5.4 焊接接头检测

5.4.1  本条文表5.4.1说明如下：

    1  为了在表中便于表述，现将“埋弧焊”称为“自动焊”。因为目前埋弧焊也有手工埋弧焊，而自动焊是指：埋弧自动焊、MAG自动焊和MIG自动焊等自动焊接方法。

    2  咬边：一类焊缝的咬边为≤0.5mm，咬边长度的不作限制规定。这是因为美国机械工程协会标准及国内压力容器安全监察规程也是这么规定的。咬边对构件的影响主要表现在脆性破坏和疲劳破坏，所以有的规范规定，当重要受力焊缝的咬边与主应力方向垂直时，咬边深度不得大于0.25mm，更严格的标准(如航空航天标准)就不允许咬边，如存在咬边，应修成平滑过渡。既然允许咬边存在，长度的限制也就意义不大了。所以本规范编写时，也突破了国内水电水利系统多年来的传统规定。实际上原来的规定主要是沿用国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的规定。

    3  焊缝余高尺寸的规定，是通过不同的板厚和不同的焊接方法经过大量的实践统计在保证焊接接头质量性能的条件下得出的。

    4  对接焊缝宽度手工焊一般不会超出坡口太多，大多数情况是1mm～2.5mm范围。

    5  角焊缝焊脚K，它是根据等强度设计产生的，所以应当有负偏差。

5.4.2  衍射时差法超声检测(TOFD)检测的由来：

    衍射时差法超声检测(TOFD)是衍射波时差法超声检测技术的英文Time-of-Flight-Diffraction Technique缩写。

    衍射时差法超声检测(TOFD)是在1977年由Silk根据超声波衍射现象提出来，意大利AEA sonovatiion公司在衍射时差法超声检测(TOFD)应用方面已经有20多年历史，此技术首先是应用于核工业设备在役检测，目前在核电、建筑、化工、石化、水电、长输管道等工业的厚壁容器和管道方面多有应用，衍射时差法超声检测(TOFD)技术的成本是脉冲反射法检测(UT)技术的1/10。

    衍射时差法超声检测(TOFD)的技术特点及原理：

    衍射时差法超声检测(TOFD)技术作为一种较新的超声波检测技术，不同于以往的超声脉冲反射法和声波穿透法等技术，它利用固体中声速最快的纵波在缺欠端角和端点产生的衍射来进行检测。在焊缝两侧，将一对频率、尺寸和角度相同的纵波斜探头相向对称放置，一个作为发射探头，另一个作为接受探头。发射探头发射的纵波从侧面入射被检焊缝断面。部分波束沿近表面传播被接受探头接受，部分波束经底面反射后被接受探头接受，通过各个声波信号之间到达的时间差并形成特殊的衍射时差法超声检测(TOFD)图像，显示缺欠位置、高度、形状等信息。特点是成像直观、检测速度快，能全程记录检测过程并可实现数据回放。在无缺欠部位，接收探头会接收到沿试件表面传播的侧向波和底面反射波。而有缺欠存在时，在上述两波之间，接收探头会接收到缺欠上端部和下端部的衍射波。

    衍射时差法超声检测(TOFD)技术作为超声检测是可行的，其可靠性和精度要高于常规的脉冲反射法检测(UT)技术。相比常规的脉冲反射法检测(UT)技术，现时的衍射时差法超声检测(TOFD)技术有几个最明显的不同，一是很高的定量精度，绝对偏差为±1mm，而裂纹监测的偏差为±0.3mm。二是对缺欠的方向和角度不敏感。三是对缺欠的定量不是基于信号的波幅，而是基于缺欠尖端衍射信号的声程和时间。

    衍射时差法超声检测(TOFD)检测的优缺点：

    衍射时差法超声检测(TOFD)可以应用于壁厚达到350mm以上厚壁容器的检测。衍射时差法超声检测(TOFD)技术缺欠检出能力强、缺欠定位精度高、节省施工工期、安全，检测数据可以用数字型式永久保存。衍射时差法超声检测(TOFD)检测具有如下优点：

    1  与常规的脉冲反射法检测(UT)技术相比，衍射时差法超声检测(TOFD)在缺欠检测方面，与缺欠的方向无关。检测数据可以进行自动的数字记录并作永久保存，可以为企业以后的检测提供准确的资料。

    2  同射线相比，衍射时差法超声检测(TOFD)可以检测出与检测表面不相垂直的缺欠和裂纹。

    3  可以精确确定缺欠的高度。

    4  在安全上同射线相比，无辐射、无环境污染，不需要一个安全的、独立的操作空间，不需要现场周围其他单位停工和人员撤离，因此，可以在不中断施工条件的情况下进行检测，可以有效地保证工程进度，节约施工工期。

