焊接接头超声检测.ppt

,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,张红霞2011年04月18日,第九章 焊接接头超声检测,在国内外，几乎各个工业部门都应用焊接技术制造各种重要结构，特别是锅炉、压力容器、压力管道和各种钢结构主要是采用焊接方法制造的。有资料表明，通过焊接加工的钢材占世界钢材产量的50以上。超声检测是检测焊接接头缺陷并为焊接接头质量评价提供重要数据的主要无损检测手段之一。为了能够合理地选择检测方法和检测条件，获得比较正确的检测结果，检测人员应了解有关焊接的基本知识，如焊接接头形式、焊接坡口形式、焊接方法及工艺、焊接缺陷等。本章主要结合JB/T 4730.3-2005来详细介绍焊接接头的超声检测方法。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.1 概述,9.1 概述,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.2 焊接加工及常见缺陷,焊接是指通过加热或加压，或两者兼用，并且用或不用填充材料，使工件达到原子结合的一种加工方法。常用的焊接方法有熔焊、压焊、钎焊和特种焊接等。虽然新焊接方法不断出现，但应用最广泛的仍是熔焊，特别是在特种设备生产过程中。所以，超声检测的主要对象是熔焊焊接接头，如焊条电弧焊(Shielded Metal Arc Welding)、埋弧焊(Submerged Are Welding)、气体保护(Gas Metal Arc Welding)、钨极氩弧焊(TIG)等形成的焊接接头。,9.2 焊接加工及常见缺陷,9.2.1 焊接过程,9.2 焊接加工及常见缺陷,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,焊接过程实际上是一个冶炼和铸造过程，首先利用电能或其他形式的能量产生高温是金属熔化，形成熔池，熔融金属在熔池中经过冶金反应后冷却，将两种工件牢固地结合在一起。焊条电弧焊(SMAW)是指用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。焊条电弧焊应用广泛，主要不足是通常每条焊道焊后必须清除熔渣，劳动强度大；焊接质量受焊工操作水平和体力影响严重。,9.2 焊接加工及常见缺陷,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,埋弧焊(SAW)是利用焊剂做保护层，电弧在炸剂层下加热并熔化金属，利用电气和机械装置控制送丝和移动电弧的焊接方法。主要用于碳素钢、低合金钢、耐热钢及不锈钢焊缝的水平位置焊接，适用于厚度20 mm以上的纵缝、环缝焊接，也可进行不锈钢和低合金钢的带极堆焊，在锅炉、压力容器和船舶制造中应用广泛。,9.2 焊接加工及常见缺陷,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,气体保护焊(GMAW)是利用氩气或二氧化碳等保护气体作保护层的电弧焊方法。其中，氩弧焊通常适用于0.55 mm范围的薄板或管子的全位置焊接和堆焊，还经常使用于锅炉及压力容器重要受压元件焊缝根部的打底焊，从而确保焊缝根部质量。用二氧化碳气体或其他混合气体作为保护气体的电弧焊，在锅炉、压力容器制造中，如一些支座角焊缝、容器附件、膜式水冷壁的焊接，已逐步取代焊条电弧焊。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.2 焊接加工及常见缺陷,金属熔化焊焊接部位的总称叫焊接接头，简称接头，包括焊缝、热影响区和临近母材。检验接头性能应考虑焊缝(焊件经焊接后所形成的结合部分，对熔化焊而言，为熔池凝固后形成的焊缝)、熔合区、热影响区甚至邻近母材等不同部位。焊接接头可以有不同的接头形式以满足工程需要的。主要有对接、角接、T形和搭接接头等，如图9-1所示。最常见的是对接焊接接头，其次是角接和T形接头，搭接很少使用。对接接头常用于板、管道的焊接，角接接头常见于箱形部件的边角焊接，T形接头常见于压力容器内外部辅助结构与壳体的焊接。,接头形式,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.2 焊接加工及常见缺陷,a)对接接头 b)角接接头 c)T接接头 d)搭接接头图9-1 焊接接头形式,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.2 焊接加工及常见缺陷,为保证两母材施焊后能完全熔合，焊前应把接合处的母材加工成一定的形状，这种加工后的形状称为坡口。根据板厚、焊接方法、接头形式和要求不同，可采用不同的坡口形式。常见的坡口形式如图9-2所示。