XXXXXXX学院 毕业设计论文
摘要
本毕业设计的课题是板材焊缝超声波探伤测试。主要任务是在掌握过程设备制造流程和焊接缺陷及其产生原因的基础上，研究超声波探伤技术在钢制压力容器对接焊接接头探伤检测中的应用，并给出焊缝返修的具体方案。本文详述了国内外超声检测技术的发展和现状，并在简述过程设备制造、焊接及无损探伤的基础上详细介绍了超声波探伤技术及其在焊缝无损探伤中的应用及评定等级和注意事项。针对给定的板材焊缝，通过实验检测该焊缝的缺陷，本文详细介绍了试块选用，设备调试，现场探伤中的常见问题及解决方法。同时给出了现场探伤、缺陷定位和长度测量的具体方法，并通过GB11345-89标准对试验中检测到的缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡。
关键词：焊缝；超声波探伤。
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Abstract
The task of the graduation design is the plate weld ultrasonic testing. The main task is to master the process equipment manufacturing and welding defects and its causes, study of ultrasonic flaw detection technology in steel pressure vessel butt welded joint flaw detection, and gives the concrete plan of the weld repairing. This paper describes the domestic and foreign development and present situation of ultrasonic detection technology, and in the process equipment manufacturing, welding and nondestructive testing based on detailed introduces the ultrasonic detection technology and its application in weld NDE and rating and matters needing attention. For a given plate welding, the weld defects detection by experiment, this paper introduces the test block selection, equipment commissioning, on-site inspection of the common problems and solutions. At the same time provides on-site testing, defect location and length measurement methods, and through the GB11345-89 standard to test the detected defects were rating and the detection process card.
Key words: Weld; ultrasonic testing
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目录
1.1选题的背景及意义 .................................................................................................................... 4 1.2 超声检测技术的发展历程和现状 ........................................................................................... 5 国际超声检测技术的发展历程和现状 ..................................................................................... 5 我国超声无损检测发展现状 ..................................................................................................... 5
摘要 ........................................................................................................... 0
2.1过程设备制造工艺流程........................................................................................................... 6 选材及下料 ................................................................................................................................. 6 焊接 ............................................................................................................................................. 7 压力容器的热处理 ..................................................................................................................... 8 压力试验和气密性试验 ............................................................................................................. 9 2.2 常见焊接缺陷及产生原因 .................................................................................................... 10 焊缝中常见的焊接缺陷 ........................................................................................................... 11 焊缝缺陷产生的可能因素 ....................................................................................................... 12
2.0过程设备制造及焊接缺陷 ..................................................................... 6
3.1无损探伤 ................................................................................................................................ 13 无损探伤种类及特点 ............................................................................................................... 13 焊缝探伤方法的选择 ............................................................................................................... 14 3.2 超声探伤 ............................................................................................................................... 15 超声波探伤方法 ....................................................................................................................... 15 超声探伤的设备与器材 ........................................................................................................... 16 3.3 横波斜探头探伤技术............................................................................................................ 20 横波斜探头探伤原理 ............................................................................................................... 20 斜探头的扫查方式 ................................................................................................................... 21