    5  可以在线得到检测结果，并且可以将结果用数字信号型式永久保存在光盘中，以便于以后在役检测进行对比分析。

    6  可以在线应用相关的工程评定标准对缺欠进行评定，仅将按标准评定的缺欠进行挖补修复，避免了无用的破坏焊缝整体性的修补现象。

    7  因为检测速度快，对于板厚超过25mm的钢板，成本比射线检测(RT)少得多。

    8  可以在200℃以上的表面进行检测(已经有在400℃检测的实例)。

    9  衍射时差法超声检测(TOFD)检测系统易于搬运，可以在方便的任何地方进行检测。

    10  由于可以在不间断施工条件和运行状况下进行检测，由此可以节约大量的时间和修复成本。

    11  检测率高于常规的脉冲反射法检测(UT)和射线检测(RT)。

    衍射时差法超声检测(TOFD)的缺点：

    1  焊缝的两边应有能够安放用于衍射时差法超声检测(TOFD)的发射和接收探头(扫描架)的位置。

    2  在检测表面下，存在一个检测不到的盲区。根据各公司的技术条件，此盲区在2mm～10mm不等[表面露头缺欠衍射时差法超声检测(TOFD)是可以检测到的——近表面未露头缺欠可以用磁粉表面无损检测弥补]。

    3  检测人员应经过专门的训练，并积累相应的经验。

    衍射时差法超声检测(TOFD)检测的优越性：

    因为射线方法需要拍片，不仅提高了经济成本，延长了检测周期，而且增加了环境污染物排放，更重要的是，射线方法具有电离辐射危险，可造成对人体和环境危害。射线检测(RT)的检测厚度受设备能力限制，对缺欠检出率有方向性限制。就焊缝缺欠测高方法而言，衍射时差法超声检测(TOFD)是当前超声波检测领域的前沿技术之一，较传统的方法测试精确得多。衍射时差法超声检测(TOFD)方法具有无污染、速度快、灵敏度高、定位精确高、重复性好等优点。

    与传统的常规检测相比，衍射时差法超声检测(TOFD)具有以下的优势：

    1  检测速度快，检测周期短，现场检测时只需沿焊缝进行一次简单的线性扫查而无需来回移动即可完成全焊缝的检测。

    2  能正确的缺欠定性，精确任何朝向的缺欠定量。

    3  缺欠定位准确，检测灵敏度高。

    4  检测结果直观，在扫查的同时可对焊缝进行分析、评判。可实现实时显示，实现检测结果的永久性保存。

    5  可检测射线无法穿透的壁厚。对管道和蜗壳的纵环焊缝、球罐、储罐等对接焊缝的检测，效率高、效果好。

    6  作业强度小，环保，对环境无污染。

    衍射时差法超声检测(TOFD)无损检测技术，在我国正在步向成熟和广泛应用，近几年已经在我国引水压力钢管、蜗壳等板厚比较大的无损检测上得以使用。从一定程度而言可代替射线检测，也弥补了射线的诸多不足。采用衍射时差法超声检测(TOFD)无损检查技术减小了人为误判、漏判缺欠的影响。

5.4.3  相控阵超声(PA-UT)检测技术较常规超声波检测具有高速、高效、适合复杂结构件以及能实时成像等优点。相控阵技术具有的优势：声束角度、聚焦范围和焦点尺寸的软件控制，仅用一个小型电子控制的多晶片探头即可实现多角度扫查。对几何形状复杂的构件检测具有更大的灵活性。

    当T形接头等采用常规的脉冲反射法检测(UT)不便甚至无法扫查的狭窄空间位置时，可采用相控阵超声检测(PA-UT)来进行检测。因其具有不移动探头就可以电子控制的自动变角度扫查功能。

    自动超声波相控阵检测就是采用相控阵技术中的扇形扫描与衍射时差法超声检测(TOFD)组合技术。能同时将扇形扫查结果和衍射时差法超声检测(TOFD)结果显示在一个视图上。该组合技术优于单独采用衍射时差法超声检测(TOFD)技术或相控阵技术。该组合技术不仅能检测焊接接头，还能解决横向缺欠、母材检测及耦合的问题。该组合方式用于检测壁厚为6mm～200mm的环缝和纵缝，主要用于检测锅炉、压力容器及管道等的环缝和纵缝。

5.4.4  表5.4.4中注3，衍射时差法超声检测(TOFD)检测技术比其他常规无损检测对缺欠的灵敏度高，所以应配合脉冲反射法检测(UT)或相控阵超声检测(PA-UT)进行检测。

5.4.5  这主要是针对有延迟裂纹倾向的钢材或焊缝而言的。因为导致延迟裂纹的三要素是：淬硬组织、拘束应力和扩散氢，而氢在母材或焊缝的组织中向其缺欠扩散聚集是需要一定时间的，从而导致裂纹的产生。所以“对有延迟裂纹倾向的钢材或焊缝”作出本条规定。