超声波无损探伤在厚板对接焊缝根部未焊透的检测技巧

厚板对接焊缝广泛应用于压力容器、桥梁钢结构、海工装备等重载关键结构，其根部未焊透缺陷因隐藏深、危害性大（易引发疲劳裂纹扩展），成为无损检测的重点与难点。超声波无损探伤凭借穿透能力强、对线性缺陷敏感的优势，是检测根部未焊透的核心手段，但厚板（通常指厚度≥20mm）的声衰减大、焊缝结构复杂等因素，对检测技巧提出了更高要求。本文结合工程实践，从缺陷特征、前期准备、参数设定等维度，系统梳理超声波检测根部未焊透的关键技巧。

厚板对接焊缝根部未焊透的缺陷特征

根部未焊透是焊缝根部母材与焊缝金属未完全熔合、或未填满根部间隙的缺陷，多由焊接电流过小、焊速过快或焊枪定位偏差导致。在厚板中，其形态多为沿焊缝纵向延伸的线性缺陷，宽度通常0.1-1mm，深度对应根部间隙（1-3mm），位置多在焊缝根部中心，也可能因焊枪偏移偏离中心1-2mm。

厚板多层焊接的特点会让根部未焊透更隐蔽——下层缺陷被上层焊缝覆盖，声束需穿透多层焊缝才能到达，而厚板高衰减（如碳钢每10mm衰减1-2dB）会弱化信号。此外，厚板根部应力集中更明显，未焊透的扩展风险高于薄板，检测精准度要求更高。

超声波检测的前期准备技巧

设备优先选数字式超声波探伤仪，需具备高分辨率模数转换（≥12位）、宽动态范围（≥80dB）和实时波形存储功能，能处理厚板高衰减信号。厚度≥50mm的厚板建议用带聚焦功能的仪器，通过聚焦声束增强根部缺陷信号。

探头选型需匹配板厚：板厚20-40mm选K2-K2.5斜探头，40-80mm选K1.5-K2，≥80mm选K1-K1.5。K值过小会增加声程衰减，过大则指向性差易漏检。频率选2-5MHz：2MHz适合≥60mm厚板（衰减小），5MHz适合20-60mm厚板（分辨率高）。

耦合剂选粘度高（≥100mPa·s）的工业甘油或专用耦合剂，厚板表面需打磨焊缝两侧20-50mm范围，去除氧化皮、飞溅，确保粗糙度Ra≤6.3μm——若表面粗糙，耦合损耗会增加3-5dB，直接影响信号捕捉。

检测工艺参数的设定要点

声程设定需覆盖根部位置：厚板根部未焊透深度约为板厚10%-20%（如30mm厚板约3-6mm），声程应调整为“探头前沿+根部深度/sinθ”（θ为折射角），确保声束焦点落在根部。聚焦探头的聚焦深度需精准对准根部（如30mm厚板设为5mm）。

灵敏度校准需结合试块与衰减补偿：先用CSK-ⅢA试块校准探头角度、声程，再用同材质、同厚度的自制试块（模拟根部未焊透，间隙1mm、长度50mm）调整增益，使试块信号达屏幕80%。之后按每10mm厚度增加2-3dB增益补偿衰减（如80mm厚板需加12-18dB）。

脉冲宽度选0.5-1μs的窄脉冲，提高纵向分辨率——窄脉冲能区分根部未焊透（3mm深）与上层熔合线缺陷（10mm深），避免信号重叠；若脉冲过宽，两种缺陷信号会合并导致误判。

扫查方式的优化策略

纵向扫查是基础：沿焊缝方向匀速移动探头（速度≤100mm/s），声束与焊缝平行，能捕捉沿焊缝延伸的线性未焊透——缺陷信号随探头移动连续显示，波形稳定。扫查时保持探头压力均匀（0.5-1kg），避免耦合不良丢信号。

横向扫查补漏：垂直焊缝移动探头（范围为焊缝两侧各50mm），检测偏离中心的未焊透。例如焊枪偏移导致未焊透在左侧1mm时，纵向扫查声束无法直达，横向扫查角度变化后声束能击中缺陷。

斜向扫查应对多层焊：针对多层多道焊厚板，上层熔合线会反射声束，此时用探头与焊缝成30-45度角扫查，声束绕过熔合线直达根部。扫查时用标记笔记录可疑位置，便于后续验证。

组合扫查全覆盖：将纵向、横向、斜向结合成“网格状”路径——先纵向扫全焊缝，再横向扫每100mm段，最后斜向扫可疑区，消除检测盲区。

缺陷信号的识别与判定技巧

信号连续性是核心特征：根部未焊透信号为连续线性波形，探头移动50mm以上仍持续；气孔是孤立脉冲（移动10mm内消失），夹渣是不规则块状波形（宽度变化大）。例如连续100mm的线性信号基本可判定为未焊透，孤立脉冲更可能是气孔。

相位分析辅助判定：用相位反转功能观察信号相位——未焊透是空气/金属界面，反射波相位与底面反射波（金属/空气）相反；夹渣是金属/非金属界面，相位与底面一致。比如底面波为正脉冲时，未焊透信号为负脉冲。

动态波形观察：移动探头时，未焊透波形宽度变化小（≤2mm），因缺陷线性；夹渣波形宽度变化大（≥5mm），因形态不规则。用全景扫描记录信号连续度，连续线性轨迹是未焊透典型特征。

复杂工况下的应对技巧

表面粗糙的处理：手工焊厚板表面粗糙度≥12.5μm时，增加耦合剂用量（每平方厘米0.5ml）或用软膜探头（前端有弹性橡胶膜）减少间隙。若仍不行，需用120目砂纸精细打磨至粗糙度达标。

分层缺陷的干扰：厚板轧制可能有平行表面的分层，会产生强反射掩盖根部信号。需先用直探头扫查分层位置，若分层在板厚20%处（如30mm厚板在6mm处），调整探头K值为1.5，使声束从分层下方绕过直达根部。

多层焊的穿透技巧：埋弧焊多层焊的上层熔合线会反射声束，此时用二次波检测——声束先到工件底面反射后再到根部。例如80mm厚板用K1探头，二次波声程约226mm，能穿透上层焊缝到达根部。

校准与验证的关键环节

试块需同材质同厚度：自制试块材质（如Q345钢）、厚度需与工件一致，模拟根部未焊透（间隙1mm、长度50mm）。校准前用超声测厚仪测试块厚度，误差≤0.1mm，避免声程设定错误。

现场验证提可靠性：超声波可疑区需用射线探伤（X射线或γ射线）验证，射线能直观显示缺陷形态，与超声波信号结合确认是否为未焊透。例如超声波检测到连续线性信号，射线显示根部有1mm宽线性缺陷，即可确认。

仪器每日校准：检测前用CSK-ⅠA试块校准水平线性（误差≤1%），确保时间轴与声程对应；用CSK-ⅡA试块校准垂直线性（误差≤5%），确保声幅准确。水平线性误差大会导致深度误判，垂直线性误差大会影响声幅评估。