对接焊缝超声波探伤中焊角干扰回波的判断

０ 引言
在对接焊缝超声波探伤过程中， 常常会遇到焊 缝结构、仪器、探头及耦合不良等因素引起的反射回 波。这些反射回波不是由焊缝内部缺陷引起的， 所 以称为干扰回波或称为伪缺陷波。由于干扰回波的 存在， 影响了对焊缝缺陷的准确判断， 增加了判断的 复杂性， 容易造成误判和漏判。为了表征干扰回波 的影响， 较准确地判断焊缝内部缺陷， 必须系统地、 熟练地掌握超声波探伤的理论知识， 结合仪器、探头 及焊缝实际结构进行综合判断。在诸多干扰回波中， 由焊角所引起的干扰回波是超声波探伤中最常见 的。本文总结了对接焊缝超声波探伤过程中最常见
无论“山形回波”怎样变化， 只要结合上述特征 进行综合判断， 总是可以将其与缺陷波区别开来。
３ 结论
３．１ 需对荧屏上检测出来的所有波形进行全面 分
析判定。
３．２ 对于某一波形要全面分析它的特征， 绝不可单 凭 １ 个或 ２ 个特征下结论。某一波为缺陷波， 它就应
具有该缺陷波的全部特征， 即使由于种种原因该缺 陷波的部分特征表现不明显， 也决不应出现和该缺 陷波相矛盾的特征。另外， 某些干扰回波可能出现类 似于缺陷波的一些特征， 但它一定会表现出和缺陷 波相矛盾的特征。
的几种焊角干扰回波的产生原因与判断方法， 以加 深操作者对其特征的认识与掌握， 简捷地排除其干 扰， 准确地判定缺陷， 并能对其他类型的干扰回波 做出正确的分析与判断。
１ 焊角回波的分析与判断
１．１ 焊角回波产生原因
焊角回波的产生原因主要是由于焊角处轮廓法 线方向与超声波主声束入射方向相同或相近， 部分 声能沿原路径返回， 其反射信号被探头接收， 在示波 屏上显示为回波。
［ Ａｂｓｔｒ ａｃｔ］ Ｉｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｕｔｔ ｗｅｌｄｓ， ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ ｅｃｈｏｅｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｃｏｒｎｅｒ ｅｃｈｏ， ｈｉｌｌ－ ｓｈａｐｅｄ ｅｃｈｏ， ｅｔｃ．， ｏｆｔｅｎ ａｐｐｅａｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｃｒｅｅｎ． Ｔｈｅｓｅ ｅｃｈｏｅｓ ａｆｆｅｃｔ ａｃｃｕｒａｔｅ ｄｅｆｅｃｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ． Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏｒｎｅｒ ａｎｄ ｈｉｌｌ － ｓｈａｐｅｄ ｅｃｈｏｅｓ， ａｎｄ ｂｒｉｎｇｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｗｈｉｃｈ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ． ［ Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ］ ｂｕｔｔ ｗｅｌｄ； ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ； ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ ｃｏｒｎｅｒ ｅｃｈｏ
中图分类号： ＴＧ４４１．７ 文献标识码： Ｂ 文章编号： １０００－ ７２２９ （ ２００７） ０６－ ００８１－ ０３
Ｊｕｄｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｎｅｒ Ｅｃｈｏ ｉｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｕｔｔ Ｗｅｌｄｓ
ＷＵ Ｙｕ－ ｊｉｅ
（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００６０， Ｃｈｉｎａ）
图１ 为焊缝余高过大， 引起焊角处突变过渡示 意图。当使用某一范围内的 Ｋ 值探头进行探伤时， 其声波入射方向与焊角处轮廓法线方向相同或相 近， 产生焊角回波。而且由于凹面反射的聚集作用， 焊缝余高越大， 聚集面越大， 反射声能越集中， 焊角 回波越强。对于自动焊缝， 余高虽然不大， 但焊角处 常会突变过渡， 同样会产生焊角回波。如果余高很 小， 几乎没有聚集作用， 而且反射面小， 其焊角反射 信号微弱， 在正常灵敏度条件下则不足以引起焊角
总之， 焊角回波与焊缝余高、焊角过渡状况、焊 缝的外型、探头入射角及探伤灵敏度等因素有关。焊 缝余高越大， 焊角处突变越烈， 其轮廓法线倾斜越 大， 出现焊角回波的可能性就越大。
２ 焊角处引起的“山形回波”
２．１ 产生原因 如图 ４ 所示， 当超声波主声速方向与焊角处轮
廓法线方向之夹角 α小于第三临界角 αⅢ时， 界面处 除反射 １ 个横波 Ｓ２ 外， 还会产生 １ 个变型纵波 Ｌ。 当 α远小于 αⅢ时， 变型纵波 Ｌ 会射至 ｃ、ｂ 等处， 相 应地， 反射横波 Ｓ２ 会射至 ｃ、ｄ 等 处 ， 这 些 地 方 的 轮 廓法线方向与声波入射方向相同或相近， 因此会在 示波屏上产生 ２ 个反射回波， 即 Ｌ 与 Ｓ２。另外， 由于 α较小， 入射声速 Ｓ 的一部分会直接由焊角处返回 探头， 形成焊角回波 Ｓ１。这样， Ｓ１、Ｓ２ 与 Ｌ 波形成 １ 个 如汉字“山”形的回波群， 故称“山形回波”。
该工程目前已经确定 ２０１１ 年单极投产、２０１２ 年 全部建成的目标， 工程同时将创下电压等级最高、输送
容量最大等 １８ 项世界纪录。 我国能源和电力跨区域大规模输送是必然趋势，
建设特高压电网是解决西南水电基地和西北煤电基地 大规模电力外送的最佳途径， 有利于加快新疆火电和 西藏水电的开发利用， 尤其为开发利用褐煤资源提供 有利条件。特高压交、直流输电相辅相成、互为补充都 有广阔的发展前景。特高压直流在超远距离、超大容量 输电方面具有技术经济优势， 定位于大水电基地和大 煤电基地的远距离、大容量外送。
２．２ “山形回波”的特征及判断方法 ２．２．１ 如图 ４ 所示， “山形回波”中 Ｌ 波与 Ｓ２ 波声程 相近， 但 Ｌ 波为变型纵波， 而纵波声速远大于横波声 速， 所以在荧屏上 Ｌ 波落在 Ｓ２ 波之前。以钢焊缝为 例， 其纵波声速 ＣＬ＝５ ９００ ｍ／ｓ， 横波声速 ＣＳ＝３ ２３０ ｍ／ ｓ， 设 Ｌ 波与 Ｓ２ 波声程相等， 则 ｌ１／ｌ２＝ＣＳ／ＣＬ＝０．５５（ｌ１、ｌ２ 见 图 ５）， 即在荧光屏上， Ｌ 波位于 Ｓ１ 与 Ｓ２ 波之间距的 ０．５５ 倍处（ 与 Ｓ１ 的距离） 。而 Ｓ２ 波在荧屏上的具体位 置则与定位方法有关。设 Ｓ２ 波的实际声程为 ＳⅡ， 则：
“山形回波”。因此， 可以用双侧检测法将“山形回波”
与缺陷区别开来。
２．３ 特殊的“山形回波”
需要指出的是， 由于各反射源的反射面积及法
线方向不同， 引起反射回波能量及回波方向的差异，
因此“山形回波”并不总是 ３ 个波峰一起出现。有时
候只有 １ 个 Ｓ２ 波或 Ｌ 波， 有时候则是这 ３ 个波中任 意 ２ 个一起出现， 有时候探头适当转动一下后 ３ 个
图 ３ “山形回波”产生示意图
