基于U肋全熔透焊缝模型试块的超声波探伤分析

何阳

摘要：为解决国内某长江大桥正交异性桥面板U肋全熔透焊缝探伤问题，通过U肋全熔透焊缝模型试块的探伤试验，考察该焊缝超声波探伤的检测精度，提出U肋全熔透焊缝的超声波探伤检测及判定方法，指导该长江大桥U肋全熔透焊缝的无损检验工作，同时为其它桥梁此类焊缝的无损检验提供借鉴。

关键词：无损检测、U肋全熔透焊缝、模型试块、检测效率。

由于正交异性结构形式的钢桥面直接承受车轮荷载，造成局部所承受应力循环次数多，应力幅值大，U肋与桥面板连接处角焊缝存在根部应力集中和焊接缺陷，易产生疲劳裂纹。U肋全熔透焊缝的重要性与特殊性，必须对U肋全熔透焊缝进行探伤，保证焊缝内部质量。

结合U肋全熔透焊缝的焊接技术特点和里波法，在U肋全熔透焊缝模型试块上进行超声波探伤技术的应用研究，提出适合于该焊缝的超声探伤检测及判定方法。

一、U肋全熔透焊缝模型试块在超声波探伤的应用

检测焊缝熔深与检测焊缝内部各类缺陷应同时进行；只要同时满足焊缝未焊透缺陷的上端点(近U肋外侧)和各类缺陷的上端点均在要求焊缝熔深界线以外，则认为此处焊缝为合格焊缝。

使用超声波探伤仪器对U肋全熔透焊缝进行检测。通过拟合焊道形态，由作图法得到波束到焊道边缘等4个位置，确定根部未焊透的位置，若是所产生波形在所作图的区域内，便可判定该信号是U肋全熔透焊缝内的缺陷信号，并读取其深度值。

在里波法的理论基础上，针对U肋全熔透焊缝的检测设计了一款模型试块，采用正交异性桥面U肋板相同厚度的8+16mm的焊接样，完成焊接样制作后该U肋全熔透焊缝模型试块。在厚度8mm的U肋侧水平方向按照里波法的B2和B3位置及实际生产过程焊缝焊趾处B5及热影响区B6、B7易出现缺陷处切割φ=1mm的人工缺陷，如图1-1所示。

图1-1 U肋全熔透焊缝模型试块

二、U肋全熔透焊缝模型试块超声波探伤试验

通过焊接技术手段，在试验U肋结构中焊制出含有焊缝熔深不足、焊缝焊穿、气孔、夹渣等缺陷^【2】的U肋焊缝，使用在U肋全熔透焊缝模型试块上制作DAC曲线在此基础上进行超声波探伤试验。

2.1超声波探伤方案

对3块焊接样进行探伤点布置，合计9个点，焊接样1布置为1-3点，焊接样2布置为4-6点，焊接样3布置为7-9点，制作过程中，各探伤点间距互不干扰。超声波仪器技术参数如下：

（1）检测设备

仪器：超声波仪器，超声相控阵设备。

探头：选用2.5P6*6折射角70°、2.5P8*12折射角70°的斜探头、5MHz32阵元。

试块：选用CSK-IA、U肋全熔透焊缝模型试块。

2.2探伤结果

通过物理低倍宏观法分析发现，各点内部缺陷位置分布在4.2-7.9mm之间，达到了焊接样焊接的效果。

同时使用相控阵检测方法，与使用在U肋全熔透焊缝模型试块上制作的DAC曲线的超声波方法，对焊接样的各探伤点位进行探伤测试。将所有超声波方法测量和相控阵测量的数值与其比对分析，从而判定使用在U肋全熔透焊缝模型试块上制作的DAC曲线的超声波方法的准确度和精确度。

以低倍宏观测量数据平均值为约定真值，超声波和相控阵的试验数据见表2-1。

表2-1 各类仪器和方法测得熔深数据 （mm）

探伤点	相控阵仪器	超声波仪器		物理低倍宏观
	GE	2.5P6*6-70°	2.5P8*12-70°	1	2	平均
1	4.2	4.8	4.9	4.26	4.20	4.23
2	4.56	5.3	5.3	4.24	4.26	4.25
3	6.82	7.1	7.0	7.13	7.12	7.13
4	7.42	7.5	7.2	7.92	7.82	7.86
5	6.21	6.6	6.5	6.65	6.61	6.63
6	5.75	6.3	6.3	6.03	5.95	5.99
7	6.82	7.1	7.0	6.71	6.72	6.72
8	7.55	7.7	7.5	7.10	7.15	7.13
9	7.38	7.5	7.2	7.01	7.08	7.05

图2-1 超声波和相控阵测量值与物理低倍宏观测量平均值的比较

由图2-1可知，U肋全熔透焊缝模型试块上制作的DAC曲线的超声波方法的测量值与相控阵测量值及物理低倍宏观测量值的结果偏差较小，且分散性相对较小。具有较高的检测精度，在准确度上能达到相控阵检测水平。且具有快速性、经济性、普适性，更加适应于大规模U肋全熔透焊缝检测工程中的效率。

三、基于U肋全熔透焊缝模型试块上制作的DAC曲线的超声波方法在实际生产中的应用

在实际检测过程中，焊缝内部缺陷应按照设计要求进行检测。为验证该U肋全熔透焊缝DAC曲线在实际产品中应用的可行性，对焊接的实际U肋全熔透焊缝进行检验。发现焊缝中存在的有长度缺陷，并准确测量出焊缝的内部存在的缺陷。

四、结论

（1）通过应用U肋全熔透焊缝模型试块制作的DAC曲线对U肋全熔透焊缝焊接试块各类缺陷的超声探伤试验研究，发现超声波检测技术应用于U肋全熔透焊缝的探伤中具有较高的检测精度，可以指导实际焊缝的无损检测工作。

（2）通过使用小探头的超声波设备，在U肋全熔透焊缝模型试块制作DAC曲线，通过在已知缺陷及深度的焊接试块进行确认，将焊缝熔深检测和内部缺陷检测统一起来，简化探伤过程，提高检测效率及精度。

参考文献：

【1】 罗旭辉. 钢箱梁U肋全熔透焊缝的超声波探伤【J】. 广州建筑. 2002，(3): 41-43．

【2】 陈伯蠡.焊接工程缺欠分析与对策【M】.北京：机械工业出版社，2005.