焊接鋼管的缺陷分布與評判方法
缺陷相關(guān)評判方法是以相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)，把人的分析思維能力和理解判斷能力同各種探傷檢測生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)驗相結(jié)合，編制成時間相關(guān)、位置相關(guān)、行為相關(guān)、特征相關(guān)、性質(zhì)相關(guān)5種相關(guān)評判方法判定缺陷軟件程序應(yīng)用到自動化探傷過程中，使自動化探傷系統(tǒng)具有了智能判定功能，不但客觀上保證了焊接鋼管檢測的準確性和高效率，提高了檢測系統(tǒng)的探傷可靠性和抗干擾能力，而且降低探傷檢測生產(chǎn)成本，提高了探傷系統(tǒng)的集成度和智能化水平。
1、焊接鋼管缺陷的分布機理與危害
焊接鋼管的生產(chǎn)過程是將鋼板、鋼帶等用各種成型方法直卷或按螺旋方向彎卷成要求的橫截面形狀，然后借助于加溫、加壓，用不同的焊接方法將焊縫焊合而獲得鋼管。因此，焊接鋼管的缺陷分為兩部分：鋼板母材缺陷和焊縫缺陷。
鋼板母材缺陷
板材中的缺陷經(jīng)過軋制等工序，大部分呈平面狀，與表面平行；其主要缺陷有分層、夾雜物、裂紋、折疊等，其中分層是最常見的內(nèi)部缺陷。分層會產(chǎn)生各種裂紋，當(dāng)板材受垂直于表面的拉應(yīng)力時，分層會嚴重影響鋼管的強度，它是不允許存在的缺陷。
焊縫缺陷
焊縫缺陷是指熔焊過程中或焊后在焊縫中產(chǎn)生的缺陷，分為裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未溶合、咬邊等焊縫缺陷。焊縫中的密集氣孔、夾渣等屬密集立體型缺陷，裂紋、未溶合等屬平面型缺陷，危害性大。條狀夾渣、未焊透等屬條狀缺陷，危害性大。氣孔、小夾渣等屬點狀缺陷。焊縫中的缺陷更容易引起鋼管的強度、塑性等問題，嚴重影響鋼管質(zhì)量,而焊接鋼管質(zhì)量的好壞直接影響到油氣輸送管線的安全運行和使用壽命，因而對于焊縫探傷主要是針對焊縫中裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未溶合等危險性缺陷進行探傷檢測。
2、缺陷相關(guān)評判方法
現(xiàn)場超聲波自動化探傷檢測是單向、單程的，一般不允許往復(fù)檢測，因此需要有一次通過的檢測準確率。但是現(xiàn)場在動態(tài)生產(chǎn)條件下，在線傷檢一過即逝，一旦漏檢誤報無法追回和驗證，并且自動化探傷系統(tǒng)的功能主要由軟件實現(xiàn)，以焊接鋼管焊縫探傷為例介紹缺陷相關(guān)評判方法的設(shè)計說明，缺陷相關(guān)評判方法就是對缺陷傷波信號進行運用知識、分析判斷和解決問題的運算方法程序。若將超聲波在焊縫中反射的時間均勻分成8份，每份用δt 表示，則缺陷相關(guān)評判方法的缺陷判傷報警條件為：
|Ftn-Ftn-1|≤δt （1）
3.5δt≤（Bt-Ftn）≤7δt （2）
連續(xù)有效缺陷個數(shù)n≥4 （3）
條件（1）、（2）確立了實際可能傷點的允許條件，在同時滿足條件（1）、（2）兩個條件之外還必須滿足條件（3）時自動報警模塊通過比較回波波高的幅值，當(dāng)回波波高的幅值超過設(shè)定的缺陷檢測靈敏度的幅值高度時即判定為缺陷，自動報警功能就會自動發(fā)出報警信息。
缺陷時間評判方法
