焊缝超声波探伤.pdf

焊缝超声波探伤 焊缝超声波探伤 1 锅炉压力容器和各种钢结构主要是采用焊接的方法制造 为了保证焊缝质量 超声波探伤是重要的检查手段之一 在焊缝探伤中 不 但要求探伤人员具备熟练的超声波探伤技术 而且还要求探伤人员了解有关的焊接基本知识 如焊接接头型式 焊接坡口型式 焊接方法和焊接 缺陷等 只有这样 探伤人员才能针对各种不同的焊缝 采用适当的探测方法 从而获得比较正 确的探测结果 第一节 焊接加工及常见缺陷 锅炉压力容器及一些钢结构件主要是采用焊接加工成形的 焊缝内部质量一般利用射线和超声波来检测 对于焊缝中的裂纹 未熔合 等危险性缺陷 超声波探伤比射线更容易发现 一 焊接加工一 焊接加工 l 焊接过程 常用的焊接方法有手工电弧焊 埋弧自动焊 气体保护焊和电渣焊等 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产生高温使金属熔化 形成熔池 熔融金属在熔池中经过冶金 反应后冷却 将两母材牢固地结合在一起 为了防止空气中的氧 氮进入熔融金属 在焊接过程中通常有一定的保护措施 手工电弧焊是利用焊 条外层药皮高温时分解产生的中性或还原性气体作保护层 埋焊和电渣焊是利用液体焊剂作保护层 气体保护焊是利用氩气或二氧化碳等保护气 体作保护层 2 接头形式 焊接接头形式主要有对接 角接 搭接和 T 型接头等几种 如图 7 1 所示 在锅炉压力容 器中 最常见的是对接 其次是角接和 T 型接头 搭接少见 3 坡口形式 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西 坡口各部分的名称如图 7 2 所示 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 常见对接和角接接 头的坡口形式如图 7 3 所示 二 焊缝中常见缺陷二 焊缝中常见缺陷 焊缝中常见缺陷有气孔 夹渣 未焊透 未熔合和裂纹等 如图 7 4 所示 2 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金属内所形成的空穴 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 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 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 非金属夹杂物来万及浮起而形成的 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缀 冷裂纹和再热裂纹萼 热裂纹是由于焊接工艺不当在施焊时产生 的 冷裂纹是由于焊接应力过盛 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 接裂纹的分布分为焊缝区裂纹和热彰响区裂纹 按裂纹的取向分为纵向裂纹和横向裂纹 焊缝中的气孔 央渣是立体型缺陷 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 未熔合等危险性大的缺陷往往与探测面垂直或成一定的角度 因此一般采用横渡探伤 第二节 中厚板对接焊缝超声波探伤 一 探测条件的选择一 探测条件的选择 一 探铡面的修整 工件表状况好坏 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 凹坑及锈蚀等 一般使用砂轮机 锉刀 喷砂机 钢丝刷 磨石 砂纸等对探涮露进行修整 表面粗糙度 R 一般不大于 6 3 m 焊缝两测探测瑟的修整宽度 P 一般根据母材厚度确定 3 厚度为 8 46mm 的焊缝采用二次波探伤 探测面修整宽度为 7 1 厚度大于 46mm 的焊缝采用一次波探伤 探测面修整宽度为 7 2 式中 K 探头的 K 值 T 工件厚度 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 目前实际探伤中用得最多的是机油与浆糊 从耦合效果看 浆糊 同机油差别不大 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 3 频率选择 焊缝晶粒比较细小 可选用较高的频率探伤 一般为 2 5 5 OMHz 对于板厚较小的焊缝 可采用较高的频率 对于极厚较大 衰减 明显的焊缝 应选用较低的频率 4 K 值选择 探头 K 值的选择应从以下三个方面考虑 l 使声束能扫查到整个焊缝截面 2 使声束中心线尽量与主要危险性缺陷垂直 3 保证有足够的探伤灵敏度 一般的爆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 由图 7 5 可以看出 用一 二次波单面探测双焊时 其中一次波只能扫查到 d1 以下的部分 受余高限制 二次波只能扫查到 d2 以上的部分 受余高限制 为保证能扫查整个焊缝截面 必须满足d1十d2 T 从而得到 7 3 式中 a 上焊缝宽度的一半 b 下焊缝宽度的一半 lo 探头的前沿距离 T 工件厚度 K 探头的 K 值 对于单面焊 b 可忽略不计 这时 4 