3.超声探伤技术 ........................................................................................ 13
4.1 焊缝超声波探伤.................................................................................................................... 22 4.2 超声检测中缺陷测量............................................................................................................ 30 小于晶片直径的缺陷定量 ....................................................................................................... 30 大于晶片直径的缺陷定量 ....................................................................................................... 31
4.焊缝的超声波探伤及缺陷评定 .............................................................. 22
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5.1 超声波探伤实验仪器调校 .................................................................................................... 31 超声波探伤实验设备 ............................................................................................................... 31 5.2 现场探伤 ................................................................................................................................ 39
5.钢板焊缝超声探伤实验 ......................................................................... 315.3 超声探伤缺陷评定............................................................................. 43结论 ......................................................................................................... 44文献 ......................................................................................................... 45谢辞 ......................................................................................................... 46
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1.1选题的背景及意义
过程设备是各个工业部门不可缺少的重要生产设备，用于供热、供电和储存各种工业原料及产品，完成工业生产过程必需的各种物理过程和化学反应。因此它成为石油、化工、电站、核能和军工等工业部门的重要生产装备。其制造工艺以焊接为主，质量要求比较高。焊缝质量直接决定着压力容器的使用安全和使用寿命，因此在制造和使用过程中的焊缝检测显得尤为重要。因此，迫切需要寻找一种高效、经济、简便可行的无损检测技术及缺陷评定方法。无损检测技术主要包括射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、声发射等方法其中超声波探伤和射线探伤是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。超声波探伤以其探伤距离大、探伤装置体积小、重量轻、便于携带、检测速度快、检测费用低等优势，在过程设备制造和在役检测工作中得到越来越多的应用。
由于历史的原因，在用过程设备的检验、检测及缺陷评定仍存在很大的问题。具体表现在：①在役过程设备(其中包括国外进口设备)由于设计、制造与安装等所采用的标准不统一，其检验、检测要求难以统一，制造质量难以保证，给设备的维护和在用管理带来很大难度。②过去对过程设备的验收管理不严，导致了现今在役设备焊缝中存着大量超标缺陷。焊接缺陷的类型主要包括未焊透、未熔合、裂纹、气孔及夹渣等。③国内外关于缺陷评定的标准不统一。这些缺陷如不进行定期检查及有效的安全评定而盲目使用势必会造成重大恶性事故，给企业带来重大的经济损失。因此，怎样实现对焊缝内部缺陷的精确定位、定量和定性分析及缺陷评定，是需迫切解决的课题。在焊缝缺陷检测中，超声检测是目前公认的最有效的常规无损检测方法之一，与其它常规检测相比具有明显的优势。焊缝超声检测一方面以其较为经济、操作轻便灵活而在质量控制和在役设备安全性能检查中得到广泛的应用，而在另一方面由于焊缝超声检测的不直观性，以及检测人员、检测对象、仪器探头等诸多因素，可能产生漏检或误判。因此，针对超声检测技术显示不直观，探伤技术难度大以及探伤结果不便保存等技术难点，深入学习和掌握超声检测技术，在搞清原理、掌握使用的同时发挥创新精神探索超声检测过程中的出现的问题并加以解决。针对焊缝内部缺陷的超声波检测及安全评定过程中所涉及的关键性问题进行系统的分析，并依据缺陷检测所得到的结果进行缺陷评定具有重要意义。
基于以上原因，本文重点研究过程设备制造工艺、焊接缺陷的成因及焊缝内部缺陷的超声波检测方法，并选用GB11345-89标准进行缺陷评定和质量分级，从而对焊接缺陷进行有效的安全评定。
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1.2 超声检测技术的发展历程和现状
无损探伤技术是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。无损探伤是指利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态的所有技术手段的总称。工业生产中常用的无损检测方法有射线检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和液体渗透检测(PT) 四种。其中射线探伤和超声波探伤是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。
超声检测技术的发展历程和现状
