板材对接焊缝超声波检测工艺毕业论文究极版

1、 毕业设计报告（论文）(2015届)题 目： 板材对接焊缝超声波检测工艺 所 属 系： 机电与汽车工程学院 班 级： 无损检测1221 学 生 姓 名： 楚超杰 学 号： 同 组 成 员： 周梅、彭威、张文炜 指 导 教 师： 徐敬岗 摘要：承压设备所用材料有板材、管材、棒材、锻件、铸件及型材等,其中最重要且数量大的应为板材。通过焊接的方法使一块或多块板材拼接到一起，而板材焊接质量的检验主要是通过超声检测技术完成的。本文针对板材对接焊缝在实际应用中发现的问题以及对JB/T4730.3-2005标准的理解，论述超声检测的物理基础、超声检测的设备和工艺参数。根据板材对接焊缝中缺陷类型，编制板材对接

2、焊缝超声检测工艺规程和具体板材的检测专用工艺卡，使焊接质量有更好的保证。根据给定的板材焊缝，通过实验检测该焊缝缺陷，详细介绍了试块选用、设备调试、现场探伤的常见问题及解决方法，并通过CSK-IIIA试块对试验中检测到的缺陷进行了等级评定并编制工艺卡。关键词： 焊缝 超声波探伤 试块 缺陷Abstract：Pressure equipment materials plate, pipe, steel rolling, forging, casting and profiles, such as one of the most important and large quantities shal

3、l be the plank. Make one or more by using the method of welding plate joining together together, and plank welding quality inspection is mainly done by ultrasonic testing technology. Plate butt weld in the practical application, this paper found the problem and the understanding of standard JB/T4730

4、.3-2005, this paper ultrasonic testing of the physical basis, ultrasonic testing of the equipment and process parameters. Depending on the type of plate in butt weld defects, plate butt weld ultrasonic testing procedure and specific detection of special process card, make the welding quality is bett

5、er.According to the plate given by the experimental detection of weld, the weld defects, introduces in detail the common problems of test block selection, equipment commissioning, on-site inspection and solving methods, and block of defect test detected on the rating and the preparation of process c

6、ard by CSK-IIIA test.Key Words: Weld Ultrasonic testing Block Defect 目录第一章 前言11.1选题的背景及意义11.2超声检测技术的发展历程及现状11.2.1国际超声检测技术发展历程和现状21.2.2我国超声无损检测发展现状2第二章 超声波检测物理基础32.1超声波32.2超声波检测优缺点32.2.1超声波检测方法的优点32.2.2超声波检测方法的局限性32.3超声波检测原理42.4超声波垂直入射到界面的反射和透射42.4.1单一界面的反射率和透射率42.4.2薄层界面的反射率和透射率52.4.3声压往复透射率5第三章 超声检

7、测的设备及器材63.1超声检测的设备与器材63.2超声探伤仪63.3探头73.3.1压电效应73.3.2探头的种类和结构73.3.3探头型号73.3.4探头的选择83.3.5探头的移动范围83.3.6探头的扫查方式93.4耦合剂103.5试块103.5.1试块的作用103.5.2试块的分类113.5.3焊接探伤常用试块列举113.6超声波检测分类12第四章 板材144.1焊缝中常见缺陷144.1.1外观形状缺陷：144.1.2内部缺陷144.2影响缺陷定位的主要因素164.2.1仪器的影响：164.2.2.探头的影响：164.2.3.工件的影响：164.2.4 .操作人员的影响：17第五章 焊

8、缝超声检测的工艺规程185.1 检测面的修整185.2仪器的调整过程185.2.1按深度1:1调节扫描速度18 5.2.2调起始灵敏度185.2.3 测定探头的前沿距离L0值和K值18 5.2.4 时基线的调节195.2.5 绘制距离波幅曲线195.2.6 缺陷的扫查及评定:195.2.7缺陷评定与检验结果分级205.2.8 清理现场205.3超声波检测工艺卡20第六章 总结22参考文献23致谢24第一章 前言1.1选题的背景及意义钢铁材料是工程上所使用的最重要的材料之一，应用范围极其广泛。焊接是各种工业生产和国防建设等领域不可缺少的先进制造技术，在世界范围内，发达国家利用焊接方法来加工的钢材

