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摘要：钢管已广泛应用于建筑工程，但因其特殊的焊接结构和不规则的焊缝形状，使得其检测难度越来越高。这里主要针对薄壁管Y型节点焊缝进行研究，选择合适的超声波仪器，探头，试块和扫查方式进行探讨。本文通过对钢结构中外径Φ273mm管道为试验对象，选择不同种类超声探头进行检测试验，并对结果进行对比分析，对不同探头的检测能力进行比较，得出相关结论，为不锈钢管道焊缝超声检测的探头选择提供依据和参考。
关键词：不锈钢管道焊缝；超声检测；比较
引言
钢材是钢结构中的重要材料，其运用日益成熟，已经逐渐成为主流建筑工艺。其中薄壁钢管的应用越来越广，钢管焊缝形式也越来越多（特别是K型、Y型）。但钢管壁薄、曲率变化复杂的特点给检测工作带来很大难度。而射线探伤的局限性对未熔合，裂纹等危险性缺陷容易漏检。另一方面，某些钢管处于困难位置，给施焊和射线探伤也带来难度，使这部分钢管焊缝质量得不到有效监控。超声波检测的可行度是最好的，这里选用超声波检测对不锈钢钢管焊缝进行探伤研究。随着运行时间的增长，不锈钢管道焊缝的金属性能会逐渐降低，金属不连续性也会产生，国内建筑钢结构的不锈钢管道焊缝中发现存在裂纹。如果这类管道一旦失效，导致的后果将不堪设想。不锈钢管道焊缝相对碳钢管道焊缝而言，各向异性，超声检测难度大，如何正确选择检测探头成为关键所在。
1试验设计
根据理论分析，对于不锈钢粗晶材料，如下几个方面会对超声检测能力产生影响：
①超声波在材料中的衰减，波长越大，衰减越小；
②超声波在材料中是否聚焦，这由探头的型式决定；
③超声波在材料中对相邻反射体的分辨能力，这由探头的频带决定。所以在不锈钢管道焊缝超声检测的探头选择上就存在：纵波探头与横波探头的选择，双晶探头和单晶探头的选择，宽频带探头和窄频带探头的选择等问题。为了在实际检测工作中能够准确的选择探头，设计了不同探头在不锈钢管道焊缝中的检测能力的比较试验，通过试验结果分析对比，得出结论。设计的试验项目包括：①纵波和横波探头检测能力的比较试验；②双晶纵波探头和单晶纵波探头检测能力的比较试验；③不同频带宽度双晶纵波探头检测能力的比较试验。
2超声波检测技术在钢结构中的应用
在钢结构中，根据实际检测经验反馈，针对表面近表面区域，表面波探头及常规大角度超声探头均不能取得较好的检测效果。综合考虑后决定采用超声爬波的检测技术。
2.1超声爬波探头
超声爬波探头的类型有单晶爬波探头、双晶并列式爬波探头和双晶串列式爬波探头等。通过对爬波探头的类型、晶片频率、晶片尺寸、阻抗匹配、焦点距离等参数的优化与组合，最终研制出了适合奥氏体不锈钢管道焊缝表面、近表面缺陷检测的双晶并列式爬波探头，其规格为2mm×6mm×13mmTRCr2F15。
2.2超声爬波测高技术
试验发现爬波探头所接收到的表面、近表面缺陷回波信号中包含了许多缺陷特征信息，包括缺陷最大回波处深度、缺陷的上端点反射信号和缺陷下端点反射信号。利用来自缺陷本身的上下端点反射波确定缺陷的自身高度与利用端点衍射波法测量缺陷高度技术存在一定的差异。由于爬波在近表面传播过程中可以看成是一系列与表面平行的波组成，因此近表面缺陷的端点反射波幅度远大于端点衍射波幅度（特别是垂直于焊缝表面的缺陷），且其端点反射信号较端点衍射信号更易分辨[1]。
2.3超声爬波探头性能
经试验测试，超声爬波探头性能主要如下：（1）有效覆盖深度：0～9mm。（2）信噪比。参考钢结构试块上表面近表面区域（0～9mm）内所有参考反射体信噪比大于24dB。（3）检测能力。能有效检测出自身高度大于1.0mm的平面性缺陷。（4）测高能力。可对自身高度2mm以上的缺陷进行高度测量，其测高精度优于±1mm