无损检测技术历经一个世纪，尽管无损检测技术本身并非一种生产技术，但其技术水平却能反映该部门、该行业、该地区甚至该国的工业技术水平。超声无损检测技术(UT)作为四大常规检测技术之一，由于其与其它常规无损检测技术相比，它具有被测对象范围广，检测深度大；缺陷定位准确，检测灵敏度高；成本低，使用方便，速度快，对人体无害以及便于现场使用等特点，因而世界各国都对超声无损检测给予了高度的重视。目前，国外工业发达国家的无损检测技术已逐步从NDI和NDT向NDE过渡。无损探伤(NDI)、无损检测(NDT)和无损评价(NDE)是无损检测发展的三个阶段。超声波无损探伤是初级阶段，它的作用仅仅是在不损害零部件的前提下，发现其人眼不可见的内部缺陷，以满足工业设计中的强度求。超声无损检测是近20年来应用最广泛的术语，它不仅要检测最终产品，而且还要对生产过程的有关参数进行监测。超声无损评价是超声检测发展的最高界，不但要探测缺陷的有无，还要给出材质的定量评价，也包括对材料和缺陷的物理和力学性能的检测及其评价。本文建立在NDI的基础上，在过程装备制造与维护过程中，对焊缝进行有效检测，并进行缺陷分析和计算，从而对过程装备进行有效的安全评估。
近年来我国超声无损检测事业取得了巨大进步和发展。超声无损检测已经应用到了几乎所有工业部门，其用途正日趋扩大。超声无损检测的相关理论和方法及应用的基础性研究正在逐步深入，已经取得了许多突破性进展。比如，用户友好界面操作系统软件；各种扫描成象技术；多坐标、多通道的自动超声检查系统；超声机器人检测系统等。无损检测的标准化和规范化，检测仪器的数字化、智能化、图象化、小型化和系列化工作也都取得了较大发展。我国已经制订了一系列国标、部标及行业标准，而且引进了ISO，ATSM等一百多个国外标准。无损检测人员的培训也逐渐与国际接轨。但是，我国超声无损检测事业从整体水平而言，与发达国家之间仍存在很大差距。具体表现在以下几个方面：
1）检测专业队伍中高级技术人员和高级操作人员所占比例较小，极大阻碍了超声无损检测技术向自动化、智能化、图象化的进展。由于经验丰富的老一辈检测工作者缺乏
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把实践经验转化为理论总结，而年轻的检测人员缺乏切实的实践经验，这有可能导致现有的超声检测软件系统不同程度的缺陷，降低了检测的可靠性。
2）专业无损检测人员相对较少，现有无损检测设备有待改进。从而导致目前我国产品的质量普遍存在较大问题。更严重的后果是产品的竞争能力差，焊缝的超声波检测技术研究影响产品进入国际市场。
3）对无损检测技术领域的信息技术应用重视不够。我国对无损检测信息技术的建设工作还处在相当薄弱的阶段。
4）无损检测的标准和规范多而杂。
我们相信，随着超声检测的广泛应用和对超声检测重视程度的不断提高，我国的超声检测将获得更加快速的发展和进步。
2.0过程设备制造及焊接缺陷
本章主要介绍过程设备制造过程、产生的常见的焊接缺陷，以及产生这些缺陷的原因。
2.1过程设备制造工艺流程
过程设备的生产工艺流程大致为下料、成型、焊接、无损检测、组对焊接、无损检测、热处理、压力试验几个阶段。下面分别简要介绍个流程的注意事项。
过程设备的选材主要依据设计文件、合同约定及相关的国家标准及行业标准。压力容器材料的种类有碳钢、低合金钢、不锈钢、特殊材料（复合材料、钢镍合金、超级双相不锈钢、哈氏合金）其中最常用材料为16MnR，20R等压力容器专用钢。分举如下：
碳素钢：20号钢、20R、Q235；
低合金钢：16MnR、16MnDR、09MnNiDR、15CrMoR、16Mn； 高合金钢：0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti；
尿素级材料：X2CrNiMo18.143mol （尿素合成塔中使用，有较高耐腐蚀性）。
(一) 下料工具与下料要求
气割多用于碳钢下料，等离子切割多用于合金钢、不锈钢下料剪扳机多用于＆≤8
㎜ L≤2500㎜板材下料其切边为直边，锯管机多用于接管下料。 (二) 椭圆度要求：
为了保证加工精度内压容器要求椭圆度≤1%D；且≤25㎜ ，换热器要求DN
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≤1200㎜ 椭圆度≤0.5%DN且≤5㎜ ，DN﹥1200㎜时要求椭圆度≤0.5%DN且≤7㎜塔器椭圆度要求如表2—1所示。对于多层包扎内筒要求椭圆度≤0.5%D，且≤6㎜ 。
表2—1 塔器椭圆度对照表 DN （500，1000） （1000，2000） （2000，4000） （4000，+∞） ±10㎜ ± 15㎜ ±20㎜ 椭圆度 ±5㎜ (三) 直线度要求：
一般容器当L≤30000 ㎜时直线度≤L/1000㎜ ， L﹥30000㎜时直线度按塔器要求取值。 对于塔器L≤15000 ㎜ 时直线度≤L/1000㎜ ， L﹥15000㎜ 直线度≤0.5L/1000 +8㎜ 。 换热器L≤6000㎜时 直线度≤L/1000且 ≤4.5㎜ ， L﹥6000㎜ 时直线度≤L/1000且≤8㎜ 。
(一) 焊前准备与焊接环境
为了保证过程设备焊接质量，焊条、焊剂及其他焊接材料的贮存库应保持干燥，相对湿度不得大于60% 。当施焊环境出现下列任一情况，且无有效防护措施时，禁止施焊：
a.手工焊时风速大于10m/s b.气体保护焊时风速大于2m/s c.相对湿度大于90% d.雨、雪环境 (二) 焊接工艺
a.容器施焊前的焊接工艺评定，按JB4708进行 b.A、B类焊接焊缝的余高不得超过GB150的有关规定 c.焊缝表面不得有裂纹、气孔、弧坑和飞溅物 (三) 焊缝返修
焊逢的同一部位的返修次数不宜超过两次。如超过两次，返修前均应经制造单位技术总负责人批准，返修次数、部位和返修情况应记入容器的质量证明书。 对于要求焊后热处理的容器，一般应在热处理前进行返修。如在热处理后返修时，补焊后应做必要的热处理
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(一) 正火： a. 目的：细化晶粒，提高母材及常化处理焊缝的综合机械性能，消除冷作硬化，便于切削加工。
b. 方法：把要正火的零件放入加热炉中加热到一定温度按每毫米1.5分～2.5分保温出炉空冷，风冷或雾冷。
c. 应用：16MnR 高温保温时间过长，使奥氏体晶粒大（正火）35﹟锻件（正火）封头，筒体（正火）。 (二) 调质处理：
a.目的：提高零件的综合机械性能。b. 方法：淬火+高温回火（500℃以上）。得到索氏体。
c. 应用：封头，筒体，法兰，管板等。20MnMo 20MnMoNb 13MnNiMoNb 900℃～950℃ 2分～3.5分/mm 水冷+空冷。
螺栓螺母： ①35CrMoA 25Cr2MoVA 35CrMoVA。
②30Mn 40Mn 35CrMoA。 硬度HB=187～229 用亚温淬火。
(三) 固溶处理：（针对奥氏体不锈钢）即在室温条件下保留奥氏体。
a.目的：将零件加热使碳化物溶到奥氏体中，再以足够快的冷却速度将碳化物固定在奥氏体中。具有最低的强度、最高塑性、最好的耐蚀性。 b.应用：封头。
c.方法：加热到1000℃～1150℃，以2分到4分/㎜保温后快冷，然后水冷，再进行空冷。 (四) 焊后热处理：一般热处理：SR ISR 。 目的：A.改善焊接接头及热影响区的组织和性能。
B.消除焊接和冷作硬化的应力。 C.防止产生焊接裂纹。
方法：
A.优先采用炉内整体消除应力方法（另一法：把容器视为加热炉，在设备内部
加热外壳保温）， 99版压力容器规则：（高压容器、中压反应器、储存容器、石油液化器储罐）不能用内部加热法。
B.分段热处理：一端在炉内，采取适当保温措施以防有害的温度梯度（重复加
热的长度≥1.5m） Φ3.6m加氢反应器，长26m 。
C.对环缝进行局部消除应力处理→加热宽度：焊缝中心线每侧2倍板厚。
c焊后热处理工艺:
A.炉温400℃以下装炉。
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B.升温速率5000℃/T（有效厚度）/h 且≤200℃/h 。 D.降温速率：400℃以上，6500/T ℃/h 且≤260℃/h 。
d.过程设备焊后热处理的注意事项 :
A容器整体消应力处理须在整体制造完经检验合格后，水压试验之前进行。
B.严禁火焰直射工作产生过热或过烧。
C.产品试板（含母材试板）挂片试样等应与容器同炉PWHT
C.保温时间T≤50mm，25mm/h T＞50mm保温时间=（150+T）/100。
压力试验和气密性试验
(1) 压力试验
压力试验按试验介质不同分为液压试验及气压试验。 a.液压试验
液压实验一般采用水，需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验时液体的温度应低于其闪点或沸点。奥氏体不锈钢制压力容器用水进行液压试验后应将水渍清楚干净。当无法达到这一要求时，应控制水的氯离子含量不超过25mg/L。 液压试验方法：
1）试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽。试验过程中，应保持容器观察表面的干燥；
