（深圳市生富钢结构检测科技有限公司，深圳，518067）
【摘 要】针对钢结构厚板的自动焊对接焊缝中会出现的特殊超标反射回波，通过试验验证了此种超标反射回波是伪缺陷波。分析了产生此种伪缺陷波的原因，并提出了解决方法。
【关键词】自动焊对接焊缝；伪缺陷波；波形转换
超声波检测是利用材料以及材料中缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。
超声波检测具有灵敏度高、成本低、检测速度快、穿透力强、对人体无害等优点。但由于常规超声波检测对缺陷的显示不直观，检测技术难度大，导致容易受到主客观因素的影响，因此，需要有丰富经验的检测人员进行操作。
在钢结构焊缝超声波检测中，若检测人员发生误判，将伪缺陷波判断为缺陷波，将会导致焊缝重焊甚至构件报废，造成不必要的经济损失。
1．常见的伪缺陷波类型
钢结构焊缝超声波检测时，超声波检测仪除了显示缺陷回波以外，还会显示伪缺陷波。所谓伪缺陷波是指焊缝中非缺陷造成的回波反射信号。伪缺陷波的种类很多，常见的有如下几类：
（1）仪器、探头杂波
由于仪器、探头连接性能的影响，在仪器屏幕上会出现脉冲幅度高且宽的信号，可以通过重新连接、更换探头、降低增益的方法消除影响。
（2）耦合剂反射波
如果探头角度较大，并且增益较大时，探头发出的一部分能量会转换成表面波，这种表面波传播到探头前沿耦合剂堆积处，也造成反射信号。遇到这种信号时，只要探头固定不动，用手擦掉探头前面的耦合剂时，信号就会消失。
（3）沟槽回波
在多道焊的焊缝表面会形成一道道沟槽，当超声波扫查到沟槽时，会引起沟槽反射。此时，用手蘸取耦合剂在沟槽处轻轻敲击，回波会上下跳动；或者根据回波在仪器显示屏上的位置计算出水平距离和垂直距离，如果与沟槽的位置相同，长度也相等，则可判断为沟槽反射波。
但是，手工焊沟槽由于大小、深浅不规则不均匀，在实际检测中，容易与焊缝下半部的缺陷回波（如：未焊透）相混淆。
图1伪缺陷波类型
（4）焊角回波
焊缝一般有一定的余高，余高与母材的交界处称为焊角，由焊角产生的回波称为焊角回波。此时，将探头沿焊缝平行移动时，焊角回波的位置不会变动；探头垂直焊缝做前后移动时，焊角回波的位置会左右移动；用手蘸取耦合剂在焊角处轻轻敲击，回波会上下跳动。
2．特殊的伪缺陷波
在钢结构对接焊缝的实际检测中，会发现对于厚板的自动焊对接焊缝，常在距离检测面背面3~8mm深度附近有超标反射回波，通过测量水平距离，发现回波位置在熔合线附近，按照常规的判断容易评定为未熔合或者母材中的缺陷。但是用砂轮机打磨背面焊缝余高，会发现回波逐渐降低后消失，说明此种伪缺陷回波是由焊缝余高造成的。这种情况在实际检测中极易误判，造成不必要的返修。
为此，笔者进行了试验，分析产生这种回波的原因。
2.1 试验验证
由于焊缝表面形状不规则，因此制作了对比试块，试块厚度为40mm，40°斜面模拟焊缝余高。对比试块尺寸如图2所示：
由试验数据可以看出用73°、63°探头检测时，回波指示位置是在工件内部的位置（深度指示<试块厚度40mm），并且探头角度越大，回波深度指示越小。而45°探头的深度指示大于试块厚度。
2.2 原因分析
当超声波倾斜入射到界面时，除产生同种类型的反射和折射波外，还会产生不同类型的反射和折射波，这种现象称为波形转换[1]。
试验中，采用的横波斜探头检测，当横波倾斜入射到界面时，会产生波形转换，各反射波的方向符合反射定律[1]：
由于探头只能接收到反射回波，因此不讨论折射波的情况。钢中横波声速为cs1=3200m/s，纵波声速为cL1=5900m/s。
由于纵波声速大于横波声速，因此纵波反射角大于横波反射角。纵波反射角和横波反射角会随着横波入射角的增大而增大。当横波入射角增加到一定程度时，纵波反射角等于90°，此时钢中不存在反射纵波。
由上式计算得知：αs=33.2°，即当横波入射角αs≥33.2°时，钢中横波全反射，不存在反射纵波。
对于对比试块，由于斜面与检测面呈40°，因此，横波入射角不是斜探头的角度。 实际横波入射角度见图2。
以63°探头为例，实际横波入射角应为：
90°-（180°-63°-40°）=13°<33.2°
钢中存在反射纵波。由于纵波声速大于横波声速（cL1> cs1），纵波回波比横波回波先被探头接收，在超声波检测仪屏幕上，纵波回波在横波回波前出现，判断时容易将纵波回波误认为是缺陷回波。
因此可以发现这种由于焊缝余高产生的伪缺陷波是波形转换的结果。
3．解决方法
根据超声波检测焊缝的基本原则，除了通过被测构件的板厚选择探头之外，笔者还总结出几种方法：（1）采用单面双侧或者双面单侧对焊缝进行检测，若只能在一个检测位置才能发现回波，可怀疑为伪缺陷波；（2）采用多角度探头进行检测，若各个角度探头检测发现缺陷在不同深度、水平位置时，可怀疑为伪缺陷波；（3）工件厚度和探头角度越大，这种特殊伪缺陷波现象更明显，因此在检测时需要综合分析，必要时打磨焊缝；（4）从试验结果可以看出，用45°角度探头进行检测，伪缺陷回波深度大于板厚，可排除是缺陷回波。因此，当怀疑是伪缺陷波时，可增加45°探头进行检测。
参考文献：
[1]中国特种设备检验协会组织编写 郑晖 林树青 主编.超声检测[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2008.
作者简介：
徐晶晶（1984—），女，汉族，湖北宜昌人，2009年毕业于南昌航空大学，最高学历：硕士，专业：测试计量技术及仪器专业，研究方向：无损检测技术，现工作于深圳市生富钢结构检测科技有限公司。
论文作者:徐晶晶
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年7月总第212期
论文发表时间:2016/9/18
标签：回波论文; 缺陷论文; 纵波论文; 反射论文; 超声波论文; 沟槽论文; 横波论文; 《工程建设标准化》2016年7月总第212期论文;