摘要：針對海洋平臺用厚壁直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的焊縫橫向裂紋，給出了常用的超聲波檢測方法，如帶余高焊縫的斜平行掃查、去掉焊縫余高后的平行掃查、雙探頭橫跨焊縫的交叉掃查和帶余高焊縫的平行掃查。比較了幾種掃查方式對焊縫橫向裂紋的檢測效果，結(jié)果表明，采用9×9K1（45°）小晶片的橫波斜探頭，進(jìn)行帶余高焊縫的平行掃查，能有效地檢出焊縫的橫向裂紋。最后給出了橫向裂紋缺陷的返修處理措施。

??? 目前，直縫埋弧焊管應(yīng)用已擴(kuò)展到眾多領(lǐng)域，除石油天然氣長輸管道外，還向海洋平臺、海上浮吊等海洋結(jié)構(gòu)方面發(fā)展。埋弧焊管作為海洋結(jié)構(gòu)用管具有明顯的優(yōu)勢，如壁厚均勻，工藝簡單，性能受制管工藝影響較小，易于實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高韌性的要求，且其規(guī)格調(diào)整靈活，可滿足不同管徑的要求。但是，由于海洋結(jié)構(gòu)用管的服役環(huán)境與陸路流體輸送管有所不同，海洋結(jié)構(gòu)用管服役在波浪、海潮、風(fēng)暴及寒冷流冰等嚴(yán)峻的海洋工作環(huán)境中，因而，對海洋結(jié)構(gòu)用管除了要求具有一般管道性能外，還對其強(qiáng)韌性和焊縫質(zhì)量提出了更高的要求。鋼管的主要材質(zhì)為D36鋼、S355鋼及具有Z向性能的結(jié)構(gòu)鋼板，厚度一般在20～50 mm之間，由于板材厚度較大，且碳含量及碳當(dāng)量均較大，可焊性較差，淬硬傾向大，使焊接接頭的熔合性能降低，且易產(chǎn)生冷裂紋。揚(yáng)州亞聯(lián)鋼管有限公司采用上述材質(zhì)和厚度的鋼板生產(chǎn)某些國內(nèi)外海洋平臺結(jié)構(gòu)鋼管時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分厚壁鋼管存在橫向裂紋缺陷。有效檢出橫向裂紋、及時(shí)返修并消除缺陷，對確保鋼管質(zhì)量、保證海洋平臺的安全使用具有重要意義。

1 厚壁直縫埋弧焊管焊縫存在的橫向裂紋

分別采用厚度為20～50mm的D36，D36-Z35和S355結(jié)構(gòu)鋼板，通過JCOE成型方式生產(chǎn)海洋經(jīng)驗(yàn)交流·54·HAN GUAN焊管平臺用直縫埋弧焊管，直徑為508～1372mm。焊縫采用X形坡口，內(nèi)焊為三絲埋弧焊，外焊為多層多道三絲埋弧焊。焊接完成24h或48h后對焊縫進(jìn)行超聲波檢測，橫向掃查時(shí)發(fā)現(xiàn)在焊縫壁厚中間位置有林狀回波出現(xiàn)，進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn)有時(shí)整條焊縫斷續(xù)存在類似信號，深度在焊縫中間位置。為了查清缺陷的性質(zhì)，對某些反射信號最高的地方進(jìn)行X射線拍片，未發(fā)現(xiàn)缺陷。經(jīng)碳弧氣刨后再次進(jìn)行磁粉檢測，證實(shí)該缺陷為橫向裂紋。裂紋大部分橫穿焊縫，但未擴(kuò)展到母材中，裂紋深度在焊縫壁厚的中間位置，為外焊的第一層，與超聲波檢測的深度基本吻合，裂紋磁痕顯示如圖1所示。

2 焊縫橫向裂紋缺陷的超聲檢測方法

??? 橫向裂紋危害性較大，與其他缺陷相比，其超聲波檢測難度也較大，這主要是由于超聲波檢測較難判別缺陷的性質(zhì)。為了提高橫向裂紋的檢出率，并準(zhǔn)確判定橫向裂紋，結(jié)合AWS D1.1/D1.1M和API RP 2X等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，總結(jié)出了超聲波對橫向裂紋的掃查方式。實(shí)踐證明，這些方法對厚壁焊縫中橫向裂紋檢測與判定較為有效。

2.1帶余高焊縫的斜平行掃查

為了檢測出帶余高焊縫中的橫向裂紋，檢測時(shí)，可在焊接接頭兩側(cè)邊緣分別布置探頭，且使探頭與焊接接頭中心線成10°～20°，進(jìn)行兩個(gè)方向的斜平行掃查，如圖2所示。