2）试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长时间对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验；
3）对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后再焊夹套，然后进行夹套内的液压试验； 4） 液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。 b.气压试验
气压试验应有安全措施。该安全措施需经试验单位技术总负责人批准，并经本单位安全部门监督检查。试验所用气体为干燥、洁净的空气、氮气或其他惰性气体。
气压试验时压力应缓慢上升，至规定试验压力的10%，且不超过0.05MPa时，保压5min，然后对所有焊接接头和连接部位进行初次泄漏检查，如有泄漏，修补后重新试验。初次泄漏检查合格后，再继续缓慢升压至规定试验压力的50%，其后按每级为规定压力的10%的级差逐级增至规定试验压力。保压10min后将压力降至规定试验压力的87%，并保持足够长的时间后再次进行泄漏检查。如有泄漏，修补后再按上述规定重新试验。 (2) 气密性试验
容器需经液压试验合格后方可进行气密性试验。试验压力、试验介质和检验要求按照图
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样上的注明。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后保压10min，然后降至设计压力，对所有焊接接头和连接部位进行泄漏检查。小型容器亦可浸入水中检查。如有泄漏，修补后重新进行液压试验和气密性试验. 最后产品各项技术指标合格打印钢号及挂铭牌，压力容器制造完成。
2.2 常见焊接缺陷及产生原因
焊接缺陷包括外部和内部缺陷。
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影响焊缝机械性能的焊接缺陷有裂纹、未焊透、未熔合、夹渣和气孔等。此外，还有焊瘤、咬边等表面缺陷。下面就这些缺陷加以叙述。 (1) 裂纹
裂纹是一种具有尖锐端头且其开口位移长、长宽比极高的断裂型非连续性、锯齿形缺陷，它是焊缝中最危险的缺陷，其形成原因是由于焊接中熔融金属凝固时的收缩，以及母材在焊接工程中加热不均匀，使熔融金属与母材都处于张力状态所致，所以在焊缝内或热影响区容易产生裂纹。焊接裂纹有许多种类，根据其产生场所来区分可分为焊缝金属裂纹和热影响区裂纹。另外，根据发生温度可区分为高温裂纹和低温裂纹。根据其大小可区分为宏观裂纹和微观裂纹。
焊缝金属裂纹除了用肉眼能看到的各种裂纹外，还有用显微镜勉强能看到的微小裂纹。焊接金属裂纹分为凝固温度范围或稍低于这一温度的高温裂纹和约在300℃以下发生的低温裂纹。
热影响区裂纹在非常靠近焊缝金属处发生，钢的场合，有约在500℃以上发生的高温裂纹和约在300℃以下发生的低温裂纹两种。在低合金高强度钢中，响区常发生缝边裂纹和焊道下裂纹。此外，还发生与焊道平行的纵向裂纹和与焊道垂直的横向裂纹。一般，缝边裂纹在焊接后几分钟内发生，焊道下裂纹在焊接后几小时发生，横向裂纹则经过时间后发生。
低温裂纹是由于焊缝的形状和约束状态以及氢气对焊缝金属和热影响区硬化现象的影响而产生的。由于氢的原因，在焊接后经长时间发生的裂纹称延迟裂纹。为了检出裂纹，必接经24小时以上时间后进行无损探伤。 (2) 未焊透
在焊缝的坡口处或根部，由于电弧未将母材熔化或未填满熔化金属所引起的缺陷，称为未焊透。不完全焊透时坡口的根部或铲根不充分时坡口的底部残留着未熔合部分，成为未焊透。坡口角度过小或根部间隙过于狭窄时容易产生未焊透。多数情况是连续产生一定长度的未焊透。特别是在背面不可能进行焊接的管材缝容易产生。也有沿焊接线全长产生未焊透的极端情况。 (3) 未熔合
所谓未熔合系指母材与焊缝金属（焊条熔化进入坡口的金属）没熔合及在焊接中前层焊缝金属和后续焊缝金属未熔合。坡口角度过小，母材或前层焊缝金属熔合不充分时，和焊接时焊缝的表面附着的熔渣和氧化物清除不彻底时产生熔合不良。后者多在熔合不良缺陷中含有熔渣，多数情况下不能清楚地和夹渣区别。 (4) 夹渣
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夹渣是焊接时熔池里熔渣未浮出而残留在焊缝中的缺陷。熔渣的一部分常残存在焊接金属内部，另一种情况是，当附着在下层焊接金属表面上的熔渣清除不彻底时，在上层焊接中不熔化而残存着。一般来说前者较小且分布均匀，反之，后者在多数情况下较大且形状不规则。夹渣的发生位置常沿着结合部位发生。焊缝中的夹渣主要是氧化物、硫化物等夹杂物。(5) 气孔
气孔是在焊接金属中存在的球状孔洞。这是在金属冷却时，包含在熔化金属中的气体析出，没有完全浮到表面就凝固而留在金属中引起的。形成气孔的气体多数情况下是氢和二氧化碳气体，另外，还有焊条干燥不充分和电弧保护不好等原因。细小气孔数量多的情况称为多孔性，长而连续的情况称为虫形气孔。在使用低氢焊条时焊道的起点和二氧化碳气体焊缝，容易产生密集气孔。在初层焊接中常产生直线状气孔。
表2-2 焊接缺陷产生的可能因素 因素 材料照管不当 材料选用 焊机保养 电源与接地 夹具与转胎 焊条选用 焊条保管 焊接设计 装配精度 焊接位置 焊接顺序 焊接条件 焊接操作标准 裂纹 √ × √ × √ √ √ √ √ 未焊透 √ √ × √ √ × √ √ √ × × √ × 夹渣 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × 气孔 √ × √ × √ √ √ √ √ √ √ √ √ × 焊瘤 √ × × × × √ √ √ √ √ √ 咬边 √ √ × √ √ √ √ × × √ × 工具与焊工管理 × 坡口尺寸及类型 √ 注：√---关系密切；×---关系不大。
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3.超声探伤技术 3.1无损探伤
无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查一种测试手段。 常用的无损探伤方法有射线探伤、超声探伤、磁粉探伤、渗透探伤和涡流探伤。下面分别介绍。 (1) 射线探伤
射线探伤（RT）是利用电磁波穿透工件，完好部位与缺陷部位透过剂量有差异，其程度与这两部分的材质、射线强度和透过方向与缺陷尺寸有关，从而形成缺陷影像。射线探伤的主要特点如下：
1）图片上有完好部位与缺陷部位的黑度差形成的缺陷平面投影影象，一般无法
测量缺陷的深度；
2)基本不受焊缝厚度限制；
3)要求焊缝双面靠近，检验成本高，时间长； 4)对操作人员有射线损伤
射线探伤有利于检验出夹渣、气孔等体积形缺陷。对平行于射线方向的开口性缺陷有检出能力。 (2) 超声探伤
超声探伤是利用弹性波在缺陷部位形成反射或衍射的方法提取缺陷信号，其信号强度与波的类型、探伤频率，缺陷的尺寸、取向及其表面状态以及完好部位和缺陷部位的材质有关。超声探伤的主要特点如下：
1)显示器屏幕上缺陷波的幅度与位置代表缺陷的尺寸与深度，一般较难测量缺 陷真实尺寸，只有采用衍射波法可测缺陷高度； 2)厚度小于8mm时，要求特殊检验方法； 3)焊缝只须单面靠近，检验时间短，成本低； 4)对操作人员无损害。
超声探伤有利于检出裂纹类面积形缺陷。 （3）磁粉探伤
磁粉探伤是将焊缝磁化利用缺陷部位的漏磁通可吸附磁粉的现象得以形成缺陷痕迹以达到探伤效果的检测手段。
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磁粉探伤限于检验铁磁材料，要完全接近与工件表面，缺陷性质容易辨认，油漆与电镀面基本不影响检验灵敏度，但应做层膜厚度对灵敏度影响的试验。磁粉检测可以用来检表面与近表面缺陷。 （4）渗透探伤
渗透探伤的原理是利用毛细作用将带有颜色的渗透液喷涂在焊缝表面上，使其渗入缺陷内，清洗后施加显象剂显示缺陷彩色痕迹。
渗透检测适用于各种金属工件，不要电源，缺陷性质容易辨认，渗透操作到显示缺陷约半小时。能够检测出光洁与清洁表面开口缺陷。 （5）涡流探伤
涡流探伤是利用探头线圈内流动的高频电流可在焊缝表面感应出涡流的效应，有缺陷会改变涡流磁场引起线圈输出(如电压或相位)变化来反映缺陷。涡流探伤检验参数控制相对困难，检验结果的解释稍微困难。可检验各种导电材料焊缝与堆焊层表面与近表面缺陷。
焊接结构的无损检测是检验其焊缝质量的有效方法，一般包括超射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、声发射和涡流探伤等方法。其中超声和射线探伤适合于焊缝内部缺陷的检测，磁粉、渗透和涡流探伤则适用于焊缝表面的检验。每一种无损检测方法都有其优点和局限性，因此应根据焊缝的材质与结构形状来选择合适的检测。综合分析各种检测方法的特点。不同材质焊缝探伤方法的选择如表3-1所示。
表3-1不同材质焊缝探伤方法的选择
