焊接钢管的缺陷分布与评判方法.docx

1 焊接钢管缺陷的分布机理与危害
焊接钢管的生产过程是将钢板、钢带等用各种成型方法直卷或按螺旋方向弯卷成要求的横截面形状，然后借助于加温、加压，用不同的焊接方法将焊缝焊合而获得钢管。因此，焊接钢管的缺陷分为两部分：钢板母材缺陷和焊缝缺陷。
1.1 钢板母材缺陷
板材中的缺陷经过轧制等工序，大部分呈平面状，与表面平行;其主要缺陷有分层、夹杂物、裂纹、折叠等，其中分层是最常见的内部缺陷。分层会产生各种裂纹，当板材受垂直于表面的拉应力时，分层会严重影响钢管的强度，它是不允许存在的缺陷。
1.2 焊缝缺陷
焊缝缺陷是指熔焊过程中或焊后在焊缝中产生的缺陷，分为裂纹、气孔夹渣、未焊透、未溶合、咬边等焊缝缺陷。焊缝中的密集气孔、夹渣等属密集立体型缺陷，裂纹、未溶合等属平面型缺陷，危害性大。条状夹渣、未焊透等属条状缺陷，危害性大。气孔、小夹渣等属点状缺陷。焊缝中的缺陷更容易引起钢管的强度、塑性等问题，严重影响钢管质量,而焊接钢管质量的好坏直接影响到油气输送管线的安全运行和使用寿命，因而对于焊缝探伤主要是针对焊缝中裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未溶合等危险性缺陷进行探伤检测。
2 缺陷相关评判方法
现场超声波自动化探伤检测是单向、单程的，一般不允许往复检测，因此需要有一次通过的检测准确率。但是现场在动态生产条件下，在线伤检一过即逝，一旦漏检误报无法追回和验证，并且自动化探伤系统的功能主要由软件实现，以焊接钢管焊缝探伤为例介绍缺陷相关评判方法的设计说明，缺陷相关评判方法就是对缺陷伤波信号进行运用知识、分析判断和解决问题的运算方法程序。若将超声波在焊缝中反射的时间均匀分成8份，每份用δt 表示，则缺陷相关评判方法的缺陷判伤报警条件为：
|Ftn-Ftn-1|≤δt (1)
3.5δt≤(Bt-Ftn)≤7δt (2)
连续有效缺陷个数n≥4 (3)
条件(1)、(2)确立了实际可能伤点的允许条件，在同时满足条件(1)、(2)两个条件之外还必须满足条件(3)时自动报警模块通过比较回波波高的幅值，当回波波高的幅值超过设定的缺陷检测灵敏度的幅值高度时即判定为缺陷，自动报警功能就会自动发出报警信息。
2.1 缺陷时间评判方法
条件(1)表示缺陷回波时间Ft有连续的相关特征，在连续的一小段时间范围内，连续相邻的两个缺陷回波时间Ft的差值小于等于1个δt。而条件(1)作为时间相关鉴别条件，进一步提高了抗干扰能力。比如δt为伤波闸门宽度的1/8，则抗干扰能力可提高8倍，若设定为δt/2，则抗干扰能力可提高16倍，即条件(1)所代表的软件程序使系统抗干扰能力提高了一个数量级。在满足检测系统最大重复频率及探伤检测速度的条件下，用户可以依据缺陷种类或探伤灵敏度重新设置δt,这样可极大地提高抗干扰能力。
2.2 缺陷位置评判方法
条件(2)表示缺陷回波的检测范围是包围在始波、底波，前、后两个界面波之中，每个伤波时间Ft与底波时间的平均值Bt的差值应在3.5δt到7δt间，以确保焊管焊缝中心区域被重复扫查并防止底波进入闸门造成的误报警。其中3.5δt的设置是为了防止底波的误报警，连续地进入缺陷伤波闸门的底波将不能报警，须是比底波时间的平均值Bt突发地超前3.5δt的缺陷伤波才能报警。而7δt设置是基于多数探伤标准中规定样管焊缝上样孔距边缘的距离为焊缝宽度的1/4，即2ΔL，因而与另一边缘波(Bt波出现的边缘)的距离为6ΔL。实际探伤过程中靠探头一侧焊缝边缘所产生的反射波较低，不会产生报警，所以如探伤要求高则可将7δt设置为8δt或8.5δt。因判伤条件通过软件程序实现，用户可方便地实现自己的意图，探伤过程中可根据报警情况适当调整，使公式Bt-Ft取1个合适的值，保证在最大限度地降低误报的同时放宽检测范围。条件(2)作为位置相关鉴别条件，可极大地提高系统免误报能力，甚至当底波进入伤波闸门内，若不满足条件(3)，系统也不会报警。
2.3 缺陷行为评判方法
