浅析氩弧打底一次盖面焊缝超探方法强会明

强会明

摘要：本文依据超声波探伤的基本原理，结合现场实际，分析中、厚壁管氩弧打底一次盖面焊道的超探可行性，并结合实例加以介绍。

关键词中、厚壁管氩弧焊打底一次盖面超声波探伤

前言

超声波探伤可探测厚度较大的材料，是无损检验的主要方法之一。具有检测速度快，能对缺陷进行定位和定量。对平面状缺陷，只要是声波垂直射入，就可取得很高的缺陷回波，即对发现焊缝中的裂缝、未熔合、未焊透等二维性的面性缺陷较敏感（面性缺陷危害较大），检出率较高。

管道焊缝，长度较长，只能在管外单面焊接。近年来，随着容量的不断增大，蒸汽压力和温度不断提高，蒸汽管道壁厚增大。

管道对接焊缝的特点：

1.焊缝坡口大都为U型。

2.焊接工艺一般为手工氩弧焊封底，手工电弧焊盖面。

3.焊接方式为单面施焊、双面成形。

4.工作量大、时间长、需连续施焊、焊上劳动强度大。

5.管道的蒸汽温度高、压力大、对焊缝质量要求严格。

一、问题的引出

焊接接头由于选用焊材不当、焊接工艺欠妥、坡口不干净、结构欠佳和操作失当等都可造成各种不同的缺陷。从断裂力学角度看，引发断裂，裂纹最严重，未熔合次之，未焊透如果很尖锐，不亚于未熔合。

前面已述，管道绝大多数采用手工氩弧焊打底，手工电弧焊盖面，且焊接工作量大。规程规定单面焊双面成型的氩弧焊打底的焊缝根部不允许出现裂纹和未焊透等危害性缺陷。一旦出现上述缺陷，整个焊口判废。且现场安装施焊位置复杂，会增加焊工的劳动强度，合金焊口还涉及返修后有热处理。影响了焊接质量进而影响安装进度。如果在中、厚壁管焊接的初始阶段，即焊接工作量只进行了一小部分时，就能发现根部的裂纹、未焊透等危害性缺陷，进而减少焊口的返修工作量节省人力、物力和时间，保证焊缝质量，加快安装进度。

二、可行性分析

从技术角度讲，为防止中、厚壁管道焊接时产生裂纹，氩弧打底不能太薄，而且打底后要尽快焊接次一层。这样一方面增加了打底层的强度，另一方面在第二道的热作用下，底层的氢可以逸出，同时改善了组织，提高了抗裂性。中、厚壁管焊接无论是工艺要求还是其他需要不能连接焊好（如厚壁管的中间探伤），中间停焊，必须采用严格的措施。在预热温度保温或后热处理。这就从焊接理论上提供了中、厚壁管氩弧打底，一次盖面后进行超声波检验根部裂纹、未焊透的可能性。

中、厚壁管氩弧打底后，进行一次盖面，其焊接工作量公为全部焊接量的30-40%，厚壁管比中厚壁管所占比例更小。

中、厚壁管氩弧打底焊厚度大于3mm,一般为4-5mm，一次盖面厚度为5mm左右。计打底与一次盖面，厚度为9-10mm。从超声波探伤技术本身来讲检验9-10mm厚的焊缝并不困难。且超探对于焊缝中平面状缺陷——裂纹、未焊透缺陷敏感，检出率高，这又从超探的理论上提供了可能性。

三、超探方法介绍

本人从十多年的超探实践中，结合现场的情况，摸索总结出了些超探经验。工作以来，先后参加了多次的超声检验。

管径为φ273×28（32），材质10CrMo910，管径为φ325×28（32），材质12CrlMoV，管径为φ273×22（24），材质10CrMo910，管径为φ273×22（24），材质20G。

从上述的管径看，均属中、厚管道范围，因所探焊缝厚度为9-10mm较薄，故选用较大的K值斜探头，以便用一次波可直接打到钝边处，且探头性能要良好，分辨力要高。由于探测面是曲面，晶片尺寸不宜过大。下面本人从以往的工程超探实际和做过的一些试验中找到几个有代表性的例子加以介绍。

所用的管子规格为φ273×22，实测壁厚为20㎜，材质为10CrMo910所选用的实例为二个根部未透和一个根部裂纹。三个实例的波形共同点如下：

靠探头坡口一侧与焊道交界处有一强烈反射波，最大波幅出现在9-10mm深度处，经验证为一次波打到坡口和焊道交界处的反射波。

用手沾油拍打交界处，此波跳动，说明探头主声束打在交界处，边缘波束打在坡口上。若焊道内无缺陷，此波位置和幅度沿整个周向较稳定，如焊缝内有裂纹、未透、声波穿过焊道的有效面积减少，返回探头的声能增加，波幅上升4-6dB。

如焊道上根部存在缺陷，后移探头，就会在交界波后突起强烈的缺陷反射波，波高低于交界波4-6dB，缺陷均出现在交界波后，具体位置由缺陷在焊缝中的位置决定。

此时前后移动探头可看到两波交替上升，此现象为判伤的主要依据。继续后移探头，交界波下降，伤波独立存在，峰值出现在一次波或一次波较前的位置，这是因为缺陷距内壁有一定深度。

下面具体说明三个实例的超探。

1.根部未焊透〔Ⅰ〕，规格φ273×22，实测壁厚为20㎜

从A侧超探时，交界波在深7.5㎜处波幅最大，为45dB时，交界波从深5㎜开始出现，7.5㎜最大，至12㎜处消失（实测交界处距管外壁为7.5㎜）。

未透伤波在深15㎜处波幅最大为38dB，相当于φ2×40－8dB，在波幅曲线的Ⅰ区，未透长用半波高度法测为30㎜。38dB时，伤波出现范围12～20㎜。

在38dB下，交界波在10㎜，伤波在12㎜处同时存在，达满幅40%，此时前后移动探头，两波交替变化。

从B侧超探时，交界波在7.5㎜处波幅最大，为48dB，在48dB下，从5㎜出现，至11㎜处消失。

未透伤波在16㎜处最大波幅为44dB，相当于φ2×40－2dB，在距一波幅曲线的Ⅱ区，未透长用半波高度法测为35㎜，在44dB下伤波从12㎜出现到22㎜处消失。除长35㎜外，还有断续未透。

在44dB下，交界波在11㎜处，伤波在12㎜处同时存在，为满幅的10﹪高。此时前移探头，伤波消失交界波上升，后移探头，交界波消失，伤波上升。

2.根部未焊透〔Ⅱ〕，规格φ273×22，实测壁厚为20㎜

从A侧超探时，交界波在10㎜处波幅最大，为46dB时，在46dB时，交界波从5㎜开始出现，11㎜消失（实测交界处距管外壁亦为10㎜）。

未透伤波在18㎜处波幅最大，为42dB，相当于φ2×40－3dB，在距离一波幅曲线的Ⅲ区，未透长用半波高度法测为20㎜、42dB时