检验方法 超声探伤 射线探伤 磁粉探伤 渗透探伤 涡流探伤 检验对象 铁素体钢焊缝 内部缺陷 表面缺陷 奥氏体钢焊缝 内部缺陷 表面缺陷 铝合金焊缝 内部缺陷 ◎ △ △ △ ◎ ◎ △ ◎ △ ◎ × ◎ × × × × ◎ × ◎ × — △ △ 14
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表面缺陷 其他金属焊缝 内部缺陷 表面缺陷 塑料接头焊缝 △ — — △ △ ◎ △ ○ × × — × ◎ × ◎ ○ △ △ 注：◎：很适合 ○：适合 △：有附加条件时适合 ×：不适合
3.2 超声探伤
超声波探伤作为无损检验的一种重要手段，在工业上已获得广泛的应用。目前，从仪器品种、探头种类、探伤方法、自动化水平等各方面都在不断的革新和发展中。在超声波探伤中，由于使用的波型、发射和接收的方法、信号的显示方式、探头与工件耦合的特点、工件形状和缺陷类型、实现探伤的手段等都不相同，所以从不同的方面出发，就可以按不同的归纳方式分类。如按自动化程度可以分为自动化探伤、半自动化探伤、手工探伤：按缺陷在荧屏上显示的方式可以分为：显示缺陷深度及反射波幅度的A型显示、显示在横截面上缺陷的形状和分布情况的B形显示、显示水平截面上缺陷形状和分布情况的C型显示。所以，要想把探伤的方法按一种格式严格分类是不可能的，现仅就常用的金属超声波探伤方法综合归纳于下表。
表3-2常用超声波探伤方法的分类
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脉冲反射法是目前运用最广泛的一种超声波探伤法。它使用的不是连续波，而是有一定持续时间按一定频率发射超声脉冲。探伤结果用示波器显示。脉冲发射法包括纵波直探头探伤法及横波斜探头探伤法两种。
超声检测设备与器材包括超声检测仪、探头、试块、耦合剂等，其中仪器和探头对超声检测系统的能力起关键性作用。了解其原理、构造和作用及其主要性能，是正确选择检测设备与器材并进行有效检测的保证。 (1) 超声波探伤仪
超声探伤仪是超声检测的主体设备，它的主要作用是产生电震荡并施加于换能器（探头）上，激励探头发射超声波，同时接收来自探头的电信号，将其放大后以一定方式显示出来，从而得到被检工件中有关缺陷的信息。超声波检测仪按其指示参量可以分为以下三类：
第一类指示声的穿透能量，称为穿透视检测仪。这种仪器发射频率不变的超声连续波，根据透过工件的超声波强度变化判断工件中有无缺陷及缺陷大小。这种仪器灵敏度低，且不能确定缺陷深度位置，须从两侧接近工件，目前已很少使用。
第二类指示频率可变的超声连续波在工件中形成驻波的情况，可用于共振测厚，但由于只适宜检查与检测面平行的缺陷，目前已很少使用。
第三类指示脉冲波的幅度和运行时间，称为脉冲波检测仪。这类仪器通过探头向工件周期性地发射一持续时间很短的电脉冲，激励探头发射脉冲超声波，并接收从工件中反射回来的脉冲波信号，通过检测信号的返回时间和幅度判断是否存在缺陷和缺陷大小
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等情况，称为脉冲反射式超声检测仪。目前还出现了采用一发一收双探头方式，接收从工件中衍射回来的脉冲波信号，通过检测信号的返回时间来判断是否存在缺陷和缺陷大小等情况，称为衍射时差法超声检测仪，目前也在迅速的发展之中。脉冲波检测仪的信号显示方式可分为A型显示和超声成像显示，其中超声成像显示又可分为B、C、D、S、P型显示等类。其中A型脉冲反射式超声检测仪是适用范围最广、最基本的一种类型。
按缺陷显示方式分类，超声波探伤仪分为三种。
A型：A型显示是一种波形显示，探伤仪的屏幕的横坐标代表声波的传播距离，纵坐标代表反射波的幅度。由反射波的位置可以确定缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。
B型：B型显示是一种图象显示，屏幕的横坐标代表探头的扫查轨迹，纵坐标代表声波的传播距离，因而可直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。 C型：C型显示也是一种图象显示，屏幕的横坐标和纵坐标都代表探头在工件表面的位置，探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而当探头在工件表面移动时，屏上显示出被探工件内部缺陷的平面图象，但不能显示缺陷的深度。目前，探伤中广泛使用的超声波探伤仪都是A型显示脉冲反射式探伤仪。
除了上述按照原理的差异分类以外，根据采用的信号处理技术，超声检测仪还可分为模拟式和数字式。目前使用的超声检测仪多为数字式。 (2) 探头
超声波探头是组成超声波检测系统的最重要组件之一。探头的性能直接影响超声检测能力和效果。下面介绍探头的工作原理、主要性能及其及结构。
1） 压电效应
某些晶体材料在交变拉压应作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应。反之当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。正、逆压电效应统称为压电效应。
超声波探头中的压电晶片具有压电效应，当高频电脉冲激励压电晶片时，发生逆压电效应，将电能转换为声能(机械能)，探头发射超声波。当探头接收超声波时，发生正压电效应，将声能转换为电能。不难看出超声波探头在工作时实现了电能和声能的相互转换，因此常把探头叫做换能器。
2）探头的种类和结构
直探头用于发射和接收纵波，主要用于探测与探测面平行的缺陷，如板材、锻件探伤等。
斜探头可分为纵波斜探头、横波斜探头和表面波斜探头，常用的是横波斜探头。横波斜探头主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝、汽轮机叶轮等。当斜探头的入射角大于或等于第二临界角时，在工件中产生表面波，表面波探头用于探测表面或近表面缺陷。
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双晶探头有两块压电晶片，一块用于发射超声波，另一块用于接收超声波。根据入射角不同，分为双晶纵波探头和双晶横波探头。
双晶探头具有以下优点： a.灵敏度高 b.杂波少盲区小 c.工件中近场区长度小 d.探测范围可调
双晶探头主要用于探伤近表面缺陷。 聚焦探头种类较多。 2） 探头型号
探头型号的组成项目及排列顺序如下： 基本频率-晶片材料-晶片尺寸-探头种类-特征 基本频率：用阿拉伯数字表示，单位为MHz。 晶片材料：用化学元素缩写符号表示。 晶片尺寸：用阿拉伯数字表示，单位为mm。 探头种类：用汉语拼音缩写字母表示。
探头特征：斜探头钢中折射角正切值（K值）用阿拉伯数字表示。 (3) 耦合剂
超声耦合是指超声波在检测面上的声强透射率。声强透射率高，超声耦合好。为了改善探头与工件间声能的传递，而加在探头和检测面之间的液体薄层称为耦合剂。耦合剂可填充探头与工件间的空气间隙，使超声波能够传入工件，这是使用耦合剂的主要目的。耦合剂还有减少磨擦的作用。
常用耦合剂有水、甘油、机油、变压器油、化学糨糊等。
水的优点是来源方便，缺点是容易流失，容易使工件生锈，有时不易润湿工件。液浸检测中常使用水作耦合剂，使用时可以加入润湿剂和防腐剂等。甘油的优点是声阻抗大，耦合效果好，缺点是要用水稀释，容易使工件形成腐蚀坑，价格较昂贵。机油和变压器油的附着力、黏度、润湿性都较适当，也无腐蚀性，价格又不贵，因此是最常用的耦合剂。化学糨糊的耦合效果比较好，也是一种常用的耦合剂。 (4) 试块
试块是按一定用途设计制作的具有简单几何形状人工反射体的试样。试块和仪器、探头一样，是超声波探伤中的重要工具。
1）试块的作用 a.确定探伤灵敏度
超声波探伤灵敏度太高或太低都不好，太高杂波多，判伤困难，太低会引起漏检。因此在超声波探伤前，常用试块上某一特定的人工反射体来调整探伤灵敏度。
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b.测试探头的性能
超声波探伤仪和探头的一些重要性能，如放大线性、水平线性、灵敏度余量、分辨力、盲区、探头的入射点、K值等都是利用试块来测试的。
a.调整扫描速度
利用试块可以调整仪器屏幕上水平刻度值与实际声程之间的比例关系，即扫描速度，以便对缺陷进行定位。
b.评判缺陷的大小
利用某些试块绘出的距离-波幅-当量曲线（即实用AVG）来对缺陷定量是目前常用的定量方法之一。特别是3N以内的缺陷，采用试块比较法仍然是最有效的定量方法。此外还可利用试块测量材料的声速、衰减性能等。
2）试块的分类
a.按试块来历分为：标准试块和对比试块。
b.按试块上人工反射体分：平底孔试块、横孔试块和槽形试块等。 3）焊缝探伤常用试块举例
a.ⅡW试块 ⅡW试块是标准试块其结构尺寸如图3-1所示。ⅡW试块材质相当于我国20号钢，正火处理，晶粒度7~8级。在焊缝探伤中多用于仪器调试。