条件(3)表示非缺陷回波连续出现次数少或出现不连续，而缺陷回波是连续出现的，缺陷波连续出现的次数，即连续缺陷点的个数在4个以上时才被确认是缺陷回波，条件(3)作为行为相关鉴别条件用来提高系统抗干扰能力。可以根据实际检测情况需要，根据缺陷种类、探伤灵敏度以及不同的检测标准改变此值来更改判伤条件，比如对小的缺陷也确认为缺陷时的话，可以将连续有效缺陷的个数减少，反之，小的缺陷不判断时，可将数值改大。
2.4 缺陷特征评判方法
缺陷出现的位置、出现的连续性、出现的时间范围和出现的取向等是多种多样的，对超声波的反射波高幅度也是不一样的，是与生产工艺、检测设备有一定相关联系的。采用的A型脉冲反射式超声波检测只能提供缺陷回波的时间和幅度两方面信息，根据缺陷回波出现的形状、大小、密集程度等缺陷特征和底波情况可进行缺陷特征的平面状缺陷、点状缺陷、密集状缺陷、条状缺陷相关估评判。
2.4.1 平面状缺陷
在焊缝两侧纵、横两个不同方向上进行检测，其缺陷回波的高度显著不同且呈不规则变化,底波高度无明显变化。当缺陷回波很强、底波消失时可认为是大面积缺陷。在垂直于缺陷方向检测均显示单个锯齿形回波、缺陷回波较高、且波形明显尖锐陡峭，探头移动时回波幅度随机起伏较大(波幅差>±6dB);在平行于缺陷方向检测，缺陷回波较低，甚至无缺陷回波;在倾斜于缺陷方向检测显示钟形脉冲包络，该钟形脉冲包络中有一系列连续信号，通常表现为位置多变(但变化不大)的强烈多尖峰状，并出现很多小波峰，探头移动时，每个小波峰在脉冲包络中移动，波幅由零逐渐升到最大值，然后又下降到零，信号幅度随机起伏(>±6dB)。根据纵、横方向上的缺陷回波的高度不同、且呈不规则变化特征可估评判为是平面状缺陷。
常见的平面状缺陷有裂纹、面状未溶合、面状未焊透等缺陷，这种缺陷有长度和明显的自身高度，表面既有光滑的，也有粗糙的。
2.4.2 点状缺陷
在焊缝两侧纵、横两个不同方向上进行检测，其缺陷回波当量较小、并不一定很高，缺陷指示长度ΔL≤t(t为壁厚)，高度无明显变化、底波高度也无明显变化，当缺陷波与底波共存时，可认为是点状缺陷或面积较小尺寸的其他缺陷，缺陷回波显示一个光圆波(尖锐回波)，这是小于声场直径的点状缺陷的波形特征，并且随管体的移动、缺陷回波的起伏变化很大且迅速。保持声程距离不变，根据纵、横方向上的缺陷回波的高度无明显变化、且显示一个光圆波的特征可估评判为是点状缺陷。
常见的点状缺陷有气孔、小夹渣等小缺陷，这种缺陷大多呈球形的体积型缺陷，也有不规则形状的，属于小的体积性缺陷，可出现在焊缝中不同位置。
2.4.3 密集状缺陷
在焊缝两侧纵、横两个不同方向上进行检测，其缺陷回波出现在不同位置、显示次序呈不规则，每个单独的回波信号显示单个尖锐回波、而底波消失或高度降低。探头移动在不同位置检测时，回波信号显示一群密集缺陷回波，缺陷波密集互相彼连、高低不同，反射信号此起彼伏、忽高忽低，假若可分辨，则每一个单独回波信号均显示点状缺陷的特征。根据纵、横方向上的缺陷回波的位置和显示次序呈不规则、连续发生底波消失或底波幅度降低于50% 的特征可估评判为是密集状缺陷。
常见的密集状缺陷有密集气孔、再热裂纹等缺陷，这种缺陷是一群缺陷的集合，每个小缺陷彼此之间相隔距离很近，无法对每个小缺陷单独定位定量。
2.4.4 条状缺陷
在焊缝两侧纵、横两个不同方向上进行检测，其缺陷回波幅度通常很高且形状规则单一、高度大致相同且无明显变化，在较大范围内，连续出现缺陷回波。且在同一位置，底波高度也无明显变化，只要信号不明显断开较大距离，缺陷基本连续，可测缺陷指示长度ΔL。缺陷回波峰值平稳地由零升到峰值，并保持一段平直部分，然后又平稳地由峰值下降到零，从焊缝两侧都能检测到。根据纵、横方向上的缺陷回波的高度大致相同无明显变化、回波峰值平稳地上升和下降的特征可估评判为是条状缺陷。
常见的条状缺陷有条状夹渣、未焊透、未溶合等缺陷，这种缺陷可测指示长度，但不易测其断面尺寸(高度和宽度);然而在长度方向也可能是间断的，如链状夹渣、断续未焊透、断续未溶合等。