一般斜探头 K 值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 减少衰减 提高探伤灵敏度 同时还可减少打磨宽度 实际探伤时 可按表 7 1 选择 K 值 在条件允许的情况下 应尽量采用大 K 值探 头 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 所以探伤莳必须在试块上实测 K 值 并在以后的探伤中经常校 验 实际探伤中 常利用 CSK A 等试块来测定探头的 K 值 l CSK A 试块测定法 探头对准 CSK A 试块上 1 5 K 3 5 或 50 K 3 5 反射体 前后平行移动探头 找到最高回波 这时 探头入射点对应的刻度值即为探头的 K 值 但这种方法不太精确 若量出探头前沿至试块端面的距离 L 用 计算 对果会精确一些 参见第三章第五节 2 CSA 一 A 试块测定法 探头对准 CSK 一 A 试块上某一 l 6 横孔 前后平行移动探头 找到最高回波 并量出入射点至该孔的水 平距离 l 和该孔的深度 d 则 K 值为 7 4 5 探测方向的选择 1 纵向缺陷 为了发现纵向缺陷 常采用以下三种方式进行探测 板厚 T 8 46mm 的焊缝 以一种 K 值探头用一 二次波在焊缝单面双侧进行探测 如图 7 6 a 板厚 46 T 120mm 的焊缝 以一种或两种 K 值探头用一次波在焊缝两面双侧进行探测 如图 7 6 b 板厚 T 100mm 的焊缝 除以两种 K 值探头用一次波在焊缝两面双侧进行探测外 还应加用 K1 0 探头在焊缝单面双侧进行串列式探测 如图 7 6 c 2 横向缺陷 为了发现横向缺陷 常采用以下三种方式探测 在已磨平的焊缝及热影响区表面以一种 或两种 K 值探头用依次波在焊缝两面做正 反面两个方向的全面扫查 如图 7 7 a 5 用一种 或两种 K 值探头的一次波在焊缝两面双侧作斜平行探测 声束轴线与焊缝中心线夹角小于 1O 如图 7 7 b 对于电渣焊中的人字形横裂 可用 K1 探头在 45 方向以一次波在焊缝两面双侧进行探 测 如图 7 6 c 二 扫描速度 时基线比例 的调节二 扫描速度 时基线比例 的调节 第四章中介绍了三种调节扭描速发的方法 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 20mm 时 常用水平法 当板厚大雨 20mm 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 一 IA IIW2 和半圆试块来调整 具体方法见第四章第四节 2 水平法 该方法是使示波屏水平刻度值直接显示反射体的求平投影距离 焊缝探伤书常用 CSK A CSK IA RB CSK IA 半圆试块等来调整 下面介绍利用 CSK A 试块来调整扫描速度的方法 其他试块的调整方法见第四章第四节 1 CSK 一 A 试块横孔反射法 该方法是利用 CSK 一 A 试块上 不同距离的 1 6 两短横孔来调整时间扫描线 如图 7 8 为了减少误 差 其中 A 孔应在近场区外 B 孔接近最大声程 凋整方法如下 测出探头的入射点和 K 值 把示波屏上的始脉冲先左移约 10mm 探头对准横孔 A 找到最高回波 A 量出水平距 l1 调 微调 使 A 波前沿对准水平刻度 l2 并作好标记 可用仪器上的标距点标出 后移探头 找到 B 孔最高回波 B 量出水平距离 l2 若 B 波的读数 Y 与 l2 不符 应算出二者差值 X X l2 Y 7 5 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 将 B 波调至 Y P2X 若 X 为负值 应将 B 波向小读 数移动至 y 一 2X 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 l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 6 例如 已知A孔l1 40mm B孔l2 80mm 按水平 1 l调整扫描速度的方法如下 先将A孔最高回波A调至 40 处 若这时B孔最高回波B读数 Y 78 则X 80 78 2 那么转动 微调 使B波移至B2处 然后用 脉冲移位 将B波移回到 80 处 再看A波是否对准 40 若A波正对 40 则水平 1 1 调 整完毕 如果要求精确应扣除横孔半径对应的水平距离 2 CSK 一 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H1 同时量出水平距离l1 如图 7 9 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 同对量出水平距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H1对准l1的同时H2对准l2 3 深度法 此方法是使示波屏水平刻度值直接显示反射体的垂直深度 焊缝探伤中常用 CSK 一 A CSK 一 IA CSK 一 IA RB 和半圆试块等来调 整 下面介绍利用 CSK A 来调整的方法 其他试块法见第四章第四节 