图 ５ 所示为 １ 次波检测的“山形回波”， 在辨别 不清时， 易误判为热影响区裂纹： 按通常的定位方法 计算， 则山形回波既有一定深度， 其水平位置在探头 对侧的热影响区上， 且回波能量较强， 又有一定长 度， 隐显热影响区裂纹特征。２ 次波检测的“山形回 波”， 其 Ｓ１ 波位于 ２ 倍板厚 ２Ｔ 位置附近。
工程建设的主要内容包括， 新建四川复龙换流站 一座， 换流容量 ６４０ 万 ｋＷ， 换流站交流部分建设 ５００ ｋＶ 交流出线间隔 ９ 个； 新建上海南汇换流站一座， 换 流容量 ６４０ 万 ｋＷ， 换流站交流部分建设 ５００ ｋＶ 交流 出线间隔 ３ 个； 新建±８００ ｋＶ 直流线路 ２ ０３４ ｋｍ， 随直 流线路架设 ＯＰＧＷ 光缆； 配套安装相应的系统保护装 置、安全稳定装置、调度自动化、计量计费系统、通信系 统等二次系统及直流控制系统设备； 工程总投资约为 １８０ 亿元。
向家坝—上海特高压直流工程获发改委正式核准， 工程将创造出 １８ 项世界纪录
国家发展和改革委员会于 ４ 月 ２６ 日印发《关于四 川复龙至上海南汇特高压直流示范工程项目核准的批
复》（ 发改能源 ［２００７］８７１ 号） 文件， 正式核准建设向家 坝—上海±８００ ｋＶ 特高压直流输电示范工程， 输电容量 为 ６４０ 万 ｋＷ、采用 ６ 英寸晶闸管技术， 新建特高压直 流线路 ２ ０３４ ｋｍ。
可 用 手 指 沾 油 拍打焊 缝 表 面 ， “山 形 回 波 ” 会 明 显
跳动。
２．２．３ “山形回波”是由于焊角回波所派生的， 而焊
角回波只能在与其相对的一侧才能检测到， 所以“山
形回波”也具备这一单侧检测特征。即同一个“山形
回波”只能在焊缝一侧检测到， 换到另一侧检测时，
可能出现另一个“山形回波”， 但绝不会出现同一个
波形又可以完整地展现出来。
另 外 ， Ｓ２ 波 和 Ｌ 波 还 可 以 分 别 派 生 出 ２ 个 子 波， 在能量足够且各子波入射方向与入射点处轮廓
法线方向相近时， 各子波返回探头， 在荧屏上出现一 个复杂的“山形回波群”。这种复杂“山形回波群”也 并不总是几个波峰同时出现，探伤中焊角干扰回波的判断
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深度定位时：
ｌ２＝ＳⅡ·ｃｏｓ（ｔａｎ－ １Ｋ）
（ １）
水平定位时：
ｌ２＝ＳⅡ·ｓｉｎ（ｔａｎ－ １Ｋ）
（ ２）
根据公式（ １） 和公式（ ２） ， 可计算出 Ｓ２ 波和 Ｌ 波
在荧屏上出现的位置， 但这只是一种辅助判断法。
２．２．２ 由于“山形回波”是从焊缝表面反射的， 同样
１．２ 焊角回波特征及判断方法 １．２．１ 焊角反射回波具有单侧检测特征。只有远离
探头一侧的焊角才可能产生焊角回波， 即焊角回波 只能在与其相对的一侧才能探测到。如图 ３ 所示， 靠 近探头侧的焊角由于其轮廓法线方向与超声波入射 方向近于垂直， 不产生焊角反射。而焊趾裂纹和咬边 反射在焊缝两侧都能探测到， 根据这一特征可采用 双侧探测法予以区别。 １．２．２ 焊角回波在示波屏上最大回波位置所代表的 深度和水平距离与焊角位置基本相同。一般情况下， １ 次波发现的焊角回波深度应等于或稍大于 ２ 倍母 材厚度 Ｔ， 焊趾裂纹和咬边反射的深度则符合下式： １ 次波时： ｈ≤Ｔ； ２ 次波时： ｈ≤２Ｔ。但由于仪器调节 误差、检测误差等原因， 或由于母材厚度减薄、对口 错边、不等厚板对接等原因， 焊角回波深度也可能小 于母材厚度， 此时易与缺陷波相混淆， 应结合焊缝实 际结构仔细检测判别。 １．２．３ ２ 次波检测时， 可用手指沾油拍打远离探头 侧的焊角， 焊角回波会明显跳动。 １．２．４ 探头沿焊缝方向平行移动时， 焊角回波的水 平及深度位置基本不变， 回波幅度变化不太剧烈。而 焊趾裂纹和咬边的回波幅度变化剧烈， 波形尖锐， 且 位置可能发生变动。