9、已超过钢材总产量的一半，由于钢焊接其性能出众和经济效果显著等特点，在焊接中的应用越来越广泛，成为国内外众多研究者和工程人员重点研究的方向。焊接是指通过加热或加压，或两者兼用，而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。钢制对接焊缝焊接以其强度高、重量轻、塑性和韧性好、材质均应，制造方便、密封性好等优异特点，已经得到了非常广泛的应用。超声检测是五大常规无损检测技术之一，也是目前国内外应用最广泛、使用频率最高而且发展较快的一种无损检测技术。超声检测是产品制造中实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产效率的重要手段，也是设备维护中不可或缺的手段之一。超声检测是检测焊接接头缺陷并为

10、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。超声波探伤的原理是通过对被测物体发射超声，然后利用其反射、多普勒效应、透射等来获取被测物体内部的信息并经过处理形成图像。目前应用最多的是反射法。 反射法是基于超声波在通过不同声阻抗组织界面时发生较强反射的原理工作的，声波在从一种介质传播到另外一种介质的时候在两者之间的界面处会发生反射，而且介质之间的差别越大反射就会越大，所以对一个物体发射出穿透力强、能够直线传播的超声波， 然后对反射回来的超声波进行接收并根据这些反射回来的超声波的先后、幅度等情况就可以判断出这个组织中含有的各种缺陷的大小、分布情况以及各种介质之间的对比差别程度等信息，从而判断

11、出该被测物体是否有异常。本文针对中厚板对接焊缝进行超声A扫描检测和动态波形分析，广泛适用于焊接接头的检测。随着社会日新月异的发展和进步，许多大型设备，大型储油罐，大型刚结构的运用，对接焊越来越广泛运用，工程上对对接接头焊缝的要求越来越高。目前对于这种焊接形式，普遍的检测方式是采用超声检测。1.2超声检测技术的发展历程及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。无损检测 NDT （Non-destructive testing），就是利用声、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

12、判定被检对象所处技术状态（如合格与否、剩余寿命等）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测（RT)、超声检测(UT)、磁粉检测（MT）和渗透检测（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。1.2.1国际超声检测技术发展历程和现状无损检测技术已经历一个世纪，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)作为五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

13、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无损探伤（Nondestruction Inspection NDI）和无损检测（Nondestructive testing NDT）向无损评价（Nondestructive Evauation NDE）过渡。无损探伤，无损检测和无损评价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要求。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

14、声无损评价是超声检测发展的最高境界，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。1.2.2我国超声无损检测发展现状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，已经取得了许多具有国际先进水平的成果。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自动化、智能化、图象化的进展。2） 专业无损检测

15、人员相对较少，现有无损检测设备利用率低。我国无损检测技术经过40年的发展，虽然应用已经遍及近30个系统领域，直接从事无损检测技术方面的人员已近20万左右，但是高技术专业人员较少。3） 重视对无损检测技术领域的信息技术应用。当信息技术和无损检测结合以后，人们就可以最大限度地从检测过程中获取大量信息。第二章 超声波检测物理基础2.1超声波超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。机械振动在介质中的传播过程叫做波，人耳能够感受到频率高于20赫兹，低于20000赫兹的弹性波，所以在这个频率范围内的弹性波又叫声波。频率小于20赫兹的弹性波又叫次声波，频率高