探头分别对准A B两横孔 如图 7 8 所示 反复调节 脉冲移位 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 三 距离 波幅曲线的绘制与应用三 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 判定线和评顶线组成 如图 7 10 所示 评定线和定量线之间 包括评定线 称为 I 区 定量线与钱判废线之间 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 7 2 7 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 另一种是波幅用毫米 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面板上 称为面板曲线 距离一一波幅曲线与实用 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 一 A 试块为例介绍距离 波幅曲线的绘制方法及其应用 1 距离 dB 曲线 设板厚 T 30mm 1 距离 dB 曲线的绘制 1 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 探头置于 CSK A 试块上 衰减 48dB 假定 调 增益 使深度为 10mm 的 1 6 孔的最高回波达基准 60 高 记下这时 衰减器 读数和孔深 然后分别探测不同深度的 1 6 孔 增益 不动 用 衰减器 将各孔的最高回波调至 60 高 记下相应的 dB 值和孔深填入表 7 3 并将板厚 T 30mm 对应的定量线 判废线和评定线的 dB 值填入表中 实际探伤中 只要测到 60mm 孔深即可 利用表 7 3 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 I 区 区和 区 并注明 所用探头的频率 晶片尺寸和 K 值 如图 7 11 8 用深度不同的两孔校验距离一波幅曲线 若不相符 应重测 2 距离 dB 曲线的应用 了解反射体波高与距离之间的对应关系 调整探伤灵敏度 标准要求焊缝探伤灵敏度不低于评定线 这里 T 300mm 评定线为 1 6 9dB 二次波探伤最大深度为 60mm 由距 离一一波幅曲线可知测长灵敏度为 29dB 因此将 衰减器 打到 29dB 时灵敏度就调好了 若考虑耦合补偿 3dB 那么灵敏度为 29dB 实际探伤过 程中还应定期利用某一深度的孔来铰正探伤灵敏度 例如 d 40mm 的 1 6 孔回波是否为 44dB 比较缺陷大小 例如 探伤中发现两缺陷 缺陷 1 df1 30mm 波高为 45dB 缺陷 2 df2 50mm 波高为 40dB 试比较二者的大小 由距离 波幅曲线可知 d 30mm l 6 波高为 47dB 所以缺陷 1 当量为 1 6 45 47 l 6 一 2dB d 50mm l 6 波高为 4ldB 所以缺陷 2 当量为 1 6 40 41 1 6 1dB 不难看蹬缺陷l 小于缺陷 2 确定缺陷所处区域 例如探伤中发现一缺陷df1 20mm 波高为 45dB 缺陷 1 60mm 波高为 40dB 由距离 波幅曲线可知 d 20mm 定量线为 46dB 缺陷l 波高为 45dB 46dB 在定量线以下 即I区 故不必测长 d 60mm 定量线为 35dB 缺陷 2 波高为 40dB 35dB 在定量线以上 即 区 应测定缺陷长度 2 面板曲线 设板厚 T 30mm 实际探伤中 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 1 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 探头对准 CSK 一 A 试块上深为 10mm 的 1 6 横孔找到最高回波 调至满幅度的 100 但不饱和 在面板上标记波蜂对应的点 并 记下此时的 dB 值 N 假定 N 30dB 固定 增益 和 衰减器 分别探测深度为 20 30 40 50 60mm 的 1 6 横孔 找到最高回波 并在面板上标记相应波蜂对应的点 然后连接点 1 得到一条 l 6 的参考曲线 这就是面板曲线 如图 7 12 所示 2 面板曲线的应用 灵敏度的调节 若工件厚度在 15 46mm 范围内 只要在 N 30dB 的基础上再提高 9dB 即 衰减器 读数为 21dB 这时灵敏度就调好了 如果考虑补偿 应再提高需补偿的 dB 数 设补偿 5dB 则 衰减器 读数为 16dB 即可 确定缺陷区域 探伤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 1 6 9 4 4 1 6 5dB 在 I 区 8dB 则缺陷当量为 l 6 9 8 1 6 1dB 在 区 l6dB 则缺陷当量为 l 6 9 16 1 6 7dB 在 区 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 表示缺陷达到判废线 应判废 目前有些地方将判废线 定量线 评定线都绘在示波屏面板上使用更为方便 