V形坡口各部分的名称如图9-3所示，焊接后形成的焊接接头各部分的名称如图9-4所示。,9.2.3 坡口形式,9.2 焊接加工及常见缺陷,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,图9-2 常见的焊接坡口形式a)I形;b)V形;c)X形;d)U形;e)单边V形;f)K形,9.2 焊接加工及常见缺陷,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,图9-3 V形坡口各部分名称1 表面;2 背面;3 坡口角;4 根部面(钝边);5 倾斜角;6 坡口面;7 根部高度;8 根部间隙,9.2 焊接加工及常见缺陷,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,图9-4 V形坡口焊接接头各部分名称1 焊缝宽度;2 焊道缝边;3 母材;4 根部;5 焊缝金属;6 余高;7 热影响区;8 焊趾,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.2 焊接加工及常见缺陷,焊缝中常见缺陷有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。(1)气孔气孔是在焊接过程中焊接熔池高温时吸收了过量的气体或冶金反应产生的气体，在冷却凝固之前来不及逸出而残留在焊缝内形成的空穴。产生气孔的主要原因是焊条或焊剂在焊前未烘干，焊件表面污物清理不净等。气孔大多呈球形或椭圆形。气孔分为单个气孔、链状气孔和密集气孔。,9.2.4 焊缝中常见焊接缺陷,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.2 焊接加工及常见缺陷,(2)未焊透未焊透是指焊接接头部分金属未完全熔透的现象。产生未焊透的主要原因是焊接电流过小，运条速度太快或焊接规范不当（如坡口角度过小，根部间隙过小或钝边过大等）。未焊透分为根部未焊透、中间未焊透和层间未焊透等。(3)未熔合未熔合主要是指填充金属与母材之间没有熔合在一起或填充金属层之间没有熔合在一起。产生未熔合的主要原因是坡口不干净，运条速度太快，焊接电流过小，焊条角度不当等。未熔合分为坡口面未熔合和层间未熔合。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,(4)夹渣夹渣是指焊后残留在焊缝金属内的熔渣或非金属夹杂物。产生夹渣的主要原因是焊接电流过小，速度过快，清理不干净，致使熔渣或非金属夹杂物来不及逸出而形成的。夹渣分为点状和条状。(5)裂纹裂纹是指在焊接过程中或焊后，在焊缝或母材的热影响区局部破裂的缝隙。按裂纹成因分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹等。热裂纹是由于焊接工艺不当在施焊时产生的。,9.2 焊接加工及常见缺陷,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,冷裂纹是由于焊接应力过高，焊条焊剂中含氢量过高或焊件刚性差异过大造成的。常在焊件冷却到一定温度后才产生，因此又称延迟裂纹。再热裂纹一般是焊件在焊后再次加热（消除应力热处理或其他加热过程）而产生的裂纹。按裂纹的分布可分为焊缝区裂纹和热影响区裂纹。按裂纹的取向可分为纵向裂纹和横向裂纹。焊缝中的气孔、夹渣是立体型缺陷，危害性较小。而裂纹、未熔合是平面型缺陷，危害性大。在焊缝探伤中，由于加强高的影响及焊缝中裂纹、未焊透、未熔合等危害性大的缺陷往往与检测面垂直或成一定的角度，因此一般采用横波探伤。,9.2 焊接加工及常见缺陷,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,母材厚度为8400 mm的全熔化焊对接焊接接头是特种设备行业超声检测的主要对象之一。低碳钢、低合金钢对接接头的超声检测是焊接接头超声检测技术中最基本的一种应用，掌握了此类接头检测方法，有助于了解和掌握其他材料和形式的焊接接头超声检测方法。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,由于不同类别焊接接头的重要性、失效后果严重性和危害性，超声检测的有效性和成本等都可能存在显著差异，有必要根据实际情况和要求采用相适应的超声检测技术等级对焊接接头进行检测。焊接接头超声检测技术等级主要根据检测面的数量、检测探头的多少、是否检测横向缺陷、焊缝余高是否磨平等来进行划分。,9.3.1 焊接接头超声检测技术等级的选择,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,不同的检测技术等级对质量的保证是不一样的。因此设计、制造、安装和检验检测部门应根据承压设备产品的重要程度进行选用。