b.RB-2试块 RB-2试块是GB11345-1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果》中规定的焊缝检测用对比试块。结构尺寸如图3-2所示。RB-2试块主要用于厚度为8~100mm的对接焊缝检测，材质与被检材料的声学性能相同或相近。
图3-1
其余ⅡW试块
5010010¦µ1.5¦µ50有机玻璃 19
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图3-2 RB-2试块
3.3 横波斜探头探伤技术
目前检查焊缝内部质量最常用的是射线和超声波探伤法。对于焊缝中的危险缺陷——裂纹、未焊透，尤其是微裂纹和轻微未焊透，用超声波探伤比用射线更容易发现，而且超声波探伤还具备仪器简单、检查速度快等特点，因此被广泛应用。在焊缝探伤中，由于焊缝加强高的影响及焊缝中存在的缺陷往往是与探测面近于垂直或形成一定角度，所以在一定情况下采用超声波倾斜入射到工件内部的探伤方法，即横波斜探头法进行。
横波斜探头探伤技术是利用超声波倾斜入射到界面时，产生的波形转换现象，从而利用波形转换中产生的横波穿透工件，发现内部缺陷的。其原理图如图3-3所示。
1-工件 2-焊缝 3-缺陷 4-超声波束 5-斜探头
图3-3横波斜探头探伤原理
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为了发现缺陷和对缺陷的定性、定量，常用不同的移动方式。斜探头的扫查方式一般分为以下几类：单探头的扫查、特殊扫查及双探头扫查。 (1) 单探头的扫查
单探头扫查是用一个探头同时发射超声波和接收回波，根据探头不同移动方式，单探头扫查又可分为以下几类： a.锯齿形扫查
这是在焊缝探伤中经常使用的一种探头移动方式，即以锯齿形往复移动，每次前进的齿距宽度d不得超过晶片宽度，如图3-4所示。
探头
图3-4锯齿形扫查示意图
b.转角扫查
探头作原地转动的扫查方法。该法常与锯齿形扫查并用，当用锯齿形扫查探出缺陷后，需确定缺陷的方向和形状时，常使用这种扫查方法。 c.环绕扫查
探头以缺陷为中心作环绕运动。为了估判缺陷的形状常使用的方法。若探头环绕缺陷时反射波高度变化不大，一般估判为曲面状缺陷。但当探头靠近凸起的焊道发现缺陷波时，用此法估判缺陷形状是困难的。由于焊缝中的自然缺陷在多数情况下形状是复杂的，有一定的方向性，所以难以找到上述典型波形。 d.左右和前后扫查
将探头前后和左右移动进行扫查。当在锯齿形扫描中发现缺陷波时，可以使用左右扫查来确定缺陷的长度；使用前后扫查来估计缺陷的自身深度。使用两种方法也可估判缺陷的形状。 e.横方形扫查
探头多次平行于焊缝移动，此法多用于自动化、半自动或在无法辨认真假反射波时，采用固定位置的一种扫查方式。 f.纵方形扫查
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探头多次垂直于焊缝移动。 (2) 特殊扫查 a.斜平行扫查
探头与焊缝成一定的角度斜平行移动。可以发现焊缝或热影响区的横向缺陷(如裂纹等)。此法多用于具有焊缝加强高的工件。 b.焊缝上的扫查
在焊缝加强高磨平的情况下，将探头放在焊缝上移动的一种扫查方法。从发现横向缺陷的能力来讲，它比平行扫查的效果好。 (3) 双探头扫查
双探头扫查是用两个探头进行探伤，其中一个用于发射超声波，另一个用于接收回波，根据两个探头不同位置可分为以下几种： a.串列式扫查 b.交叉式扫查
探头分别置于焊缝的两侧或一侧，以便发现焊缝的横向或纵向缺陷。 c.K型扫查
两个探头置于焊缝的同一侧，并分别置于工件的两面，以便探测类似中部未焊透这类缺陷。 d.V型扫查
探头分别置于焊缝两侧并与焊缝垂直，可发现与探测面平行的缺陷。
4.焊缝的超声波探伤及缺陷评定
超声波探伤作为无损检测一种方法，因其探伤效率高、成本低、穿透能力强，而被广泛应用。它是利用频率超过20KHz的高频声束在试件中与试件内部缺陷（如裂缝、气孔、夹渣等）中传播的特性，来判定是否存在缺陷及其尺度的一种无损检测技术。
超声检测因其固有特点，它比较适合于检测焊缝中的平面型缺陷，如裂纹、未焊透、未熔合等。焊缝厚度较大时，其优点愈明显。
4.1 焊缝超声波探伤
焊缝探伤主要采用斜探头横波探伤，斜探头使声束斜向入射，斜探头的倾斜角有多种，使用斜探头发现焊缝中的缺陷与用直探头探伤一样，都是根据在始脉冲与底脉冲之间是否存在伤脉冲来判断。当发现焊缝中存在缺陷之后，根据探头在试件上的位置以及缺陷回波在显示屏上的高度，就可确定出焊缝的缺陷位置和大小。这是因为在探伤前按一定的比例在超声仪荧光屏上作有距离—波幅曲线。下面详细介绍。 (1)检测条件的选择
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由于焊缝中的危险缺陷常与入射声束轴线呈一定夹角，基于缺陷反射波指向性的考虑，频率不宜过高，一般工作频率采用2.0-5.0MHz：板厚较大，衰减明显的焊缝，应选用更低一些的频率。
探头折射角的选择应使声束能扫查到焊缝的整个截面，能使声束中心线尽可能与主要危险性缺陷面垂直。常用的探头斜率为K1.5~K2.5。
常用耦合剂有机油、甘油、浆糊、润滑脂和水等，从耦合剂效果看，浆糊与机油差别不大，但浆糊粘度大，并具有较好的水洗性，所以，常用于倾斜面或直立面的检测。 (2) 检测前的准备 (3)探测面的修整
探测面上的焊接飞溅、氧化皮、锈蚀和油垢等应清除掉，探头移动区的深坑应补焊后用砂轮打磨。探测面的修整宽度B应根据板厚t和探头的斜率K计算确定，一般不应小于2.5Kt。
(4)斜探头入射点和斜率的测定
1) 斜探头的入射点测定。斜探头声束轴线与探头楔块底面的交点称为斜探头的入射点，商品斜探头都在外壳侧面标志入射点，由于制造偏差和磨损等原因，实际入射点往往与标志位置存在偏差，因此需经常测定。其测定方法如下：
用CSK-2B或IIW试块测定，将斜探头置于试块R100圆心处，探测R100圆弧，如图4-1所示。前后移动探头，使所获得的反射回波最高。此时探头壳侧面与R100圆心的刻度线所对应的点即为入射点。
前沿长度试块斜探头
图4-1斜探头入射点的测定
2)斜探头K值的测定。斜探头的标称K值为斜探头声束在钢中折射角的正切值。K值与入射点等参数的准确性对缺陷定位精度影响很大，其标称值也因制造、磨损等原因与实际值往往存在差异，因此需在使用前和使用中经常测定。K值的测定方法如下：
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用CSK-2B或II W试块测定，将被测探头置于试块上，探头沿试块侧面前后移动，当对应于φ50圆弧面所获得最高反射回波时，斜探头的入射点所对应的试块上的角度刻度或K值刻度指示即为该探头的折射角或K值(见图4-2)。
图4-2斜探头折射角(K值)的测定
(5) 仪器时间基线的调整
时间基线的调整包括零点校正和扫描速度调整。在横波检测时，为了定位方便，需要将声波在斜楔块中的传播时间扣除，以便将探头的入射点作为声程计算的零点，扣除这段声程的作业就是零点校正。扫描速度的调整则是与零点校正同时进行的，可使定位更为直接。
时间基线的调整方法有如下几种：
1)按声程调整。调整后荧光屏上的时间基线与声程成正比，具体做法：
用斜探头在IIW标准试块(或CSK-2B试块)上调试，使横波斜探头的入射点标记同IIW标准试块上R 100圆心(试块上的“0”点)重合。这时，由于R100圆弧面的回波被R100圆心处的反射槽反射，在荧光屏上会出现R100圆弧面的多次回波。根据测量范围的要求，使某两个回波分别对准荧光屏上各自的相应刻度，则荧光屏上多标尺零点即对应于探头入射点。满刻度相当于声程250mm。
2)按水平距离调整。调整后荧光屏上的基线刻度与反射体的水平距离成正比。由于水平距离L与声程s的关系是：
lssin, (β=arctanK)
故可利用CSK-ZB试块上R50和R100两个圆弧面的反射进行调整，此时：
l150sin l2100sin
将斜探头对准R50、R100，调整仪器使其回波B1、B2分别对准基线刻度l1、l2即可。
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3)按深度调整。调整后荧光屏上的基线刻度与反射体的深度h成正比。由于深度h与声程s的 关系是：
hscos, (β=arctanK)
故可利用CSK-2B试块上R50和R100两个圆弧面的反射进行调整，此时：
h150cosh2100cos
将斜探头对准R50、R100，调整仪器使其回波B1、B2分别对准基线刻度h1、h2即可。 (6) 距离一波幅(DAC)曲线的绘制
由于相同大小的缺陷因声程不同，回波幅度也不相同。超声波检测时要根据缺陷回波波幅高度判定缺陷是否有害，必须按不同声程的回波波幅进行修正。通常是用指定的对比试块来制作距离一波幅(DAC)曲线。
《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》(GB 11345-89)中采用对比试块(3×40横通孔试块)绘制DAC曲线，其主要步骤如下：