不过这时要 求仪器的动态范围较大 垂直线性更好一些 四 声能损失差的测定 四 声能损失差的测定 在焊缝探伤中 试块与工件上相同反射体的回波往往不同 其原因是二者声能传输损失存在差异 二者表面粗糙度不同 曲率不同 引起的表面耦合损失不同 二者材质不同引起的材质衰减不同 二者底面状况不同引起的底面反射损失不同 二次波探伤 实际探伤中 当 9 用试块调灵敏度对工件进行探伤时 为了保证在工件中发现规定大小的缺陷 对测定试块与工件声能传输损失差 然后进行适当的补偿 下面介 绍测定声能传输损失的几种方法 1 薄板焊缝声能损失差的测定 制作与被检工件材质相同或榴近 厚度相同的平面型试板 其上下表面光洁度与 CSK 一 A 试块相同 如图 7 13 用同型号两个斜探 头沿探伤方向置于工件上 不通过焊缝 探头间距为 3P 三次波探伤 作一发一收测试 使其最大穿透波幅为示波屏上 3 格高 在同样条件下 用与上述相同的方法 将两探头置于平面型试板上 3P 处 调节 衰减器 使其最大穿透波幅也为 3 格高 此时工件与试板的衰减 dB 差 即为薄板焊缝的声能损失差 不难看出 这样测得的声能损失包括了表面祸合损失差 底面反射损失差和材质衰减损失差 这种方法是 JBll52 81 标准推荐的方法 适用 J 试板与工件材质相同或相近 厚度相同的薄板 2 中厚板焊缝声能损失差的测定 1 试板与工件材质厚度相同 作平面型试板 A 面粗糙度与被检工件相同 B 面粗糙度与 CSK 一 A 试块相同 试板材质 厚度与工件相 同 见图 7 14 用同型号的两个斜探头沿探伤方向置于焊缝两侧的探伤面上 作一发一收测试 使其最大穿透波幅为 3 格高 在同样条件下 用与 上述相同的方法 将探头置于平面型试板 B 面上 调节 衰减器 使其最大穿透波幅也为 3 格高 此时工件探测面与试板的衰减 dB 差 即为上表 面耦合声能损失差 见图 7 14 a 重复上述步骤 按图 7 14 b 测出被检工件 不通过焊缝 与平面型试板 A 面的衰减 dB 差 因探伤时声束两次触及下表面 取其 dB 差的两 倍 即为下表面反射声能损失差 上 下表面声能损失差之和 即为反射法探伤声能损失差 同样这里测得的声能损失差包括了表面耦合损失差 材质衰减损失差和底面反 射损失差 这种方法也是 JBll52 81 标准推荐的方法 适用于试板与工件材质相同或相近 厚度相同的中厚板 2 试板与工件材质 厚度不同 当试板与工件材质 厚度平同时 需要采用如下方法来测试声能传输损失差 参阅 JB4730 94 附录 L 材质衰减系数的测试 制作与工件材质相同或相近 厚度为 40mm表面粗糙度与对比试块相同的试板 仪器按深度 1 1 调节比例 如图 7 15 所 示 将两只相同的斜探头置于试板上 作一发一收测试 分别测出两入射点为 1P时的波幅 H 1dB和为 2P时的波幅l H 2dB 则材质衰减系数a为 7 6 式中 H 1 一两入射点间距为 1P时底面反射波幅的dB值 H 2 两入射点间距为 2P时底面反射波幅的dB值 探头的折射角 10 2 表面耦合和底面反射损失差的测试 仪器按深度 1 l调节比例 将两只相同的斜探头置于如图 7 16 a 所示的对比试块上 如CSK A试块 作 一发一收测试 测出两入射点间距为 1P时底面反射波幅 H 1dB 将两探头移至如图 7 16 b 所示的工件上 测出间距为 1P时的底面反射波幅 H 2dB 则表面耦合与底面反射损失差 1为 7 7 式中 H 1 对比试块上 1 倍跨距 1P 时的波幅dB值 H 2 工件上 1 倍跨距 1P 时的波幅dB值 2 工件与试块因声程不同引起的 散衰减dB差 3工件与试块因衰减系数和声程不同引起的dB差 X1 对比试块上的声程 X2工件上的声程 a1 对比试块上的材质衰减系数 a2 工件上的材质衰减系数 实际探伤工件厚度与试块不同的中厚板焊缝时 工件与试块的声能传输损失差应为表面耦合底面反射损失差 1 厚度不同引起的扩散衰减损失差 2与材质衰减少不同引起的损失差 3之和 即 1 2 3 当工件与试块表面粗糙度及曲率相差不大时 二者声程传输根失差为 2 2 当工件与试块材质衰减均较小 a 0 01dB mm 时 材质衰减损失差 3可以不计 这时二者的声能传输损失差为 1 2 此外还可利用第四章第三节介绍的方法来测试声能传输损失差 五 扫查方式五 扫查方式 在焊缝探伤中 扫查方式有多种 常用的扫查方式有以下几种 l 锯齿形扫查 如图 7 17 探头沿锯齿形路线进行扫查 扫查时 探头要作 10 15 转动 这是为了发现与焊缝倾斜的缺陷 此外 每次前进齿距 d 不得超过探头晶片直径 这是因为间距太大 会造成漏检 11 2 左右扫查与前后扫查 如图 7 18 当用锯齿形扫查发现缺陷时 可用左右扫查和前后扫查找到回波的最大值 用左右扫查来确定缺陷 沿焊缝方向的长度 用前后扫查来确定缺陷的水平距离或深度 3 转角扫查 如图 7 18 利用它可以推断缺陷的方向 4 环绕扫查 如图 7 18 它可用于推断缺陷的形状 环绕扫查时 回波高度几乎不变 则可判断为点状缺陷 5 平行或斜平行扫查 为了检验焊缝或热影响区的横向缺陷 对于磨平的犀缝可将斜探头直接放在焊缝上作平行移动 对于有加强层的 焊缝可在焊缝两侧边缘 