JB/T 4730.3-2005承压设备无损检测第3部分：超声检测中规定“超声检测技术等级分为A、B、C三个检测级别。(1)A级检测A级检测技术适用于与承压设备有关的支承件和结构件焊接接头检测。适用于母材厚度846 mm的焊接接头检测，一般用一种K值探头，可采用直射波法和一次反射波法(或称为二次波法)在焊接接头的单面单侧进行检测。一般不要求进行横向缺陷的检测。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,(2)B级检测B级检测技术适用于一般承压设备对接焊接头检测。1)母材厚度为846 mm时，一般用一种K值探头，采用直射波法和一次反射波法在对接焊接接头的单面双侧进行检测。2)母材厚度为46120mm时，一般用一种K值探头，采用直射波法在焊接接头的双面双侧进行检测，如受几何条件限制。也可在焊接接头的双面单侧或单面双侧采用两种K值探头进行检测。,3)母材厚度为120400mm时，一般用两种K值探头，采用直射波法在焊接接头的双面双侧进行检测。两种探头的折射角相差应不小于10。4)为检测焊接接头及热影响区的横向缺陷应进行斜平行扫查。检测时，可在焊接接头两侧边缘使探头与焊接接头中心线成1020作两个方向的斜平行扫查，如焊接接头余高磨平，探头应在焊接接头及热影响区上作两个方向的平行扫查。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,(3)C级检测C级检测技术适用于重要承压设备对接焊接接头检测。同A、B级相比，主要是要求将焊接接头的余高磨平并用直探头对斜探头扫查经过的母材区域进行检测，后者主要是避免在检测声束(包括斜探头和直探头)经过的母材区域存在的小缺陷影响焊接接头缺陷的检测效果。其技术要求如下：1)采用C级检测时应将焊接接头的余高磨平，对焊接接头两侧斜探头扫查经过的母材区域要用直探头进行检测。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,2)母材厚度为846 mm时，一般用两种K值探头采用直射波法和一次反射波法在焊接接头的单面双侧进行检测。两种探头的折射角相差应不小于10，其中一个折射角应为45。3)母材厚度为46400 mm时，一般用两种K值探头采用直射波法在焊接接头的双面双侧进行检测。两种探头的折射角相差应不小于10。对于单侧坡口角度小于5的窄间隙焊缝，如有可能应增加对检测与坡口表面平行缺陷的有效检测方法。4)应进行横向缺陷的检测。检测时，将探头放在焊缝及热影响区上作两个方向的平行扫查。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,(1)探测面的修整工件表面状况的好坏，直接影响探伤结果。因此，应清除焊接工件表面飞溅物、氧化皮、凹坑、锈蚀及油污等。一般使用砂轮机、锉刀、钢丝刷、磨石、砂纸等对探测面进行修整，表面粗糙度Ra一般不大于6.3 m。焊缝两侧探测面的修整宽度P一般根据母材厚度确定。,9.3.2 检测方法和检测条件选择,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,JB/T 4730.3-2005中条规定如下：采用一次反射法检测时，探头移动区应大于或等于1.25P；或 P跨距，mm;T母材厚度，mm;K探头K值；探头折射角，()。,采用直射波法检测时，探头移动区应大于或等于0.75P。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,2)耦合剂的选择 在焊缝探伤中，常用的耦合剂有机油、甘油、浆糊、润滑脂和水等。目前实际探伤中用的最多的是机油与浆糊（现在多为纤维素化学浆糊）。从耦合效果看，浆糊与机油差别不大，不过浆糊有一定的粘性，可用于任意姿势的探伤操作，并具有较好的水洗性。用于垂直面或顶面探伤具有独到的好处。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,3)频率选择焊缝的晶粒比较小，可选用较高的频率探伤，一般为2.55.0 MHz。对于板厚较小的焊缝，可采用较高的频率；对于板厚较大，衰减明显的焊缝，应选用较低的频率。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,4)K值选择探头K值的选择应从以下三个方面考虑：(a)斜探头的声束能扫查到整个焊缝截面；(b)斜探头的声束中心线应尽量与主要危险性缺陷垂直；(c)尽量使用一次波判别缺陷，减少误判并保证有足够的探伤灵敏度。一般的焊缝都能满足使声束扫查整个焊缝截面。只有当焊缝宽度较大、K值选择不当时才会出现扫查不到的情况。