16、于20000赫兹的弹性波叫做超声波。次声波和超声波人耳都不能感受。2.2超声波检测优缺点2.2.1超声波检测方法的优点1）适用于金属、非金属、复合材料等多种材料制件的无损评价。2）穿透能力强，可对较大厚度范围的试件内部缺陷进行检测，可进行整个试件体积的扫查。如对金属材料，既可检测厚度12mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件。3）灵敏度高，可检测材料内部尺寸很小的缺陷。4）可较准确地测定缺陷的深度位置，这在很多情况下是十分需要的。5）对大多数超声技术的应用来说，仅需从一侧接近试件。6）设备轻便，对人体及环境无害，可作现场检测。2.2.2超声波检测方法的局限性1）由于纵波脉冲反射法存在的盲

17、区，以及缺陷取向对检测灵敏度的影响，对位于表面和非常近表面的延伸方向平行于表面的缺陷常常难于检测。2）试件形状的复杂性，如小尺寸、不规则形状、粗糙表面、小曲率半径等，对超声检测的可实施性有较大影响。3）材料的某些内部结构，如晶粒度、相组成、非均匀性、非致密性等，会使小缺陷的检测灵敏度和信噪比变差。4）对材料及制件中的缺陷作定性、定量表征，需要检验者较丰富的经验，且常常是不准确的。5）以常用的压电换能器为声源时，为使超声波有效地进入试件一般需要有耦合剂。世界各国出版的无损检测书籍、资料文献中, 超声探伤所占的数量都是首屈一指的。有关资料表明,国外每年大约发表3000篇涉及无损检测的文献资料，全部

18、文献资料中有关超声无损检测的内容约占45%，特别是2000年10月在罗马召开的第十五届世界无损检测会议(WCNDT)收录的663篇论文中，超声检测就占250篇。以上这些都说明超声检测在无损检测中的突出贡献与重要地位和研究势头, 所以超声检测一直以来都是研究的热点。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，在压力容器制造和在役检测工作中得到越来越多的应用。2.3超声波检测原理超声检测技术中对缺陷评定的三大关键内容是缺陷的定位、定量和定性。缺陷定位与定量方法已较成熟,而对缺陷定性仍存在许多实际困难。目前,在原位检测中应用最广泛的是A型超声脉冲反射式检

19、测仪,根据其示波屏显示的缺陷回波静态波形与动态波形,再结合具体产品或材料特点和制造工艺等来评估缺陷的性质。缺陷的超声波反射特性取决于缺陷的取向和几何形状、相对超声波传播方向的长度和厚度、缺陷的表面粗糙度、缺陷内含物以及缺陷性质等,还与所用超声检测系统特性有关,因此,超声检测中获得缺陷的超声响应是一个综合响应。如何观察波形并把反映缺陷性质的有用信息从综合响应中分离出来,这对缺陷的定性评定尤为重要。超声波探伤的原理是通过对被测物体发射超声，然后利用其反射、多普勒效应、透射等来获取被测物体内部的信息并经过处理形成图像。目前应用最多的是反射法。 反射法是基于超声波在通过不同声阻抗组织界面时发生较强反射

20、的原理工作的，声波在从一种介质传播到另外一种介质的时候在两者之间的界面处会发生反射，而且介质之间的差别越大反射就会越大，所以对一个物体发射出穿透力强、能够直线传播的超声波， 然后对反射回来的超声波进行接收并根据这些反射回来的超声波的先后、幅度等情况就可以判断出这个组织中含有的各种缺陷的大小、分布情况以及各种介质之间的对比差别程度等信息，从而判断出该被测物体是否有异常。2.4超声波垂直入射到界面的反射和透射超声波从一种介质入射到另一种介质中，在两种介质的分界面上，一部分能量返回原介质内，称为反射波。另一部分能量透过界面在另一种介质中传播，称为透射波。在界面上声能（声压、声强）的分配和传播方向的变