使探头与焊缝成一定夹角 10 45 作平行或斜平行移动 如图 7 19 但灵敏度要适当提高 6 串列式扫查 在厚板焊缝探伤中 与探伤两垂直的内部未焊透 未熔合等缺陷用单位斜探头很难探出 一般采用两种探头探伤 即小 K 值探头和大 K 值探头 有时还要采用串列式扫查才能发现缺陷 如图 7 20 但是要注意 这种方式法会有探测不到的区域 常称死区 对于死 区 可以用单斜探头捺测 六 缺陷位置的测定 六 缺陷位置的测定 探伤中发现缺陷波以后 应根据示波屏上缺陷波的位置来确定缺陷在实际焊缝中的位置 缺陷定位方法分为声程定位法 水平定位法 和深度定位法三种 参见图 4 19 1 声程定位法 当仪器按声程 1 n 调节扫描速度时 应采用声程定位法来确定缺陷的位置 用一次波探伤发现缺陷时 用二次波探伤发现缺陷时 式中 f 缺陷的横波声程 f 缺陷波前沿所对的刻度值 探头的折射角 T 板厚 lf 缺陷的水平距离 df 缺陷至探测面的深度 12 例如例如用 40 的探头探测 T 30mm 的对接焊缝 仪器按声程 1 l 调节扫描速度 探伤中在示波屏水平刻度 60 处出现一缺陷波 求此缺陷 在焊缝中的位置 解 解 由已知得一 二次波的声程为 可见此缺陷是二次波发现的 因此有 答 此缺陷的水平距离为 38 6mm 深度为 14mm 2 水平定位法 当仪器按水平 1 n 调节扫描速度时 应采用水平定位法来确定缺陷的位置 若仪器按水平 1 l 调节扫描速度 那么示波屏上缺陷波前沿所 对的水平刻度值 f 就是缺陷的水平距离 lf 用一次波探伤发现缺陷时 lf n f 7 12 df lf K 7 13 用二次波探份发现缺陷时 lf n f 7 14 df 2T lf K 7 15 式中 K 探头的 K 值 K g 例如例如用K2探头探伤T 15mm的对接焊缝 仪器按水平 1 l调节扫描速度 探伤中示波 屏上水平刻度 50 处发现一缺陷波 求此缺陷的位置 解 解 由已知可得一 二次波的水距离为 可见此缺陷是二次波发现的 它的水平距离和深度分别为 3 深度定位法 当仪器按深度 1 n 调节扫描速度时 应采用深度定位法来确定缺陷的位置 若仪器按深度 l 1 调节扫描速度 示波屏上缺陷波前沿所对的水平 刻度值为 f 用一次波探伤发现缺陷时 df n f 7 16 lf Kdf 7 17 用二次波探伤发现缺陷时 13 df 2T n f 7 18 lf K n f 7 19 例如 例如用K2探头探伤T 40mm的对接焊缝 仪器按深度 1 1 调节扫描速度 探伤中在示 波屏水平刻度 30 和 60 处各出现一个缺陷波 求这两个缺陷的位置 解 解 由已知可知 tf2 30 T 40 说明F1是一次波发现的 F1的深度和水平距离分别为 又由已知可知 40 tf1 60 80 说明F2是二次波发现的 F2的深度和水平距离分别为 又如又如用K1探头探伤T 40mm C 2 4100m s的对接焊缝 仪器在CSK IA试块上按 深度 l 1 调节扫描速度 探伤中在示波屏水平刻度 40 处出现一缺陷波 求此缺陷在焊缝中的 位置 试块 C2 3230m s 解 由于工件声速的改变 探头的 K 值将发生变化 设试块中折射角为 工件中折射角 为 由于工件声速的改变 扫描速度也发生变化 工件中实际扫描速度为 缺陷的深度 df 40 0 791 31 6 mm 缺陷的水平距离 关于筒体纵缝探伤定位问题参见第四章第五节中周向探伤定位方法 七 缺陷大小的测定七 缺陷大小的测定 1 缺陷幅度与指示长度的测定 探伤中发现位于定量线或定量线以上的缺陷要测定缺陷波的幅度和指示长度 缺陷幅度的测定 首先找到缺陷最高回波 测出缺陷波达基准波高时的 dB 值 然后确定该缺陷波所在的区域 缺陷指示长度的测定 JBl152 一 81 与 JB4730 94 标准规定 当缺陷波只有一个高点时 用 6dB 法测其指示长度 当缺陷波有多个高点 且端部波高位于 I 区时 用端点 6dB 法测其指示长度 GBl1345 一 89 标准规定用端点峰值法测其指示长度 当缺陷波位于 I 区 如有必要 可用 评定线作为绝对灵敏度测其指示长度 2 缺陷长度的计量 1 当焊缝中存在两个或两个以上的相邻缺陷时 要计量缺陷的总长 JB1152 一 81 与 GBl1345 一 89 标准规定 当相邻两缺陷间距 8mm 时 以两缺陷指示长度之和作为一缺陷的指示长度 不含间距 JB4730 一 94 标准规定 当相邻两缺陷间距 较小缺陷长度时 以两缺陷指示长度之和作一个缺陷的指示长度 不含间距 2 缺陷指长度小于 1Omm 者 按 5mm 计 下面举例说明缺陷波当量和所在区域的确定方法 例如例如用K2探头探测T 40mm的焊缝 仪器按深度l 1 调节 试块衰减不计 工件衰减系数a 0 O1dB mm 单程 二者耦合差为 3dB 在CSK一 A试 块上测得不同深度处 l 6 的dB值如下 1 如何利用 CSK A 试块上 d 40 处的 1 6 来调节探伤灵敏度 14 2 探伤时在 f 40 处发现一缺陷 其回波高达基准高时衰减器读数为 25dB 求该缺陷 的当量和区域 解 解 l 调灵敏度 二次波探伤 需要增益的总 dB 值 CSK A 试块深度 40 与 80 处 1 6 的 dB 差 1 33 25 8 dB