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,图9-5 一、二次波单面检测双面焊焊缝,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,由图9-5可以看出，用一、二次波单面探测双面焊缝时：d1=(a+l0)/K,d2=b/K其中一次波只能检测到d1以下的部分（受上部余高的限制），二次波只能检测到d2以上部分（受下部余高的限制）。为保证能检测到整个检测区域截面，必须满足 d1d2T，从而得到：,式中 a上焊缝宽度的一半，mm；b下焊缝宽度的一半，mm；l0探头的前沿长度，mm；T焊缝母材厚度，mm；K斜探头K值。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,对于单面焊焊缝，b可忽略不记，此时：,一般斜探头K值（角度）可根据工件厚度来选择。薄工件采用大K值，以便避免近场区探伤，提高定位、定量精度。厚工件采用小K值，以便缩短声程、减小衰减、提高检探伤灵敏度，同时还可以减小探头移动区域、减小打磨宽度。实际探伤时，可按表9-1选择K值。在条件允许的情况下，应尽量采用大K值探头。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,表9-1 斜探头K值选择,探伤时要注意，K值常因工件中的声速变化和探头的磨损而产生变化，所以探伤前必须在试块上实测K值，并在以后的探伤中经常校验。实际探伤中，常用CSK-A和CSK-A等试块来测定探头的K值。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,5)探头晶片尺寸的选择对于板厚较大的焊缝检测，若探头的移动区很平整，使用大晶片探头进行检测也能达到良好的耦合，在这种情况下，为了提高检测速度和效率，可使用晶片尺寸较大的探头。如果板厚较薄且变形较大，为了较好的耦合，应选择晶片尺寸较小的探头。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,图9-6 母材缺陷的影响a 母材内部存在分层可能造成漏检b 母材内部存在分层可能造成误判,6)母材的检测 当焊缝的边缘母材内部存在分层或夹层缺陷时，它会影响声束传播路径，从而使焊缝区域内的缺陷难以发现或造成错误的判定，如图9-6所示。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,对于C级检测，斜探头扫查声束通过的母材区域，应先用直探头检测，以便检测是否有影响斜探头检测结果的分层或其他种类缺陷存在。该项检测仅作记录，不属于对母材的验收检测。母材检测的要点如下：(a)检测方法 接触式脉冲反射法，采用频率25 MHz的直探头，晶片直径1025 mm；(b)检测灵敏度 将无缺陷处第二次底波调节为荧光屏满刻度的100；(c)记录要求 凡缺陷信号幅度超过荧光屏满刻度20的部位，应在工件表面作出标记，并予以记录。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,9.3.3 标准试块,超声检测焊接接头用的标准试块是用来校准仪器探头系统性能和检测灵敏度。焊接接头用的标准试块有：CSK-IA、CSK-A、CSK-A、CSK-A。CSK-IA，CSK-A标准试块已在本教材的前面章节叙述，本章节重点介绍CSK-A，CSK-A。CSK-IIA、CSK-A的材料和质量要求与CSK-IA、CSK-A相同，其形状和尺寸应分别符合如图9-7和图9-8所示的要求。图中L为试块长度，由使用的声程确定；尺寸误差不得大于0.05 mm。CSK-IVA试块的尺寸见表9-2。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,图9-7 CSK-A试块,图9-8 CSK-试块,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,表9-2 CSK-试块尺寸 mm,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,CSK-IA，CSK-A和CSK-A试块适用壁厚范围为6120 mm的焊接接头，CSK-IA和CSK-A系列试块适用壁厚范围为120400 mm的焊接接头。在满足灵敏度要求时，试块上的人工反射体根据检测需要可采取其他布置形式或添加，也可采用其他形式的等效试块。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,在中介绍了三种调节扫描速度的方法，即声程法。水平法和深度法。在用K值探头探伤焊缝时，最常用的是后两种。当板厚小于20 mm时，常用水平法。当板厚大于20 mm时，常用深度法。声程法多用于非K值探头。