??? 筆者曾使用2.5MHz，13×13 K1（45°）探頭，沿焊縫做橫向掃查，角度控制在10°左右，橫向缺陷回波波幅很低，部分缺陷還不能發(fā)現(xiàn)?？梢?，如果采用沿焊縫兩側(cè)斜平行掃查方法，檢測橫向裂紋，其檢出可靠性較差。

2.2 去掉焊縫余高后的平行掃查

如果焊縫余高已磨平，在焊縫上探測是檢查橫向裂紋的最為有效的方法。檢測時(shí)，將探頭放在焊縫及熱影響區(qū)上，進(jìn)行兩個(gè)方向的平行掃查，如圖3所示。

2.3 雙探頭橫跨焊縫的交叉掃查

如果焊縫余高未磨平，在焊縫兩側(cè)各放置一個(gè)探頭，一般要求兩個(gè)探頭K值的實(shí)測值相同，以保證入射聲束經(jīng)缺陷反射后能最大限度地被接收探頭所接收，并易于定位。檢測時(shí)，要保證兩個(gè)探頭的聲束軸線相交于要檢測的部位，兩個(gè)探頭一發(fā)一收，在焊縫兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行同向平行于焊縫中心線的移動(dòng)，這樣可以檢測出焊縫的橫向缺陷，這種掃查方式稱為交叉掃查，如圖4所示。當(dāng)示波屏上出現(xiàn)第一次反射波后即認(rèn)為是缺陷波，然后沿著焊縫緩慢前后移動(dòng)一個(gè)探頭（發(fā)射探頭或接收探頭），并適當(dāng)環(huán)繞或旋轉(zhuǎn)探頭，使缺陷波幅為最大。采用雙探頭交叉法是超聲檢測焊縫內(nèi)橫向裂紋的有效方法，但是這種掃查方法靠手工操作，因此效率低，且不易掌握。

2.4 帶余高焊縫的平行掃查

??? 采用射線檢測時(shí)，有的橫向裂紋很難發(fā)現(xiàn)，這是由于焊縫余高的存在及橫向裂紋的位置，當(dāng)采用斜平行掃查時(shí)，波幅不高而容易漏檢。日常檢測中，為了保證重要焊縫橫向裂紋的有效檢出，一般將所有焊縫余高全部打磨平整，保證探頭可在焊縫上做平行掃查，進(jìn)而提高橫向缺陷的檢出率。如JB/T 4730.3—2005標(biāo)準(zhǔn)對焊接接頭采用C級檢測技術(shù)等級時(shí)，應(yīng)將焊接接頭的余高磨平，檢測橫向缺陷時(shí)將探頭放在焊縫及熱影響區(qū)上做兩個(gè)方向的平行掃查。去除余高在焊縫上做平行掃查是檢測橫向缺陷的較好辦法。

??? 厚壁鋼管一般采用多層多道焊，焊縫余高3～4 mm，焊縫寬度40～70 mm，如果手工用角向磨光機(jī)修磨焊縫，工作量會(huì)特別大。這類鋼管的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)及補(bǔ)充技術(shù)規(guī)范并沒有要求檢測橫向缺陷時(shí)去除焊縫余高，而且厚壁鋼管外焊縫的焊接為多層多道埋弧焊，表面光滑，當(dāng)使用2.5 MHz9×9K1（45°）探頭騎在焊縫余高表面進(jìn)行掃查時(shí)，發(fā)現(xiàn)回波幅值很高，缺陷波形明顯，較易分辨?？梢姡捎闷叫袙卟榉绞揭材軝z測出厚壁鋼管帶余高焊縫中的橫向裂紋類缺陷。

??? 厚壁鋼管通常的檢測方法是使用9×9K1（45°）小晶片的橫波斜探頭（13×13以上的大晶片探頭檢測效果不好），將斜楔在焊縫余高上的探頭底部用砂紙修磨成弧形（有利于與焊縫更好的吻合），并在焊縫上做雙向掃查，這時(shí)的掃查增益一般比基準(zhǔn)靈敏度高6~12dB，同時(shí)使用比較粘稠的耦合劑，就能有效地檢出焊縫的橫向裂紋。采用這種方法檢測焊縫的橫向裂紋時(shí)，大部分回波較高，只有少量的波幅在50%DAC（距離波幅校正），但仍然可以看到交替出現(xiàn)的典型的橫向裂紋的回波特征。