b 试块与工件表面耦合差 2 3dB c 材质不同因为的 dB 值 K g 2 63 4 d 灵敏度要求 1 6 9dB t 9dB 需要增益的总 dB 值为 1 2 3 4 8 3 4 9 24dB 调节方法 探头对准 CSK 一 A 试块上 d 40 处 l 6 衰减 33dB 调 增益 使 l 6 回波达 60 高 然后用 衰减器 增益 24dB 即去掉 24dB 保留 9dB 即可 这时二次波探伤灵敏度就调好了 即这时工件中 80ram 深处比 l 6 低 9dB 的缺陷回波正好达 60 高 2 缺陷的当量和区域 八 焊缝质量评级八 焊缝质量评级 缺陷的大小测定以后 要根据缺陷的当量和指示长度结合有关标准的规定评定焊缝的质量级别 JB4730 一 94 标准将焊缝质置级别分为 I 等三级 其中 I 级质量最高 级质量最低 具体分级规定如下 1 焊缝中不允许存在以下缺陷 反射波幅位于 区者 检验人员判定为裂纹等危害性缺陷者 2 位于 I 区的缺陷按表 7 4 评定焊缝的质量级别 3 位于 I 区的非危害性缺陷评为 I 级 JBll52 81 标准关于单个缺陷长度评级与 JB4730 94 标准中 T 8 120 的情况相同 关于多个缺陷累计长度评级与 JB4730 94 有所不同 评见 表 7 4 GBll345 89 标准将焊缝质量分为 I 等四级 其中 I 级质量最高 级质量最低 具体分级规定如下 1 级焊缝 存在以下缺陷时评为 级 反射波高位于 区的缺陷者 反射波超过评定线 检验人员判为裂纹等危害性缺陷者 位于 区的缺陷指示长度超过表 7 4 中 级者 2 I 级焊缝 位于 区的缺陷按表 7 5 评定起其级别 15 位于 I 区的非危害性缺陷评为 I 级 下面举例说明焊缝质量级别的评定方法 例 1例 1 探伤 T 45mm 的对接焊缝 发现波幅为 l 6 2dB 指示长度为 9mm 的条状缺陷三个 其间距均为 7mm 试据 JBll52 81 标准评定该焊缝质 量级别 解 解 1 缺陷所处区域 T 45mm 定量线为 l 6 3dB 判废线为 1 6 5dB 该缺陷当量为 1 6 2dB 位于 I 区 应据缺陷指示长度评级 2 焊缝质量级别评定 由已知得 T 3 45 3 15mm 2T 3 30mm 标准规定间距 a 8mm 时 以缺陷之和作为单个缺陷 这里 a Smm 因此缺陷总长为 Lf 9 3 27mm 2T 3 该焊缝质量级别为 级 例 2例 2 探伤 T 90mm 的对接焊缝 在 150mm 长度范围内发现间距 a 8mm 的以下条状缺陷 2 40 1dB 长 25mm 一个 2 40 5dB 长 8mm 三个 2 40 12dB 长 5mm 二个 试据 JBll52 81 标准评定该焊缝质量级别 解 解 1 缺陷所处区域 T 90mm 定量线为 2 40 一 8dB 判废线为 2 40 2dB 缺陷 2 40 1dB 25mm 一个 位于 区 计长 缺陷 2 40 5dB 8mm 三个 位于 区 计长 缺陷 2 40 一 12dB 5mm 二个 位于 I 区 不计长 2 焊缝质量级别评定 由己知得 T 3 90 3 30mm 2T 3 60mm 各缺陷间距 a 8mm 标准规定 a 8mm 时 长度小于 10mm 者按 5mm 计 大于或等于 10mm 者 接实际指 示长度计 因此缺陷总长为 Lf 5 3 25 40mm 2T 3 最大为 40mm 该焊缝质量评为 级 例 3例 3 探伤 T 40mm 对接焊缝 发现一个缺陷 其当量为 2 一 2dB 长为 10mm 试评定该焊缝的质量级别 解 解 T 40mm 定量线为 2 40 12dB 判废线为 2 40 4dB 该缺陷当量为 40 2dB 该缺陷位于 区 此焊缝判废 需要返修 第三节 管座角焊缝和 T 型焊缝探伤 一 管座角焊缝探伤一 管座角焊缝探伤 1 结构特点与探伤方法 管座角焊缝的结构型式有插入式和安放式两种 插入式管座角焊缝是接管插入容器筒件内焊接而成 如图 7 21 所示 可采用以下几种方式探测 16 1 采用直探头在接管内壁进行探测 如图中探头位置 l 2 采用斜探头在容器简体外壁利用一 二次波进行探测 如图中探头位置 2 3 采用斜探头在接管内壁利用一次波探 测 如图中探头位置 3 也可在接管外壁利用二次波探测 但后者灵敏度较低 安放式管座角焊缝是接管安放在容器简体 上焊接而成 如图 7 22 所示 可采用以下几种方式探测 1 采用直探头在容器筒体内壁进行探测 如图中探头位置 1 2 采用斜探头在接管外壁利用二次波进行探测 如图中探头位置 2 3 采用斜探头在接管内壁利用一次波进行探测 如图中探头位置 3 由于管座角焊缝中 危害最大的缺陷是未熔合和裂纹等纵向缺陷 沿焊缝方向 因此一般以纵波直探头探测为主 对于直探头扫查不到的区域 如 安放式焊缝根部 需要另加斜探头进行探测 此外 凡产品制造技术条件中规定要探测焊缝横向缺陷的插入式管座角焊缝 应将容器筒体内壁加 工平 利用大 K 值探头在简体内壁沿焊缝方向进行正反两个方向的探测 如图 7 23 所示 2 探测条件的选择 1 探头 在管座角焊缝探伤中 探测频率为 2 5 5 OMHz 采用单晶直探头或双晶直探头探测时 由于容器筒体或接管表面为曲面 