(1)声程法声程法是使示波屏水平刻度值直接显示反射体实际声程。焊缝探伤中常用CSK-A和半圆试块来调整，具体方法见。,9.3.4 超声检测仪扫描速度的调节,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,(2)水平法该方法能使示波屏水平刻度值直接显示反射体的水平投影距离。焊缝探伤中常用CSK-A、CSK-A、CSK-A和半圆试块等来调整。下面介绍利用CSK-A试块来调节扫描速度的方法，其他试块的调节方法。1)CSK-A试块横孔反射法 该方法是利用CSK-A试块上不同距离的16 mm两个短横孔来调整时间扫描线，如图9-9所示。为了减小误差，其中A孔应在近场外，B孔接近最大声程。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,具体调整方法：a)测出探头的入射点和K值。b)把示波屏上的始脉冲先左移约10 mm。c)将探头对准横孔A，找到最高回波A，量出水平距离L1、调微调旋钮使A波前沿对准水平刻度L1，并作好标记（可用仪器上的标距点标出）。d)后移探头，找到B孔最大回波B，量出水平距离L2，若B波的读数Y和L2不符，应算出二者差值：X=L2-Y若X为正值，应将B波向大读数移动，当B、A两孔深度比为2时，顺时针转动微调旋钮，将B波调至Y+2X。若X为负值，应将B波向小读数移动Y-2X,e)用脉冲移位旋钮将B波调至L2，再前移探头，找到A波，若A波正对L1，这时水平1:1就调好了。若A波不是正对L1，则应利用A、B波反复调至与读数相符。该法同时调好了零位。(2)CSK-A试块边角反射法 该方法是利用试块上边角和下边角进行定位的一种方法。调整方法如下：将探头放在试块上前后移动，找到下边角最大反射波Hl，同时量出水平距离l1,如图9-10所示。调节仪器使H1对准水平刻值l1。然后移动探头找出上边角的最大反射波H2，同时量出水平距离l2，调节仪器使H2对准水平刻度l2。注意要反复调节几次，直至Hl对准ll的同时H2对准l2。,9.3钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,图9-9 CSK-A试块横孔反射法,图9-10 CSK-A试块边角反射法,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,(3)深度法此方法是使示波屏水平宽度值直接显示反射体的垂直深度。焊缝探伤中常用CSK-A、CSK-A、CSK-A、RB和半圆试块等来调整。下面介绍利用CSK-A来调整的方法，其他试块法见。探头分别对准A、B两横孔，如图9-9所示。反复调节脉冲位移和微调，使两孔的最高回波分别对准水平刻度d1、d2即可。如果要求精确，应扣除横孔半径对应的深度值。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 N钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,(1)距离-波幅曲线缺陷波高与缺陷大小及距离有关，大小相同的缺陷由于距离不同，回波高度也不同。描述某一确定反射体回波高度随距离变化的关系曲线称为距离波幅曲线。它是AVG曲线的特例。例如，GB11345-1989和CB/T-3559船舶钢焊缝手工超声检测工艺和质量分级中采用3 mm横孔，而JB/T 4730.3-2005中采用2 mm40 mm长横孔和1 mm6 mm短横孔。,9.3.5 距离-波幅曲线和灵敏度调节,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,距离-波幅曲线与实用AVG曲线一样可以实测得到，也可由理论公式或通用AVG曲线得到，但在3倍近场区内只能实测。焊缝超声检测的距离-波幅曲线是按所用探头和仪器在试块上实测的数据绘制而成的，该曲线族上评定线、定量线和判废线组成。评定线与定量线之间(包括评定线)为I区，定量线与判废线之间(包括定量线)为II区，判废线及且以上区域为区，如图9-11所示,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,图9-11 距离波幅曲线,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,(2)不同壁厚的距离-波幅曲线灵敏度选择在JB/T 4730.3-2005中，灵敏度选择和壁厚有关。1)壁厚为6120 mm的焊接接头，其距离一波幅曲线灵敏度选择见表9-3。表9-3 距离一波幅曲线的灵敏度,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,2)壁厚为120400 mm的焊接接头，其距离-波幅曲线灵敏度选择见表9-4。