3试验实施
目前对钢结构的管道焊缝进行自动检测已成为一种趋势，这能及时发现钢结构存在的问题。自动检测时超声系统将自动记录采集的数据，便于存档及分析，便于缺陷信号的定位、定量及不同次检查间的比较，减少了人为因素的影响，提高了检测质量。所以本文中所有试验项目均采用自动检测方式进行。
3.1试验设备
①超声仪
为了能够进行自动超声检测，采用Zetec公司生产的多通道超声波检测仪，含有16个以上独立通道。
②扫查装置自动扫查装置是自主设计开发的AUMA系列管道自动超声扫查装置。扫查装置能够反馈位置信号给超声仪，并能够在两个垂直方向上往复的运动。
③试验探头
根据以往的检测经验，选择频率为2MHz的各种探头，包括单晶横波、单晶纵波、双晶纵波探头。
④试验试件
Φ273×30mm的不锈钢管道焊缝试验试件（共2件）。每件试件上制作4个不同长度，不同高度和不同位置的槽。
3.2试验过程
①数据采集在探头参数测试试块上测试探头角度及前沿，在参考试块上设置探头灵敏度，将探头安装于探头支架上，用专用扫查装置对试验试块进行外表面扫查。保证每个探头能扫查到全壁厚的检测体积，并进行数据采集[2]。
②数据分析
对采集的数据进行分析，对试件上的槽信号进行检测结果分析对比：
（1）比较纵波探头和横波探头在不锈钢管道焊缝中的检测能力，包括：能否探测出，数据B、C、D扫图形中信号的分辨能力等；
（2）比较双晶纵波探头和单晶纵波探头在不锈钢管道焊缝中的检测能力，包括：能否探测出，数据B、C、D扫图形中信号的分辨能力等；
（3）比较双晶纵波45°和60°探头中宽频带和窄频带两种类型探头在不锈钢管道焊缝中的检测能力和信噪比差异；
（4）比较单晶纵波探头45°、60°探头在不锈钢管道焊缝中检测能力的差异；
（5）比较双晶纵波探头45°、60°和70°探头在不锈钢管道焊缝中检测能力的差异；
4试验结果
分析试验数据，对每个探头是否能检测出人工槽，回波信号信噪比，信号分辨力，端点信号探测能力进行比较，试验结果的比较汇总见下表。
5结论
5.1纵波探头和横波探头在不锈钢管道焊缝中的检测能力比较
结论：横波探头未探测出试验试件中的槽，而纵波探头探测出试验试件中的所有槽，纵波比横波衰减和噪声要小。在不锈钢管道焊缝中，纵波探头对缺陷的检测能力比横波探头要高。
5.2双晶纵波探头中宽频带和窄频带两种类型探头在不锈钢管道焊缝中回波信噪比和检测能力的比较。
结论：宽频带双晶纵波探头的信噪比要优于低频带双晶纵波探头。宽频带双晶纵波探头B扫图形中缺陷信号在扫查方向和深度方向的分辨能力要明显好于低频带双晶纵波探头。宽频带和窄频带双晶纵波探头相比，由于周期数较少，在探测并区分缺陷端点信号方面能力要好许多。
结束语
在钢结构不锈钢管道焊缝超声检测中：a）纵波探头对缺陷的检测能力比横波探头要高；b）双晶纵波探头回波信号的信噪比要优于单晶纵波探头；c）双晶纵波探头对缺陷信号的区分能力要优于单晶纵波探头；d）宽频带双晶纵波探头的信噪比要优于低频带双晶纵波探头；e）宽频带双晶纵波探头对缺陷信号的分辨能力要优于低频带双晶纵波探头。因此，为了提高不锈钢管道焊缝超声检测的信噪比和分辨力，应该优先选择宽频带双晶纵波探头，正确的探头参数选择可以提高此类焊缝的检测能力以及可靠性。
参考文献：
[1]袁光华，常楠，周路生，等.不锈钢管道对接焊缝焊接热裂纹超声波检测技术[J].无损检测，2013，35（12）：1-4.
[2]卢威，张运平，柯涛，等.不锈钢管道焊缝超声检测中显示信号的定性分析[J].无损检测，2015，37（2）：40-43.