超声检测 图片来源：网络
常规的加垫板的板对接焊缝，超声波检测可以采用在焊缝的双面双侧布置探头进行半波程（一次波）扫查的方式进行检测，干扰波很少，反射信号的识别相对要容易些。
但是，对于很多结构件来说，由于结构形式的特殊性，只能从焊缝的单面进行检测，例如如图1所示的加垫板的管对接焊缝，当管径较小，检测人员不能进入管件内部时，就只能从焊缝的外表面进行单面扫查，为了使超声波从外表面扫查到整个管对接焊缝区域，则必须同时进行全波程（一次波S1+二次波S2）扫查，如图2所示。
图1 管对接接头
图2 超声波扫查示意图
加垫板管对接焊缝超声波检测的难点
加垫板管对接焊缝在焊接过程中，由于焊接受热，垫板在焊接过程中会受热变形，垫板与母材之间还会间断的产生一定的间隙，垫板也可能由于装配和受热的原因会偏离焊缝的正中心，如图3、图4所示。
图3 装配或受热所致的垫板偏移 图4 装配或受热所致的垫板与母材间的间隙
而且，与常规的加垫板的板对接焊缝检测的不同之处是检测人员无法直观的看到垫板的实际装配位置和状态，只能从管件外部进行单面双侧检测（图1中焊缝的A侧或B侧），无法从管件外部和内部同时进行双面双侧检测。所有的这些因素，都会给检测人员对超声波反射信号的识别带来很大的难度。
加垫板管对接焊缝的超声检测反射信号的分类
用超声波检测加垫板管对接焊缝时，其反射信号的来源主要有焊缝表面余高部位的反射信号、焊缝内部缺欠的反射信号、焊缝底部垫板与母材结合部位的反射信号以及垫板端部产生的反射信号等。产生这些反射波在焊接接头上相对应的部位如图2所示，即焊缝根部母材与垫板的结合区CD区、垫板的端角E、F、G、H点及EG、FH端面、焊缝区域W区、焊缝表面区域P-Q区。
加垫板管对接焊缝的超声检测反射信号的识别
（1）焊缝根部母材与垫板的结合区(CD区)
当焊缝根部母材与垫板几乎没有间隙时，这类波型的回波显示深度都接近管件壁厚，示波屏上只有一个深度的反射波出现。
当焊缝根部母材与垫板有一定间隙时，回波显示深度等于管件壁厚+间隙宽度，示波屏上会同时有两个不同深度的反射波出现。
这类波型的特点是：
1、如果焊缝根部母材与垫板熔合得非常好，其反射点只有在C点和D点部位产生，这时，可以根据C点和D点的反射波的特点，在外表面焊缝两侧相应位置画出入射点所连成的线L1和L2（图2），这样以便于利用L1和L2来区分焊接接头上不同反射点在示波屏上显示的反射波；C点与D点之间不会产生反射，当超声波入射至C点与D点之间时，超声波会通过垫板继续传播，直至遇到新的反射点（垫板的端面EG、FH）才会被反射；
2、如果焊缝根部母材与垫板没熔合好，在C点和D点之间就会产生反射波，探头垂直焊缝前后移动，在深度接近壁厚的位置一直会有时高时低的反射波出现，即使C点和D点之间有多个反射波出现，但是，C点和D点的具体位置还是可以测定的，当探头从远离焊缝的位置垂直于焊缝移动时，可以把首次在深度为壁厚处的焊缝根部的反射信号波定为C(或D)点，根据C点和D点作出L1和L2。
（2）垫板的下端角（G、H点）
当焊缝根部母材与垫板几乎没有间隙时，这类波型的回波显示深度都接近管件壁厚+垫板厚度。
当焊缝根部母材与垫板有一定间隙时，回波显示深度等于管件壁厚+垫板厚度+间隙宽度。
这类波型的特点及判定方法如下：
深度位置一般都大于等于管件壁厚+垫板厚度+间隙宽度，水平位置在焊缝中心线的另一侧（即探头移动侧为B侧,只能扫查到G点，G点才能在示波屏上有反射信号波，相反，当探头移动侧为A侧,只能扫查到H点，H点才能在示波屏上有反射信号波），
单侧不能同时扫查到垫板的端角G点和H点。在这要与焊缝内部的缺欠波区分一下，如果反射信号波为焊缝内部的缺欠所产生，那么，其同一位置的焊缝缺欠波，当探头置于焊缝的双侧时，示波屏上一般都会有反射信号的显示，而且，一次波一般也能扫查到。
（3）垫板的上端角（E、F点）
当焊缝根部母材与垫板几乎没有间隙时，这类波型的回波显示深度都接近管件壁厚+2倍垫板厚度。
当焊缝根部母材与垫板有一定间隙时，回波显示深度等于管件壁厚+2倍垫板厚度+间隙宽度。
这类波型的特点及判定与垫板的下端角G、H点相同。
（4）垫板的端面(EG、FH)