表9-4 距离-波幅曲线的灵敏度,注：d为横孔直径，单位mm，见表9-2,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,3)检测横向缺陷时，应将各线灵敏度均提高6 dB。4)若工件的表面耦合损失和材质衰减与试块不同，应进行传输修正（详细内容参见下一节）。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,(3)距离-波幅曲线的绘制与应用缺陷波高与缺陷大小及距离有关，大小相同的缺陷由于距离不同，回波高度也不相同。描述某一确定反射体回波高度随距离变化的关系曲线称为距离波幅曲线。它是AVG曲线的特例。距离-波幅曲线由定量线、判废线和评定线组成，如图9-12所示。评定线和定量线之间（包括定量线）称为区，定量线与判废线之间（包括定量线）称为区，判废线及其以上区域称为区。不同板厚范围的距离波幅曲线的灵敏度见表9-5。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,距离-波幅曲线有两种形式。一种是波幅用dB值表示作为纵坐标，距离为横坐标，称为距离-dB曲线。另一种是波幅用mm（或）表示作为纵坐标，距离为横坐标，实际探伤中将其绘在示波屏面板上，称为面板曲线。,表9-5 距离-波幅曲线的灵敏度,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,距离波幅曲线与实用AVG曲线一样可以实测得到，也可由理论公式或通用AVG曲线得到，但三倍近场区内只能实测得到。由于实际探伤中经常是利用试块实测得到的，因此这里仅以CSK-A试块为例介绍距离-dB曲线的绘制方法及应用。1)距离-dB曲线（设板厚T30mm）(a)距离-dB曲线的绘制a)测定探头的入射点和K值，并根据板厚按水平或深度调节扫描速度，一般为1:1，这里按深度1:1调节。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,b)将探头置于CSK-A试块上，衰减48 dB（假定），调增益旋钮使深度为10 mm的16 mm横孔最高回波达基准60高，记下这时衰减器的读数和孔深。然后分别检测不同深度的16 mm横孔，增益旋钮不动，用衰减器将各孔的最高回波调至60，记下相应的dB值和孔深填入表9-6中。并将板厚T=30 mm对应的定量线、判废线和评定线的dB值填入表中（实际检测中，只要测到60 mm深的横孔即可）。c)利用表9-6中所列数据，以孔深为横坐标，以dB值为纵坐标，在坐标纸上描点绘出定量线、判废线和评定线，标出区、区和区，并注明所用探头的频率、晶片尺寸和K值，如图9-12所示。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,表9-6 举例数据表,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,图9-12 距离-波幅曲线,9.3钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,d)用深度不同的两个孔校验距离波幅曲线，若不相符，应重测。(b)距离波幅曲线的应用 了解反射体波高与距离之间的对应关系。调整检测灵敏度：标准要求焊缝检测灵敏度不低于评定线。这里T30 mm，评定线为16-9 dB，二次波检测最大深度为60 mm。由距离-波幅曲线可知扫查灵敏度为29 dB，因此将衰减器调到29 dB时灵敏度就调好了。若考虑耦合补偿3dB，那么灵敏度为26 dB。实际探伤过程中还应定期利用某一深度的孔来校验探伤灵敏度。例如d40 mm的16横孔回波是否为44 dB。,9.3钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,比较缺陷大小：例1：检测中发现两个缺陷，缺陷1：df1=30 mm，波高为45 dB，缺陷2：df2=50 mm，波高为40 dB，试比较二者的大小。由距离波幅曲线可知，d=30 mm，16横孔波高为47 dB，所以缺陷1当量为164547162dB。d=50 mm，16横孔波高为41dB，所以缺陷2#当量为164041161 dB。不难看出缺陷1#小于缺陷2#。,9.3钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,确定缺陷所处区域：例2：检测中发现一缺陷df1=20 mm，波高为45 dB，另一缺陷df2=60 mm，波高为40 dB。由距离波幅曲线可知，d=20定量线为47 dB，缺陷1的波高为45 dB（47 dB)，在定量线以下，即区。