超声波无损探伤在奥氏体不锈钢焊缝检测中的波形分析技巧

奥氏体不锈钢因耐腐蚀、高温强度高等特性，广泛应用于化工、核电等领域，但焊缝易因焊接工艺产生气孔、夹渣、未熔合等缺陷，且焊缝区晶粒粗大、组织不均，导致超声波无损探伤时波形复杂、干扰多。波形分析作为超声波检测的核心环节，直接决定缺陷判定的准确性——只有掌握奥氏体焊缝的声学特性与波形规律，才能从复杂信号中识别真实缺陷。本文结合实际检测经验，梳理波形分析的关键技巧，助力检测人员提升判伤准确率。

奥氏体不锈钢焊缝的声学特性基础

要分析波形，先得搞懂奥氏体焊缝对超声波的“特殊反应”。奥氏体不锈钢焊缝的晶粒通常比母材粗大，且因焊接热循环形成柱状晶或等轴晶，晶粒取向杂乱——当超声波穿过时，晶界会散射声波，导致信号衰减（尤其是高频波，衰减可达母材的2-3倍）。比如纵波在奥氏体焊缝中传播时，波长越短（频率越高），与晶粒尺寸越接近，散射越严重，波形中会出现大量低幅杂波；而横波的衰减更明显，因为横波的剪切振动更容易被晶界阻碍。

焊缝的织构（焊道的层状结构）也会影响波形：层状结构会导致超声波传播速度不均，同一缺陷的反射波可能出现“分裂”——即一个缺陷对应多个相邻波峰。比如在多层焊的奥氏体焊缝中，第二层焊道的缺陷反射波可能分裂成两个峰，间隔约0.5mm，这是因为超声波穿过不同焊层时速度变化导致的。

还有焊缝的应力状态，焊接残余应力会导致奥氏体晶粒发生塑性变形，改变超声波的传播路径，使波形位置偏移。比如在焊接应力集中的区域，缺陷波的位置可能比实际位置偏1-2mm，检测时需要结合应力分布调整判读。

常见缺陷的典型波形特征

气孔的波形是“尖峰单脉”——因为气孔是球形或椭圆形，反射面光滑，超声波反射集中，所以波峰陡峭上升，快速下降，无后续杂波。比如在厚度10mm的316L不锈钢焊缝中，直径2mm的气孔会在显示屏上出现一个峰值约80%满屏的单波，位置对应焊缝中心（若气孔在熔合区，波位会偏母材一侧1-2mm）。

夹渣的波形是“多峰叠合”——夹渣通常是不规则的非金属夹杂物（如硅酸盐、氧化物），表面粗糙，反射声波方向杂乱，因此波形会出现多个连续小峰，波幅忽高忽低。比如焊接时带入的硅酸盐夹渣，检测时会看到波峰间隔约1-2mm的多峰信号，移动探头时波峰位置轻微偏移，但整体范围不变。

未熔合的波形是“平行连续”——未熔合是焊缝与母材或焊层间的未结合面，通常平行于焊缝方向，反射面平整，因此波形会出现连续、波幅相近的峰，位置固定在焊缝与母材的界面处。比如探头沿焊缝纵向移动时，未熔合的波峰始终出现在同一水平位置，波幅随探头移动变化小于10%。

裂纹的波形最具辨识度——“陡峭上升+尾波”：裂纹是尖锐线性缺陷，反射面垂直于超声波传播方向，波峰上升沿极陡，波幅常超90%满屏，且后续会有2-3个小尾峰（裂纹尖端的散射）。比如应力腐蚀裂纹检测中，裂纹波会快速上升到峰值，缓慢下降，伴随小尾峰，移动探头时波峰沿裂纹方向同步移动。

干扰波的识别与排除技巧

余高反射波是最常见的干扰——焊缝余高（表面凸起）会反射超声波，形成固定位置的波峰（通常在刻度2-3mm处，对应余高厚度）。识别方法：移动探头向焊缝两侧5-10mm，余高反射波会消失，而缺陷波随探头移动同步移动。比如余高2mm的焊缝，余高反射波位置约在刻度2mm处，移动探头后该波立即消失。