其实，在示波屏上发现垫板的端角E、F、G、H点的反射信号的同时，垫板的端面EG、FH一直会有反射信号波出现，只是这些位置的最高反射信号的波峰出现在垫板的端角E、F、G、H点。所以，在实际检测过程中一般只判定垫板端角E、F、G、H的最高波峰的位置即可。
（5）焊缝内部(W区)
这是所有焊缝内部缺欠波的一个特例，这类波型的特点及判定方法如下：
1、当示波屏上回波显示深度小于管件壁厚时，这些回波都是一次波所扫查的范围，而且探头移动区域在L1(或L2)的内侧(靠近焊缝侧)，很容易判定这些显示都为焊缝内部W区靠下侧部位的缺欠波（包括焊缝根部的未焊透），不容易与焊缝外部的非缺欠波相混淆；
2、当示波屏上回波显示深度大于管件壁厚，且小于2倍壁厚时，如果探头置于L1(或L2)的内侧，此时，示波屏上显示的信号波可以不予评定，因为这些反射波可能是垫板的端角反射信号波，即使是二次波扫查到的焊缝上的缺欠波，此时二次波扫查的范围也只是焊缝的下半部分的部位，即一次波从焊缝的双侧能扫查的部位；如果探头置于L1(或L2)的外侧，此时在示波屏上发现的反射波只要在焊缝区域W(根据示波屏上显示的水平距离测出反射点是否在焊缝上)以内，那么此反射波肯定是焊缝上的缺欠波，不应该是垫板的端角反射信号波。
（6）焊缝外表面区域(S-P区)
这类回波通常是因为焊缝咬边或焊缝余高形状突变所致，判断时首先根据最高反射回波在示波屏上显示的深度位置（接近2倍母材厚度）判定为焊缝外表面的反射回波，再根据最高反射回波在示波屏上显示的水平位置找到反射点，用手蘸些耦合剂敲击此反射点时，示波屏上的反射波将随敲击节奏上下跳动。
加垫板管对接焊缝的超声检测要点
检测步骤：
（1）检测前充分了解焊接接头的基本信息（焊缝类型、坡口形式、焊接方法、材质、管件规格、垫板规格、间隙宽度等）；
（2）根据焊接接头的基本信息，分析焊接接头可能会产生反射信号波的部位；
（3）根据焊接接头基本信息正确编制超声波检测工艺（选择短前沿、大角度的探头）；
（4）校准好仪器，使检测到的反射点的水平位置和深度位置偏差减少到最小；
（5）根据焊缝根部母材与垫板熔合的结合区CD区的C点和D点在焊接接头表面焊缝的两侧相应作出L1和L2（图2）。
反射回波分析：
（1）探头置于L1（ 或L2）时，其反射波为焊缝根部母材与垫板熔合部位的非缺欠波；
（2）探头置于L1（ 或L2）外侧，且深度位置小于2倍母材板厚的焊缝上的反射波为缺欠波；
（3）探头置于L1（ 或L2）外侧，且深度位置非常接近于2倍母材板厚的反射波为焊缝外表面的非缺欠波；
（4）探头置于L1（ 或L2）内侧，且深度位置在1倍母材板厚以内焊缝上的反射波为缺欠波；
（5）探头置于L1（ 或L2）内侧，且深度位置在1倍母材板厚与2倍母材板厚之间的反射波，要分别从焊缝的两侧进行扫查，当只能从单侧扫查到反射波，反射点的位置处于焊缝中心线的另一侧，反射波连续在同一深度出现，且深度位置大约处于1倍母材板厚+垫板厚度或者1倍母材板厚+2倍垫板厚度，这些反射波为垫板的端角E、F、G、H 点的反射波，为非缺欠波；当更换一种小角度的探头扫查时（建议两种探头的折射角相差应不小于10°），这类反射波一般不会在示波屏上显示；
（6）探头置于L1（ 或L2）内侧，且深度位置在1倍母材板厚与2倍母材板厚之间的反射波，当排除为垫板的端角反射波时，这类波为焊缝上的缺欠反射波，其反射点一般从焊缝的两侧都能扫查到，当更换一种小角度的探头扫查时，这类反射波也能在示波屏上显示。
缺欠的判定：
由于加垫板的管对接焊缝的焊接工艺和装配工艺不尽相同，所以，以上所列的非缺欠反射波不是所有的加垫板的管对接接头都能在示波屏上显示。当示波屏上有反射信号波显示时，我们再根据反射信号波判定是焊缝内部的缺欠显示波还是焊缝外部的非缺欠显示波。当然，不是所有的缺欠都判定为缺陷，根据评定标准，只有超过规定限值的缺欠，才判定为缺陷。
节选自《无损检测》2015年12期
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本文作者：黄大锋，国际焊接工程师，特种设备无损检测UT、RT、MT、PT Ⅲ级，在五冶集团上海有限公司主要从事特种设备的无损检测工作。