d=60 mm，定量线为35 dB,判废线为43 dB，缺陷2波高为40 dB（35 dB），在定量线以上和判废线以下，即区，,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,2)面板曲线（设板厚T30 mm）实际检测中，使用距离-dB曲线比较麻烦，而面板曲线使用方便，可根据缺陷波高直接确定缺陷当量和区域，目前国内外应用很广。(a)面板曲线的绘制测定探头的入射点和K值，根据板厚按深度或水平调节扫描速度，这里按深度1:1调节。(b)探头对准CSK-A试块上深度为10 mm的16横孔找到最高回波，调至满幅度的100（但不饱和），在面板上标记波峰对应的点1，并记下此时的dB值N（假定N=30 dB）。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,固定增益旋钮和衰减器，分别检测深度为20、30、40、50、60 mm的16 mm横孔，找到最高回波，并在面板上标记相应波峰对应的点2、3、4、5、6，然后连接1、2、3、4、5、6得到一条16的参考曲线，这就是面板曲线，如图9-13所示。2)面板曲线的应用灵敏度的调节：若工件厚度在1546 mm范围内，评定线为16-9dB，只要在N30 dB的基础上再提高9 dB，即衰减器读数为21 dB，这时灵敏度就调好了。如果考虑补偿，应再提高需要补偿的dB数。设补偿5 dB，则衰减器读数为16 dB即可。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,图9-13面板曲线,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,确定缺陷区域：检测时若缺陷波高低于参考线，则说明缺陷波低于评定线，可以不予考虑。若缺陷波高于参考线，则用衰减器将缺陷波调至参考线，根据衰减的dB值求出缺陷的当量和区域。例如：4dB，则缺陷当量为16-9+416-5dB，在区。8dB，则缺陷当量为16-9+816-1dB，在区。16dB，则缺陷当量为16-9+1616+7dB，在区。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,应用上述面板曲线时，只要记住6dB和14dB即可。6dB表示缺陷达定量线，注意测长。14dB表示缺陷达判废线，应判废。若将判废线、定量线、评定线都绘在示波屏面板上，使用起来将更加方便。不过这时要求仪器的动态范围较大，垂直线性要更好一些。对于现在广泛使用的数字式超声检测仪，只需测出不同距离处的16最高回波，输入评定线、定量线和判废线与16波幅的差值，仪器即可同时将各线显示于示波屏上，使用起来很方便。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3.6 传输修正 传输修正又称为声能传输损耗补尝。工件本身影响反射波幅的两个主要因素是:材料的材质哀减、工件表面粗糙度及耦合状况造成的表面声能损失 碳钢或低合金钢板材的材质衰减，在频率低于3 MHz。声程不超过200 mm时，或者衰减系数小于0.01 dB/mm时，可以不计。标准试块和对比试块均应满足这一要求。被检工件检测时，如声程较大，或材质衰减系数超过上述范围，在确定缺陷反射波幅时，应考虑材质衰减修正。如被检工件表面比较粗糙还应考虑表面声能损失问题。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,(1)横波超声材质衰减的测量首先制作与被检工件材质相同或相近，厚度约40 mm，表面粗糙度与试块相同的平板试块，如图9-14所示。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,图9-14 超声材质衰减的测量,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,斜探头按深度1:1调节仪器时基扫描线。仪器调为一发一收状态。另选用一只与该探头尺寸、频率、K值相同的斜探头，两探头按如图9-14所示方向置于平板试块上，两探头入射点间距为1P时，找到最大反射波幅，记录其波幅值H1(dB)。将两探头拉开到距离为2P处，找到最大反射波幅，记录其波幅值Hz(dB)。衰减系数aH可用下式计算：H(H1-H2-)/S 式中：S声程差，S=80/cos,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,不考虑材质衰减时，声程S1、S2大平面的反射波幅Db差；可用公式 计算或从该探头的距离一波幅曲线上查得，约为6 dB。如果所用试块的检测面测得的波幅相差不超过1 dB，则可不考虑工件的材质衰减。,(2)传输损失差的测定若同时考虑材质衰减与表面声能损失，可按如下方法测定传输损失差：斜探头按深度调节仪器时基扫描线。仪器调为一发一收状态。