晶界散射杂波多出现于粗晶奥氏体钢（如铸造奥氏体钢）——晶界散射高频超声波，形成“密密麻麻的低幅波”，频率越高（5MHz以上探头）越明显，波幅不超20%满屏。排除方法：换用2.5MHz低频探头，低频波波长更长，不易被晶界散射，杂波减少甚至消失。

耦合剂假波由耦合剂中的气泡或残留导致——表现为“随机单峰”，波位不固定，波幅忽高忽低。解决方法：擦净探头与工件表面的耦合剂，重新均匀涂抹。比如用机油做耦合剂时，易混入空气形成气泡，导致检测时出现随机小峰，擦净后再涂即可消除。

探头参数对波形的影响及选择

频率选择：高频探头（5-10MHz）分辨率高，适合检测小缺陷（如0.5mm气孔），但衰减大，不适合粗晶材料；低频探头（1-2.5MHz）穿透深，衰减小，适合厚焊缝（≥20mm）或粗晶钢。比如检测厚度8mm的304不锈钢焊缝，用5MHz探头能清晰分辨2mm夹渣；检测厚度30mm的粗晶奥氏体钢，用2.5MHz探头更合适。

角度选择：45°探头适合检测横向缺陷（如横向裂纹），反射波位置对应焊缝中心；60°探头适合检测纵向缺陷（如纵向未熔合），波位对应焊缝与母材界面；70°探头适合检测近表面缺陷（如焊缝表层裂纹）。比如怀疑有纵向未熔合，用60°探头能获得清晰的反射波。

晶片尺寸：大晶片（13mm×13mm）能量强，波形稳定，适合粗晶材料；小晶片（6mm×6mm）分辨率高，适合小缺陷。比如检测2205双相不锈钢（粗晶）焊缝，用13mm晶片探头，波形波幅稳定；检测0.8mm小气孔，用6mm晶片探头能更清晰区分缺陷波与杂波。

耦合条件的波形响应控制

耦合剂类型影响波形稳定性：专用水溶性耦合剂耦合效果最好，波幅稳定，杂波少；甘油耦合效果佳，但易吸潮，潮湿环境中会变稀导致波幅降低；机油耦合效果差，易含气泡，杂波多。比如常温检测中，用专用耦合剂时缺陷波幅约80%满屏，用机油时仅60%，且有小杂波。

涂抹量：以“覆盖探头晶片”为宜（约0.5mm厚）——太少会导致接触不良，波幅降低甚至无波；太多会导致超声波多次反射，形成“等间隔多次波”。比如涂抹量过少时，缺陷波幅仅40%满屏，增加涂抹量后恢复至80%。

耦合压力：压力太小，接触不好，波幅低；压力太大，探头晶片变形，超声波方向改变，波形位置偏移。正确力度是“轻轻按住，不滑动”——用手指按住探头，力度约1-2N，此时波形最稳定。

实际检测中的波形验证技巧

移动探头验证：缺陷波随探头移动同步移动（如裂纹波沿裂纹方向移动），干扰波（如余高反射波）移动后消失。比如检测时发现一个波峰，移动探头5mm，波峰同步移动5mm，说明是缺陷波；若移动后波峰消失，即为干扰波。

增益调整验证：缺陷波幅随增益线性增加（增益加6dB，波幅翻倍），杂波幅非线性增加（增益加6dB，波幅仅增10%）。比如增益从20dB到26dB，缺陷波从50%满屏增至100%，而杂波从10%增至15%，说明前者是缺陷波。

双探头验证：用发射-接收双探头分别放在工件两侧，发射探头发出超声波，接收探头接收缺陷反射波——缺陷波会在接收探头处出现，干扰波不会。比如检测未熔合时，发射探头放焊缝一侧，接收探头放另一侧，未熔合反射波清晰可见，可确认缺陷真实性。