1)将测试范围调整到探伤使用的最大探测范围，并按深度、水平或声程调整时的基线扫描比例。
2)依据工件厚度和曲率选择合适的对比试块，在试块上所有孔深小于等于探测深度的孔深中，选取能产生最大反射波幅的横孔为第一基准孔。
3)调节“增益”使该孔的反射波为荧光屏满幅高度的80%，将其峰值标记在荧光屏前的辅助面板上。依次探测其它横孔，并找到最大反射波高，分别将峰值点标记在辅助面板上；如果做分段绘制，可调节衰减器分段绘制曲线。
4)将各标记点连成圆滑曲线，并延伸到整个探测范围，该曲线即为φ3mm横孔DAC曲线基准线(如图4-3)。
图4-3 距离一波幅(DAC)曲线的范围
5)依据表4-1规定的各线灵敏度，在基准线下分别绘出判废线、定量线、评定线，并标记波幅的分区(如图4-4)。
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波幅/ⅢⅡ判废线（）））Ⅰ定量线（评定线（距离
图4-4距离一波幅曲线(DAC)示意图
表4-1 距离波幅曲线的灵敏度
检验级别 A B C 板厚/mm 8~50 8~300 8~300 灵敏度DAC 判废线 DAC DAC-4dB DAC-2dB 定量线 DAC-10dB DAC-10dB DAC-8dB 评定线 DAC-16dB DAC-16dB DAC-14dB 备注 一般采用B级检验，原则上在焊缝单面双侧进行 6)在作上述测试的同时，可对现场使用的便携式试块上的某一参考反射体作同样测量，并将其反射波位置和峰值标记在曲线板上，以便现场进行灵敏度验。 (7) 探伤作业
超声波检验应在焊缝及探伤表面经外观检查合格后进行。检验前，探伤人员应了解受检工件的材质、曲率、厚度、焊接方法、焊缝种类、坡口形式、焊缝余高及背面衬垫、沟槽等情况。探伤灵敏度不应低于评定线灵敏度。当受检工件的表面耦合损失及材质衰减与试块不一致时，应考虑探伤灵敏度的补偿。
探伤扫查速度不应大于150mm/s，相邻两次探头移动间隔要保证至少10%的探头宽度重叠。
为探测纵向缺陷，斜探头垂直于焊缝中心线放置在探伤面上，作锯齿形扫查(见图4-5)。探头前后移动的范围应保证扫查到全部焊缝截面及热影响区。在保持探头垂直焊缝作前后移动的同时，还应作10o~15o的左右转动。为探测焊缝及热影响区的横向缺陷，
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应进行斜平行扫查（见图4-6），可在焊缝两侧边缘使探头与焊缝中心线成10o~20o作斜平行扫查。
图4-5 锯齿形扫查图
图4-6 斜平行扫查
为确定缺陷的位置、方向、形状，观察缺陷动态波形或区分缺陷讯号与伪讯号，可采用前后、左右、转角、环绕等四种探头基本扫查方式。通过左右扫查测定缺陷指示长度；通过前后扫查并结合左右扫查找出缺陷的最高回波；通过定点转动和环绕运动推断缺陷的形状和缺陷性质。
对所有反射波幅超过定量线的缺陷，均应确定其位置、最大反射波幅所在区域和缺陷指示长度。当时间基线按水平距离调整时，缺陷的水平距离l可由缺陷最大反射波在荧光屏上的位置直接读出；缺陷的深度h可通过计算或作图求出。
奇次波h=l/K－(n－1)t,n=1、3... 偶次波h=nt－1/K,n=2、4… 式中n—波次；
t—试件厚度； l—缺陷水平距离； h—缺陷深度； K—探头斜率。
缺陷指示长度△l的测定采用1/2波高法。当缺陷反射波只有一个高点时，用降低6dB相对灵敏度测长(见图4-7)；当缺陷反射波峰值起伏变化，有多个高点时，则以缺陷两端反射波降至1/2最大反射波波高之间探头的移动长度作为缺陷长度(见图4-8)。
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最大反射波波幅/缺陷指示长度探头移动长度/
图4-7 6dB法测长图
AA1缺陷指示长度 图4-8 端点峰值
法测长
(4)焊缝缺陷的评定
超过评定线的信号，应注意其是否具有裂纹等危害性缺陷的特征，如有怀疑时应采取改变探头角度、增加探伤面、观察动态波形、结合结构工艺特征作判定；如对波形不能准确判断时，应辅以其他检验方法判定。相邻两缺陷各向间距小于8mm时，两缺陷指示长度和作为单个缺陷的指示长度。最大反射波幅位于Ⅱ区的缺陷，其指示长度小于10mm时按5mm计。
GB 11345-89标准将焊缝质量分为I、II、III、IV四个等级。其中I级质量最高，IV级质量最低，具体分级规定如下。最大反射波幅位于Ⅱ区的缺陷，根据缺陷指示长度按表4-2的要求进行评定。最大反射波幅不超过评定线的缺陷，均评为Ⅰ级；最大反射波幅超过评定线的缺陷，检验者判定为裂纹、未焊透等危险性缺陷时，无论其波幅和长度如何，均评定为Ⅳ级；反射波幅位于I区的非裂纹性缺陷，均评为I级；反射波幅位于Ⅲ区的缺陷，无论其指示长度如何，均评定为Ⅳ级。不合格的缺陷应返修。外观缺陷的返修比较简单，对焊缝内部缺陷应用碳弧气刨刨去缺陷；为防止裂纹扩大或延伸，刨去长度应在缺陷两端各加50mm;刨削深度也应将缺陷完全彻底清除，露出金属母材，并经
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砂轮打磨后施焊；返修区域修补后应按原探伤要求进行复验。同一条焊缝一般允许连续返修补焊2次。
表4-2缺陷的等级分类
检验等级 mm 评定等级 I II III IV 度值。
2T/3 T/3 最小T/3 最小最小12 10；最大30 10；最大20 3T/4 2T/3最小T/2 最小最小12 10；最大50 10；最大30 T 3T/4 最小2T/3 最小最小20 16；最大75 12；最大50 超过III级者 8~50 8~300 8~300 A B C 注：1.T为板材厚度；2.母材板厚不同时取薄板侧厚
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4.2 超声检测中缺陷测量
超声检测中缺陷的定量也是人们研究的一个热点。缺陷定量可分为小于晶片直径的缺陷定量和大于晶片直径的缺陷定量。前者包括当量试块直接比较法、底波高度百分比法、当量计算法和AVG曲线法。后者包括相对灵敏度测长法、绝对灵敏度测长法、极坐标作图法、包络线作图法和标准图形参照比较法等。除常规缺陷定量方法外，精确的缺陷定量多采用聚焦探头和各种声成象设备。
(1) 横波斜探头所辐射的声场
横波斜探头所辐射的声场，一般是由纵波声场在界面处斜人射时发生波型转换而得到的。由于入射角的不同，使折射后的横波声场发生崎变的程度亦不同。对这种横波声场内的缺陷反射有两种计算方法可供参考：一种方法是不考虑任意入射角时折射声场所引起的变化，采用与直探头相同的横波AVG图计算斜探头探伤时的平底孔反射回波高度。实践证明，这种方法仅对大于6N远场区是正确的。另一种方法是将界面一侧介质I中纵波声源的面积或直径转换成与介质I的横波声场处于同一声束辐线上的假想的横波声源的面积或直径。此时横波声场的面积和距入射点的距离都将发生相应的变化。对圆形晶片，常用下述基本公式修正。
DSDL式中Ds—椭圆形假想声源的短轴直径；
cos cosDL—椭圆形假想声源的长轴直径，即圆形晶片的直径；
α—界面一侧的入射角； β—界面另一侧的折射角。 假想声源的面积A′由下式给出
'2DLcoscosADLDSA
44coscos式中A—晶片的面积
假想声源至入射点的距离L'与原有声源至入射点的距离L之间的关系有两个因素需要考虑：1)随入射角增大，假想声源的短轴直径缩短，有效面积减小，导致折射后横波声场近场长度的缩短，因而假想声源至入射点距离L'亦缩短，其变化规律可用系数Ds/Dc表示。2)由L到L'的变化与界面两侧不同介质中的波型和声速比有关，其变化规律可用系数CL1/CS2表示。综上所述，假想声源至入射点的距离L'可由下式给出： DCcossintanL'LSL1
DLCL2cossintan由上述可知，在进行斜探头的AVG曲线计算时，应取4(S+L')·λt/DL·DS作为归一化
后的横坐标A，取作为归一化后的当量曲线的参数G。
DLDS
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式中S—缺陷至入射点的距离；
λt—横波波长； φ—平底孔缺陷的直径。
第二种方法在SDLDS/t范围可适用，而第一种方法在S2DLDS/t范围内适用。
波幅/斜探头探伤，我国多用横孔作为标准几何反射体。根据绕射理论，当反射体的直径φ与波长λt较接近时，由于既有绕射，又有反射，回波高度的变化将是非单调性的，但实际检测时又看不到回波的波动情况，这是由于所用探头具有相对较宽的颇谱范围，它足以同时覆盖这种波动的最大值和最小值。用于斜探头横波声场条件下的各种标准几何反射体的反射率，应当加以修正。
大于晶片直径的缺陷定量常用以上所述5种方法，下面我们仅介绍半波高度法(6dB测长法)。用超声测量缺陷的大小，往往是根据缺陷波的高度和探头的移动距离来决定的。对于本文，我们介绍最大lx（相对灵敏度）法中的半波高度法（lx=6分贝）。此法是探头沿缺陷方向平行移动，首先找到最大缺陷波H，然后左右移动探头，直到声束中心遇到缺陷边缘，使缺陷波的高度降到H/2时，此时探头移动的距离即为缺陷的指示长度（lu）。如图（4-9）所示。 =/2探头移动长度/