條件（1）表示缺陷回波時間Ft有連續(xù)的相關(guān)特征，在連續(xù)的一小段時間范圍內(nèi)，連續(xù)相鄰的兩個缺陷回波時間Ft的差值小于等于1個δt。而條件（1）作為時間相關(guān)鑒別條件，進一步提高了抗干擾能力。比如δt為傷波閘門寬度的1/8，則抗干擾能力可提高8倍，若設(shè)定為δt/2，則抗干擾能力可提高16倍，即條件（1）所代表的軟件程序使系統(tǒng)抗干擾能力提高了一個數(shù)量級。在滿足檢測系統(tǒng)最大重復(fù)頻率及探傷檢測速度的條件下，用戶可以依據(jù)缺陷種類或探傷靈敏度重新設(shè)置δt,這樣可極大地提高抗干擾能力。
缺陷位置評判方法
條件（2）表示缺陷回波的檢測范圍是包圍在始波、底波，前、后兩個界面波之中，每個傷波時間Ft與底波時間的平均值Bt的差值應(yīng)在3.5δt到7δt間，以確保焊管焊縫中心區(qū)域被重復(fù)掃查并防止底波進入閘門造成的誤報警。其中3.5δt的設(shè)置是為了防止底波的誤報警，連續(xù)地進入缺陷傷波閘門的底波將不能報警，須是比底波時間的平均值Bt突發(fā)地超前3.5δt的缺陷傷波才能報警。而7δt設(shè)置是基于多數(shù)探傷標(biāo)準中規(guī)定樣管焊縫上樣孔距邊緣的距離為焊縫寬度的1/4，即2ΔL，因而與另一邊緣波（Bt波出現(xiàn)的邊緣）的距離為6ΔL。實際探傷過程中靠探頭一側(cè)焊縫邊緣所產(chǎn)生的反射波較低，不會產(chǎn)生報警，所以如探傷要求高則可將7δt設(shè)置為8δt或8.5δt。因判傷條件通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)，用戶可方便地實現(xiàn)自己的意圖，探傷過程中可根據(jù)報警情況適當(dāng)調(diào)整，使公式Bt-Ft取1個合適的值，保證在最大限度地降低誤報的同時放寬檢測范圍。條件（2）作為位置相關(guān)鑒別條件，可極大地提高系統(tǒng)免誤報能力，甚至當(dāng)?shù)撞ㄟM入傷波閘門內(nèi)，若不滿足條件（3），系統(tǒng)也不會報警。
缺陷行為評判方法
條件（3）表示非缺陷回波連續(xù)出現(xiàn)次數(shù)少或出現(xiàn)不連續(xù)，而缺陷回波是連續(xù)出現(xiàn)的，缺陷波連續(xù)出現(xiàn)的次數(shù)，即連續(xù)缺陷點的個數(shù)在4個以上時才被確認是缺陷回波，條件（3）作為行為相關(guān)鑒別條件用來提高系統(tǒng)抗干擾能力?？梢愿鶕?jù)實際檢測情況需要，根據(jù)缺陷種類、探傷靈敏度以及不同的檢測標(biāo)準改變此值來更改判傷條件，比如對小的缺陷也確認為缺陷時的話，可以將連續(xù)有效缺陷的個數(shù)減少，反之，小的缺陷不判斷時，可將數(shù)值改大。
缺陷特征評判方法
缺陷出現(xiàn)的位置、出現(xiàn)的連續(xù)性、出現(xiàn)的時間范圍和出現(xiàn)的取向等是多種多樣的，對超聲波的反射波高幅度也是不一樣的，是與生產(chǎn)工藝、檢測設(shè)備有一定相關(guān)聯(lián)系的。采用的A型脈沖反射式超聲波檢測只能提供缺陷回波的時間和幅度兩方面信息，根據(jù)缺陷回波出現(xiàn)的形狀、大小、密集程度等缺陷特征和底波情況可進行缺陷特征的平面狀缺陷、點狀缺陷、密集狀缺陷、條狀缺陷相關(guān)估評判。
（1）平面狀缺陷
在焊縫兩側(cè)縱、橫兩個不同方向上進行檢測，其缺陷回波的高度顯著不同且呈不規(guī)則變化,底波高度無明顯變化。當(dāng)缺陷回波很強、底波消失時可認為是大面積缺陷。在垂直于缺陷方向檢測均顯示單個鋸齒形回波、缺陷回波較高、且波形明顯尖銳陡峭，探頭移動時回波幅度隨機起伏較大（波幅差>±6dB）；在平行于缺陷方向檢測，缺陷回波較低，甚至無缺陷回波；在傾斜于缺陷方向檢測顯示鐘形脈沖包絡(luò)，該鐘形脈沖包絡(luò)中有一系列連續(xù)信號，通常表現(xiàn)為位置多變（但變化不大）的強烈多尖峰狀，并出現(xiàn)很多小波峰，探頭移動時，每個小波峰在脈沖包絡(luò)中移動，波幅由零逐漸升到最大值，然后又下降到零，信號幅度隨機起伏（>±6dB）。根據(jù)縱、橫方向上的缺陷回波的高度不同、且呈不規(guī)則變化特征可估評判為是平面狀缺陷。