探头表面为 平面 二者接触面小 耦合不良 为了实现较好的耦合 探头的尺寸不宜过大 一般推荐探头与工件接触面尺寸 W 2 R 式中 R 为探测面曲率 半径 采用斜探头探测时 探头与工件接触耐尺寸应满足以下要求 17 7 20 式中 a 斜探头接触面长度 周向探测 b 斜探头接触面宽度 轴向探测 D 探测面曲面直径 2 耦合剂 管座角焊缝探伤中 常用的耦合剂有机油 化学浆糊等 探测面应打磨使之平整光洁 表面粗糙度 Ra 6 3 m 3 试块 直探头探伤用试块如图 7 24 所示 试块中 S b 见表 7 6 表面粗糙度同工件 该试块用于调整探伤灵敏度和对缺陷定量 斜探头探伤用试块同平板对接焊缝探伤 3 仪器的调整 1 时基线比例调整 直探头探测时 可利用工件上或试块上已知尺寸的底面来调整 斜探头探测时 可利用 CSK A 或 IIW 2 试块按声 程调整仪时基线比例 使最大探测声程位于仪器时基线后半部分 2 灵敏度调整 直探头探伤时 常利用工件的圆柱曲底面的底波来调节 具体调整方法同锻件探伤 比外也可利用图 7 24 所示的曲面平 底孔试块来调整 直探头探伤灵敏度要求不低于 2 平底孔 斜探头探伤时 按平板对接焊缝探伤中的方法调整 4 距离 波幅曲线 直探头探伤时 平底孔距离 波幅曲线可在 CS l 或 CS 一 2 试块上测试 距离 波幅曲线的灵敏度按表 7 7 确定 18 由上表可知 JB4730 94 标准的评定线 定量线灵敏度与 GBll345 89 标准 B 级检验相同 JB3144 82 标准的定量线 判废线灵敏度同 JB4730 94 评定线灵敏度高于 JB4730 一 94 标准 同距离处 3 与 2 平底孔的回波 dB 差为 JB4730 94 标准中评定线灵敏度 2 与 3 相当 而 JB3144 82 标准评定线灵敏度为 3 6dB 可见 JB3144 82 标准评定线灵敏度高于 JB4730 94 标准 采用斜探头探伤时 距离 波幅曲线的测试同平板对接焊缝 5 缺陷的测定 探伤过程中发现超过定量线的缺陷时 要测定缺陷的位置 当量大小和指示长度 缺陷当量大小 直探头探伤时 可用当量计算法或试块比较法来确定 斜探头探伤时 按平板对接焊缝方法处理 缺陷指示长度 当缺陷反射波只有一个高点时 用半波高度法测长 当缺陷反射波有多个高点时 用端点半波高度法或端点峰值法测长 同深度的两个相邻缺陷间距小于其中较小者时作为同一缺陷处理 以各缺陷指示长度之和作为该缺陷的指示长度 若间距大于较小者时 则分别 计算其长度 6 质量验收 JB3144 82 标准规定按以下原则评定管座角焊缝质量 l 不允许存在下列缺陷 缺陷反射当量超过或达到判废灵敏度时 缺陷反射当量超过或达到定量灵敏度 并且纵向缺陷指示长度 Lf T 3 且最小可为 10mm 世最大不超过 30mm 横向缺陷指示长度 Lf 15mm 危险性缺陷 如未熔合 裂纹等 2 以下缺陷不予返修 但应记录 1 缺陷反射当量超过定量灵敏度但低于判废灵敏度 且指示长度小于判废长度 指示长度小于 lOmm 者不计 者 2 缺陷反射当量超过测长灵敏度但低于定量灵敏度 而指示长度大于或等于判废长度者 对可疑信号建议使用其他手段及探伤方法验证 并进行综合分析 对于不允许存在的缺陷应予返修 返修后复探的部位应为补焊部位向两端各延伸 50mm JB4770 94 GBll345 89 标准规定管座角焊缝质量评定方法同平板对接焊缝 二 管节点焊缝探伤二 管节点焊缝探伤 1 管节点焊缝的结构与探伤方法 管节点焊缝的结构型式有多种 t 归结起来基本型式有 T 型 Y 型和 K 型等三种 如图 7 25 所示 其中 T 型是 Y 型的特例 即主支管轴线夹角 A 90 的 Y 型 K 型可视为两个 Y 型的组合 因此下面以 Y 型管节点焊缝为例来说明管节点焊缝的一般探伤方法 Y 型管节点焊缝如图 7 26 a 所示 由主支管组成 工程上一般主管直径 D1 600 200mm 壁厚 t1 18 80mm 支管直径 D2 400 900mm 壁厚 t2 12 60mm 主支管夹角 20 90 19 Y 型管节点焊缝结构不规则 主支管曲率半径小 坡口开在支管上 用手工焊接而成 如图 7 26 b 焊缝内的缺陷有一定的规律性 统计数据表明 70 的缺陷结构出现在支管侧焊缝熔合区 且大多出现在焊缝根部及中部 因此一般以横波斜探头从支管上进行探伤为主 必要时可从主管上作 辅助探伤 探伤时探头始终尽可能与焊缝保持垂直 2 探测条件的选择 1 探头 由于管节点焊缝的主支管直径较小 探测面曲率较大 因此探头的尺寸小一点好 以便改善耦合效果 常用 10 10 8 12 8 8 等几 种晶片尺寸 又由于不同探测位置的戴面曲率半径不同 如图 7 26 b 所示 所以探头斜楔不要修成与支管表面相吻合的曲面 实践证明 在 y 型管节点焊缝探伤中 采用折射角 45 60 70 的斜探头较好 其中 70 的斜探头缺陷检出率最高 管节点焊缝的主支管材质晶粒细小 为了提高探伤灵敏度和分辨力 宜选用较高的频率 一般为 5MHz 目前实际探伤中常用的探头有 5PlO lOK2 5 2 0 1 5 5P8 8A70 60 45 5P8 12A70 60 45 等 2 试块 Y 型管节点焊缝探伤中 采用的试块有如图 