图4-9半波高测长法
使用此法时，超声波探伤仪的垂直线性一定要良好，否则将会产生较大的偏差。注意在仪器的使用过程中若发现仪器工作不稳定，则应在现场工作1~2小时后，一定要重新调整时间扫描线和灵敏度，尤其是在确定缺陷大小时。
5.钢板焊缝超声探伤实验
本章内容主要包括超声波探伤实验仪器调校、现场探伤、相应的探伤缺陷评定、缺陷产生原因分析和相应的缺陷处理方法。
5.1 超声波探伤实验仪器调校
对设备进行快速校准材料声速，自动测量探头延时，校准探头角度及k值。 超声波探伤实验设备
超声波探伤实验使用的探伤仪为PXUT—3200C型全数字智能超声波探伤仪。探头为斜探头探头参数如表5-1所示：
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表5-1 实验用斜探头参数表
晶片回拨灵敏始波折射前沿分变声束尺寸 频率 度 宽度 角 长度 率 偏斜 0.2 63.4 13x13 2.5MH76dB 22mm 12.5m22dB ooz (1) 测零点声速
1）通道初始化
m 开机后，按<确认>进入探伤界面，按功能出现功能菜单出现如下对话框：
2）按<通道|设置>进入如下对话框：
初始化
1. 当前通
道
2. 所有通
道 3. 缺陷数按<1>初始化完成。 据 1. 探头类型：斜探头 2. 探头频率：2.5MHz 3. 晶片尺寸：13*13 4. 折射角：2 5. 工件声速：输入探头原始参数(如上)按<确认>生效。 3）按<零点|调校>两次出现如下对话框：
1. 测零点声速 2. 测折射角 3. 制作32
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按<1>进入零点调校出现如下对话框：
1. 预置工件声速：3230 m/s 2. 一次回波声程：50 mm 3. 两次回波声程：100 mm 按<确认>键开始测试。
将探头放在IIW试块上并移动，使R50回波处于门内（波高约为80%）按<确认>键保持探头位置不变待R100回波波高在波门内且稳定时再次按<确认>键，屏幕出现“探头只一次反射体水平距离”。用直尺测出探头到R50圆弧的水平距离为33mm，输入仪器并按<确定>键，按 图5-1 测零点声速示意图 33 XXXXXXX学院 毕业设计论文 图5-2 测零点声速波形 图 (2) 测折射角 按<零点|调校>两次出现如下对话框： 1测零点声速 2.测折射 角 按<2>开始测折射角，屏幕出现提示“先测零点声速？y|n”，按 2. 反射体中心深度： 30 mm 3. 标称K值折射角：2 将探头放在IIW试块上，移动探头使Φ50孔的最高回波出现在波门内，按<确认>仪器算出K值和折射角按 34 XXXXXXX学院 毕业设计论文 图5-3 测折射角示 意图 图 5-4 测折射角波形图 (3) 制作DAC曲线 按<零点|调校>两次出现如下对话框： 按<3>，屏幕左上角出现“先测零点K值？y|n”，按 35 1. 最大深度：50 mm 1.测零点声速 2.测折射角 3.制作DAC XXXXXXX学院 毕业设计论文 按<确认>后将探头在RB-2试块上移动（如图5-5），仪器自动调节增益使身为10 mm孔的最高回波在40%~80%之间，在参数区有“DAC”提示时，按<加号>键，让光标移至10mm孔的回波上，按<确认>键确认此回波；再次移动探头，寻找深30mm孔的最高回波，按<加号>键，让光标移至30mm孔的回波上，按<确认>键确认此回波；同样确认40mm深孔的波高，各点采集完成经确认存储后，DAC曲线制作完成。制作过程如图5-6a、6-6b、6-6c、6-6d所示 图5-5 RB-2制作DAC曲线示意图 (a) 36 XXXXXXX学院 毕业设计论文 (b) (c) 37 XXXXXXX学院 毕业设计论文 (d) 图 5-6 制作DAC曲线波形图 (4) 其他参数输入 按<设置>键，将所测前沿值输入，按<确认>键。按<选项>键，判废偏移输入2dB，定量偏移输入-6dB，评定偏移输入-12dB。根据板厚为12mm，对话框输入如下： DAC曲线如图5-7所示 1. 声程标度：水平 2. 表面补偿：3dB 3. 工件厚度：12mm 4. 选打印机：Epson LQ300K 38 XXXXXXX学院 毕业设计论文 图 5-7 DAC曲线 至此，仪器调试完成，开始进行现场探伤。 5.2 现场探伤 1）缺陷I 反射波如图5-8所示 图 5-8 缺陷I反射波 缺陷I定位：由探伤仪可读取缺陷水平位置距探头发射点距离lf=42mm由公式 lfdf2T可得缺陷深度为3.4mm。 K2）缺陷II 缺陷II处存在两处缺陷反射波如图5-9所示 39 XXXXXXX学院 毕业设计论文 图 5-9 缺陷II反射波 缺陷II定位：由探伤仪可读取缺陷1水平位置lf135mm，缺陷深度df16.5mm；缺陷2水平位置lf245mm，缺陷深度df22.0mm。 3）缺陷III 反射波如图5-10所示。 缺陷III由探伤仪可读取缺陷水平位置距探头发射点距离lf=34mm，缺陷深度 df7.3mm。 根据三处缺陷反射波判断，三处缺陷长度测定都可使用6dB法（半波高度法），以缺陷I为例具体操作步骤如下： 1）移动探头找到最大反射波； 2）调节增益，使缺陷波降至基准波高（80%），可利用波门控制； 3）调节增益，使灵敏度提高6dB; 4) 沿缺陷方向左右移动探头，缺陷波降至基准波高时，探头之间的距离即为缺陷的指示长度。如图5-11a、5-11b、5-11c所示。 使用此方法可测得各处缺陷长度其测定数据如表5-1所示。 40 XXXXXXX学院 图 5-10 缺陷III反射波 41 毕业设计论文 (a) XXXXXXX学院 毕业设计论文 (b) (c) 图5-11 6dB法测长 42 XXXXXXX学院 毕业设计论文 表5-1 缺陷长度记录表 缺陷 水平距深度mm 指示长 缺陷离mm I II III 42 1 35 2 45 34 3.4 6.5 2 7.3 度mm 级别评定级别 11 12 21 22 IV IV IV IV 根据JB/T 4730—2005中关于指示长度计量的规定： 1）缺陷指示长度小于10mm时，按5mm计。 2）相邻两缺陷在一直线上，其间距小于其中较小的缺陷长度时，应作为一条缺陷处理，以两缺陷长度之和作为其指示长度。 由探伤仪回波，II处相邻两缺陷在一直线上，其间距为11mm，小于12mm，作为一条缺陷处理。以两缺陷长度和作为其指示长度，即33mm。 5.3 超声探伤缺陷评定 由表5-1知，板材共存在三处缺陷，等级均为IV，不符合合格级别，应进行焊缝返修。 43 XXXXXXX学院 毕业设计论文 结论 科技在发展，焊缝无损检测技术也在向着自动化、智能化和信息化的方向发展。但是，我们也应看到，针对我国当前的实际情况，手动人工超声波探伤仍是主要的探伤方法，且应用依然相当广泛。并且在实际的超声波探伤过程中，仍在不断涌现许多新问题。针对这些实际问题，在指导老师的悉心指导下，在前人成果的基础上，本文对焊接缺陷的超声波探伤技术进行了详细介绍，并通过钢板焊缝的超声波探伤实验详细讲述了超声波探伤的操作步骤、注意事项和等级评定标准。 本课题着重做了以下工作： 1.论述了过程设备制造工艺流程，并详细介绍了焊接过程中常见的缺陷和产生缺陷的原因。 2.详细讲述了超声波探伤技术的原理、分类、评定等级和评定标准。 3.结合实验详细介绍了超声波探伤的操作步骤和注意事项，并对给定板材焊缝进行了现场探伤和等级评定，完成了焊缝超声检测报告和焊缝超声检测工艺卡。 焊缝超声波检测作为检验焊缝质量的一种有效方法，其检测的可靠性和有效性还待进一步完善。由于超声检测的本身所固有的特点和局限性，在实际的无损检测中还须与其他检测方法配合使用。我们坚信，随着研究工作的进一步深入，此问题将会不断完善。 44 XXXXXXX学院 毕业设计论文 文献 [1]邹广华，刘强．过程装备制造与检测．北 京：化学工业出版社，2003，7.32～52 [2]~5 [3]~95 [4]曹玉华. 焊接质量的超声波探伤无损检测. 宁夏机械，2008，4：73~75 [5]~238 45 XXXXXXX学院 毕业设计论文 谢辞 本毕业设计是在胡效东老师的精心指导和下完成的。值此论文完成之际，谨向胡老师及过控系各位老师致以最崇高的敬意和衷心的感谢！很庆幸自己在求学阶段遇到这样好的老师，师恩难忘。 衷心感谢实验室刘老师给予我的指导和帮助。衷心感谢我的同学在论文的撰写和答辩的准备工作中给予我的热情的帮助。感谢山东科技大学为我们提供的良好的学习和生活环境。 最后，向审阅本文的老师致以深深的敬意，并再一次真诚的感谢所有关心、帮助过我的老师、同学和朋友们! 在此，谨向你们致以最崇高的敬礼，谢谢！ 46 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容