常見的平面狀缺陷有裂紋、面狀未溶合、面狀未焊透等缺陷，這種缺陷有長度和明顯的自身高度，表面既有光滑的，也有粗糙的。
（2）點狀缺陷
在焊縫兩側(cè)縱、橫兩個不同方向上進行檢測，其缺陷回波當(dāng)量較小、并不一定很高，缺陷指示長度ΔL≤t（t為壁厚），高度無明顯變化、底波高度也無明顯變化，當(dāng)缺陷波與底波共存時，可認為是點狀缺陷或面積較小尺寸的其他缺陷，缺陷回波顯示一個光圓波（尖銳回波），這是小于聲場直徑的點狀缺陷的波形特征，并且隨管體的移動、缺陷回波的起伏變化很大且迅速。保持聲程距離不變，根據(jù)縱、橫方向上的缺陷回波的高度無明顯變化、且顯示一個光圓波的特征可估評判為是點狀缺陷。
常見的點狀缺陷有氣孔、小夾渣等小缺陷，這種缺陷大多呈球形的體積型缺陷，也有不規(guī)則形狀的，屬于小的體積性缺陷，可出現(xiàn)在焊縫中不同位置。
（3） 密集狀缺陷
在焊縫兩側(cè)縱、橫兩個不同方向上進行檢測，其缺陷回波出現(xiàn)在不同位置、顯示次序呈不規(guī)則，每個單獨的回波信號顯示單個尖銳回波、而底波消失或高度降低。探頭移動在不同位置檢測時，回波信號顯示一群密集缺陷回波，缺陷波密集互相彼連、高低不同，反射信號此起彼伏、忽高忽低，假若可分辨，則每一個單獨回波信號均顯示點狀缺陷的特征。根據(jù)縱、橫方向上的缺陷回波的位置和顯示次序呈不規(guī)則、連續(xù)發(fā)生底波消失或底波幅度降低于50% 的特征可估評判為是密集狀缺陷。
常見的密集狀缺陷有密集氣孔、再熱裂紋等缺陷，這種缺陷是一群缺陷的集合，每個小缺陷彼此之間相隔距離很近，無法對每個小缺陷單獨定位定量。
（4）條狀缺陷
在焊縫兩側(cè)縱、橫兩個不同方向上進行檢測，其缺陷回波幅度通常很高且形狀規(guī)則單一、高度大致相同且無明顯變化，在較大范圍內(nèi)，連續(xù)出現(xiàn)缺陷回波。且在同一位置，底波高度也無明顯變化，只要信號不明顯斷開較大距離，缺陷基本連續(xù)，可測缺陷指示長度ΔL。缺陷回波峰值平穩(wěn)地由零升到峰值，并保持一段平直部分，然后又平穩(wěn)地由峰值下降到零，從焊縫兩側(cè)都能檢測到。根據(jù)縱、橫方向上的缺陷回波的高度大致相同無明顯變化、回波峰值平穩(wěn)地上升和下降的特征可估評判為是條狀缺陷。
常見的條狀缺陷有條狀夾渣、未焊透、未溶合等缺陷，這種缺陷可測指示長度，但不易測其斷面尺寸（高度和寬度）；然而在長度方向也可能是間斷的，如鏈狀夾渣、斷續(xù)未焊透、斷續(xù)未溶合等。
3、結(jié)束語
綜上所述，這種焊接鋼管超聲波自動探傷檢測系統(tǒng)中的缺陷相關(guān)評判方法向智能化檢測儀器方向邁出了重要的一步，以相關(guān)技術(shù)為理論基礎(chǔ)，編制的時間相關(guān)、位置相關(guān)、行為相關(guān)、特征相關(guān)、性質(zhì)相關(guān)5種相關(guān)法判傷軟件程序，克服了許多人為因素的影響，其檢測可靠性、抗干擾能力和判傷準確性得到了大幅度提高,可滿足連續(xù)自動化探傷要求，盡管不能絕對地消除系統(tǒng)探傷檢測中的誤報，但已經(jīng)消除了系統(tǒng)的漏報，各項技術(shù)指標(biāo)達到預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。
文章來源：中國焊接信息網(wǎng)
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