动),所以,动态波形
(2)未焊透反射波特征反射率高,波幅较也有四种形式。缺陷不同,其动态波形也不同,所
高。因为有一定长度和固定的位置,探头水平移以,根据动态波形可以评估缺陷的性质[2]。将缺
动时波形较稳定;从焊缝两侧探伤时,能得到大致陷可归结为圆形缺陷(如气孔)、平直缺陷(如未
相同的反射当量。未焊透的反射当量一般大于同焊透、未熔合等)和锯齿形缺陷(如裂纹)等,下面
声程<2横孔。介绍三