??? 檢測時(shí)還需注意橫向裂紋在焊縫中的形態(tài)，此類裂紋在x軸方向，即焊縫長度方向上端點(diǎn)和下端點(diǎn)坐標(biāo)是不同的，即裂紋是傾斜的，所以檢測時(shí)，在焊縫上的掃查必須從向前和向后兩個(gè)相對方向進(jìn)行掃查。常規(guī)超聲波手工掃查對焊縫缺陷反射波信號的顯示率可能為100%DAC曲線，但是由于掃查波方向與缺陷平面走向等原因，使反射波信號未達(dá)到100%DAC曲線或50%DAC曲線，從而會(huì)使危害性平面狀缺陷漏檢。

??? 如果采用70°斜探頭在母材上做雙向小角度斜平行掃查來檢測橫向缺陷，漏檢率就很高。實(shí)際工作中，焊縫的橫向裂紋都是用K1（45°）探頭在焊縫（焊縫有余高或者磨平）上掃查而檢測出來的。

3 橫向裂紋的超聲波判別

??? 采用以上“帶余高焊縫的平行掃查”方法檢測焊縫的橫向缺陷時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有反射信號，可將該處焊縫余高磨平，并進(jìn)一步測定和參考缺陷平面、深度位置、缺陷高度、缺陷各向反射特性、缺陷取向、缺陷波形、動(dòng)態(tài)波形、回波包絡(luò)線等參數(shù)，同時(shí)結(jié)合坡口形式、材料特性、焊接工藝和焊接方法等進(jìn)行綜合判斷，盡可能對橫向缺陷的實(shí)際性質(zhì)做出判定，并確定缺陷的位置。然后用氣刨修磨解剖，再進(jìn)行磁粉檢測驗(yàn)證。檢測過程中，橫向裂紋的判別步驟如下：

（1）首先在橫向掃查靈敏度下（此時(shí)比縱向掃查靈敏度提高6～12 dB）將探頭放在焊縫上直接做平行掃查；

（2）發(fā)現(xiàn)橫向缺陷顯示后，選取1～2處幅度較高的回波位置對焊縫余高修磨齊平后進(jìn)行分析，反射波幅低于20%DAC的顯示、原則上不予定性；

（3）運(yùn)用環(huán)繞掃查確定缺陷是否為點(diǎn)狀缺陷，如果為點(diǎn)狀缺陷則不予進(jìn)一步定性；

（4）觀察靜態(tài)波形和動(dòng)態(tài)波形，分析缺陷信號幅度變化來判斷是否為橫向裂紋。探頭運(yùn)動(dòng)的基本方式有四種，即左右移動(dòng)、前后移動(dòng)、定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)和環(huán)繞運(yùn)動(dòng)，與之相對應(yīng)的動(dòng)態(tài)波形也有四種形式，如圖5所示。或者氣刨修磨到缺陷深度后用磁粉檢測驗(yàn)證是否為橫向裂紋，缺陷數(shù)目不多時(shí)可不經(jīng)驗(yàn)證直接進(jìn)行返修處理。

?

4 橫向裂紋的處理

??? 一旦判定缺陷為橫向裂紋，則必須進(jìn)行返修處理。橫向裂紋在返修前應(yīng)確定氣刨和修磨的深度及寬度，為保證返修徹底，對超聲波檢測確定的深度要加上幾毫米的裕度。另外氣刨和修磨后在補(bǔ)焊返修前必須進(jìn)行一次磁粉檢測，需要注意的是側(cè)壁坡口也屬于檢測范圍，以確保缺陷完全清除，然后再由補(bǔ)焊人員焊接，否則很難保證裂紋的徹底根除。返修時(shí)應(yīng)當(dāng)采用低氫焊絲（條），返修前必須預(yù)熱，氣刨后清理、修磨積碳至露出金屬光澤，返修后采取必要的緩冷保護(hù)措施，如焊后采用石棉等包覆焊縫緩冷。另外，對于橫向裂紋的返修復(fù)檢，一定要嚴(yán)格執(zhí)行在焊后24h或者48h再檢查。

5 結(jié)論

（1）超聲波檢測是檢出厚壁焊縫橫向裂紋的有效手段，缺陷性質(zhì)判別是關(guān)鍵，這需要積累豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和掌握一定的操作技巧。

（2）焊縫余高磨平是超聲波檢出厚壁焊縫橫向裂紋的最好方法，但是對于帶余高焊縫，也可以直接在焊縫上檢測。

（3）通過環(huán)繞掃查、轉(zhuǎn)角掃查及觀察動(dòng)態(tài)和靜態(tài)波形，分析缺陷幅度變化，能夠較準(zhǔn)確地判別橫向裂紋。

（4）厚壁焊縫應(yīng)特別注意焊接規(guī)范（預(yù)熱溫度、層間溫度、氣刨后的清根、焊絲和焊劑的匹配、控制線能量、焊后保溫等），保證不產(chǎn)生橫向裂紋類缺陷。