选用另一只与该探头尺寸、频率、K值相同的斜探头，两探头按如图9-15所示的方向置于对比试块检测面上，两探头入射点距离为1P。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,图9-15 传输损失的测定a)对比试块 b)工件母材,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,在对比试块上，找出最大反射波幅，记录其波幅值H1(dB)。在被检工件上(不通过焊接接头)同样测出接收波最大反射波幅H2(dB)。则传输损失差V为：VH1-H2-1-2式中：1不考虑材质衰减时,工件与试块因声程不同引起的扩散衰减dB差；2工件与试块中因衰减系数和声程不同引起的材质衰减dB差。1可用公式 计算；，其中S1为在对比试块中的声程，S2为工件母材中的声程。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,扫查的目的是为了寻找和发现缺陷。为了达到这个目的，必须采用正确的扫查方式。在焊缝检测过程中，扫查方式有多种。(1)锯齿形扫查锯齿形扫查是手工超声检测中最常用的扫查方式，往往作为检测纵向缺陷的初始扫查方式，速度快，易于发现缺陷。作锯齿形扫查时，斜探头应垂直于焊缝中心线放置在检测面上，如图9-16所示。探头前后移动的范围应保证扫查到全部焊接接头截面，在保持探头垂直焊缝作前后移动的同时，还应作1015的左右转动。应注意每次前进的齿距不得超过探头晶片直径的85，以避免间距过大造成漏检。,9.3.7 扫查方式,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,图9-16 锯齿形扫查,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,(2)前后、左右、转角、环绕扫查发现缺陷后，为观察缺陷动态波形和区分缺陷信号或伪缺陷信号，确定缺陷的位置，方向和形状，可采用前后、左右、转角和环绕四种探头基本扫查方式，如图9-17所示。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,图9-17 四种基本扫查方式,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,前后与左右扫查：当用锯齿形扫查发现缺陷后，可用前后与左右扫查找到缺陷的量大回波处，用前后扫查来确定缺陷的水平距离或深度，用左右扫查来确定缺陷沿焊缝方向的长度。转角扫查：可利用转角扫查推断缺陷的方向。环绕扫查：可利用环绕扫查大致推断缺陷的形状。扫查时如果缺陷回波高度几乎保持不变，则可大致判断为点状缺陷。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,(3)检测横向缺陷的扫查方式为检测焊缝或热影响区的横向缺陷，可采用如下扫查方式，同时将扫查灵敏度适当提高，一般提高6 dB。1)平行扫查 对于磨平的焊缝，可将斜探头直接放在焊缝上作平行扫查，如图9-18a所示。2)斜平行扫查对于有余高的焊缝可在焊缝两侧边缘，是探头与焊缝成一定夹角（10）作斜平面扫查，如图9-18b所示。3)交叉扫查 对于电渣焊中的人字形横裂，可用K1斜探头在焊缝两侧45方向作交叉扫查，如图9-18c所示。,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,图9-18 检测横向缺陷的扫查方式a)平行扫查 b)斜平行扫查 c)交叉扫查,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,(4)双探头扫查方式上述扫查方式是焊缝检测用单探头进行扫查的方式。串列扫查，V形扫查，交叉扫查则是用双探头进行扫查的常用方式。对厚壁焊缝检测时，在焊缝的一侧，将一发一收两个斜探头同方向一前一后放置，作等间隔移动，以检测垂直检测面的缺陷，这种扫查方式称为串列扫查，如图9-19所示。,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,图9-19 串列扫查,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,对平板对接焊缝检测时，在焊缝的两侧各放置一个探头，两个探头一发一收，作垂直于焊缝中心线的相向移动，以检测平行于检测面的缺陷，这种扫查方式称为V形扫查，如图9-20所示。,图9-20 V形扫查,TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院,9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测,对平板对接