7 27 所示的对比试块和如图 7 28 所示的模拟试块 对比试块上加工有 1 6 1 6 的槽型人工缺陷 用于调整探伤灵敏度和测试距离 波幅曲线 模拟试块材质 曲率半径 壁厚 同工件 试块上加工有 2 一 4 4 的柱孔 2 一 2 40 横孔和 1 6 1 6 的方槽 用于调节探伤灵敏度 时基线比例和测试距离 波幅曲线 3 耦合剂 Y型管节点焊缝探伤中 一般采用粘度较大的耦合剂 如黄油 浆糊 20 航空滑油等 因为这里的探测面大多是倾斜式 耦合荆粘度 低 易流失 对探伤不利 3 仪器的调整 1 时基线比例调整 在 y 型管节点焊缝探伤中 一般采用声程法调节仪器的时基线比例 不用深度法或水平法调整 因为声程法定位较方便 按 声程法调节时 要事先大致确定探测范围 一般按 1 5 倍跨距声程在 CSK IA 试块或其它试块上调整 2 灵敏度调整 Y 型管节点焊缝探伤前 常利用对比试块或模拟试块来测试距离 波幅曲线 如图 7 29 所示 20 探伤基准灵敏度 探头置于 0 5S 处 将 1 6 1 6 方槽回波调至 100 即可 扫查灵敏度可在基准灵敏度的基础上再提高 6dB 当试块与工件存 在耦合差时 要适当进行补偿 4 缺陷的测定与判别 探头在支管上扫查的方式与平板对接焊缝类似 主要有锯齿形 前后 左右 环绕 转角扫查等 扫查时 波束轴线要垂直焊缝 相邻两次扫查 要有 10 的重叠 扫查速度不大于 150mm s 扫查过程中发现缺陷后 要测定缺陷的位 置 当量大小和指示长度 缺陷位量常用作图法 确定 缺陷指示长度可用 6dB 法 20dB 法或端点峰值法测定 然后根据有关标准评定焊缝的级别 判别焊缝是否合格 在管节点焊缝探伤中 常出现一些伪缺陷信号干扰对缺陷的判别 如图 7 30 所示的主管底波 图 7 31 所示的根部反射回波等 此外 在 Y 型管节点焊缝探伤中 存在探测布道的 死区 如图 7 32 所示 死区 的大小与探头的折射角有关 折射角增大 死区 1 区变小 2 区变大 采用不同折射角探头探伤或从主管上进行辅助探伤可以减少 死区 三 T 型焊缝探伤三 T 型焊缝探伤 1 T 型焊缝结构及探伤方法 T 型焊缝由翼板和腹板焊接而成 坡口开在腹板上 如图 7 33 所示 对于 T 型焊缝常采用以下方式进行探伤 21 1 采用直探头在箕板上是进行探测 如图中探头位置 1 用于探测 T 型焊缝中腹板与翼板间束焊透或翼板侧焊缝下层状撕裂等缺陷 2 采用斜探头在腹板上利用一 二次波 进行探测 如图中探头位置 2 此方法与平板对接焊缝探伤方法相似 3 采用斜探头在翼板外侧或内侧进行探测 如图中探头位置 3 探头于外侧时利用一次波探测 探头于内侧时利用二次波探测 比较而 言 外侧一次波探测灵敏度高 定位方便 不但可以检测纵向缺陷 而且可以检测横向缺陷 不足之处在于外侧看不到焊缝 探测前要先测定并 标出焊缝的位置 对于图 7 34 所示的角接接头 探测方法与 T 型接头类似 可采用直探头从端面探测 也可采用斜探头从腹板两面进行探测 2 探测条件的选择 1 探头 采用直探头探伤时 探头的频率为 2 5MHz 探头的晶片尺寸不宜过大 因为翼板厚度有限 晶片尺寸小 可以减少近场区长度 常用 的直探头有 2 5P10z 2 5P14z 等 采用斜探头探伤时 斜探头的频率为 2 5 5 0MHz 在腹板上探伤的探头折射角根据腹板厚度来选择 见表 7 8 扳厚较小时 选用大 K 值探头探 伤 目的在于避免近场区探伤 表 7 8 腹板厚度与折射角表 7 8 腹板厚度与折射角 翼板外侧探伤 常用斜探头的折射角为 45 探伤角接接头的斜探头的折射角一般也为 45 2 耦合剂 T 型焊缝探伤中 常用的耦合剂有机油 浆糊等 3 仪器的调整 1 时基线比例调整 直探头探伤时 利用 T 型焊缝的翼板或试块调整 斜探头探伤时 调整方法同平板对接焊缝 2 灵敏度调整 直探头探伤时 利用翼板底波或平底孔试块调整灵敏度 灵敏度要求同管座角焊缝 斜探头探伤时 按平板对接焊缝的方法调节 4 扫查探测 1 确定焊缝的位置 在丁型焊缝外侧探伤时 焊缝位置不可见 探伤前要在翼板外侧测定并标出腹板的中心线及焊缝的位置 方法如下 斜探头在焊缝两侧移动 使焊角反射波在示波屏上同一位置出现 如图 7 35 所示 同时标记两探头前沿的位置和二者的中点 用同样的方法确定 另一中点 则这两个中点的连线就是中心线 然后根据腹板厚度标出焊缝的位置 22 此外 也可用直探头来确定腹板中心线和焊缝位置 方法与斜探头类似 不同的地方是探头位置由底波下降一半来确定 2 扫查方式 直探头探伤时 探头应在焊缝及热影响区内扫查 斜探头探伤时 探头需在焊缝两测作垂直于焊缝的锯齿形扫查 每次移 动的间距不大于晶片直径 同时在移动过程中作 10 15 转动 为探测焊缝中的横向缺陷 探头还应沿焊缝中心线进行正反方向的扫查 5 缺陷的判别 采用直探头探伤时 要注意区分底波与焊缝中未焊透和层状撕裂 发现缺陷后确定缺陷的位置 指示长度和当量大小 斜探头探伤时 探头在焊缝两侧沿垂直于焊缝方向扫查 焊角反射波强烈 当焊缝中存在缺陷时 缺陷波一般出现在焊角反射波前面 如图 7 36 所示 焊缝中缺陷位置 当量大小和指示 长度的测定方法同平板对接焊缝 焊缝质量分级和验收可参照平板对接焊缝 第四节