21、化都遵循一定的规律。2.4.1单一界面的反射率和透射率当超声波垂直入射到光滑平界面时，将在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波，在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波。反射波与透射波的声压是按一定规律分配的。这个分配比例由声压反射率和透射率来表示。如图2.1所示图2.12.4.2薄层界面的反射率和透射率超声检测时，经常遇到耦合层和缺陷薄层等问题，这些都可归结为超声波在薄层界面的反射和透射问题。此时，超声波是由声阻抗为Z1的第一介质入射到Z1和Z2界面，然后通过声阻抗为Z2的第二介质薄层射到Z2和Z3界面，最后进入声阻抗为Z3的第三介质。超声波通过一定厚度的异质薄层时，反射和透射情况

22、与单一的平界面不同。异质薄层很薄，进入薄层内的超声波会在薄层两侧界面引起多次反射和折射，形成一系列的反射波和透射波。2.4.3声压往复透射率在超声波但探头检测中，探头兼做发射和接受超声波，探头发出的的超声波透过界面进入工件，在固气底面产生全反射后再次通过同一界面被探头接受。声压往复透射率高低直接影响检测灵敏度高低，往复透射率高，检测灵敏度高，反之，则低。第三章 超声检测的设备及器材3.1超声检测的设备与器材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有效进行检测的保证。3.

23、2超声探伤仪超声波探伤仪是超声检测的主体设备，它的主要作用是产生电振荡并施加于换能器（探头）上，激励探头发射超声波，同时接受来自探头的电信号，将其放大后以一定方式显现出来，从而得到被检工件中有关缺陷的信息。超声检测仪按其指示参量可以分为三类：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，因其灵敏度低，且不能确定缺陷位置，目前已经很少用。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，但由于只适合检查与检测面平行的缺陷，目前已经很少使用。第三类指示脉冲波的幅度和运行时间，称为脉冲波检测仪

24、。这类仪器通过探头向工件周期性的发射一持续时间很短的脉冲波，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，接受从工件中衍射回来的脉冲波信号，称为衍射时差法超声波检测。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型脉冲反射式超声波检测仪是使用范围最广的，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，探伤仪的屏幕横坐标代表声波的传播距离，纵坐标代表

25、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型显示是一种图像显示，屏幕的横坐标代表探头扫查轨迹，纵坐标代表超声波的传播距离，因而可直接的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型显示也是一种图像显示，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候，屏幕上显示出被探工件内部缺陷的平面图像，但不能显示缺陷的深度。目前，探伤中广泛使用的超声探伤检测仪都是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外，根据采用的信号处理技术，超声检测仪还可以分为数字机和模拟机。目前使用的超

26、声检测仪大多数是数字机。3.3探头超声波探头是组成超声波检测系统的重要组件之一。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、主要性能结构及选择。3.3.1压电效应某些晶体材料在交变拉压作用下，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，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。3.3.2探头的

27、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。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 双晶探头只要用于探伤近表面缺陷。 聚焦探头种类较多。3.3.

28、3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。3.3.4探头的选择 K值的选择，探头K值的选择应从以下三个方面考虑：（1）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。设工件厚度为T，焊缝上下宽度的一半分别为a和b，探头K值为K，探头前沿长度为L0，则有： K（a+b+L0）/T 一般斜探头K

29、值可根据工件厚度来选择，较薄厚度采用较大K值，如814厚度可选K3.0K2.0探头,以便避免近场区探伤，提高定位定量精度；较厚工件采用较小K值，以便缩短声程，减小衰减，提高探伤灵敏度。如1546厚度可选K2.0K1.5探头，同时还可减少打磨宽度。在条件允许的情况下，应尽量采用大K值探头。探头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。3.3.5探头的移动范围焊缝两侧探测面探头移动区的宽度P一般根据母材厚度而定,如图3.1。图3.1 探头移动区和检测区厚度为8 46mm的焊缝采用单面两侧二次波探伤，探头移动区宽度为： P 2KT+50

30、 (mm) 厚度为大于46mm的焊缝采用双面两侧一次波探伤，探头移动区宽度为： P KT+50 (mm) 式中K-探头的K值；T-工件厚度。工件表面的粗糙度直接影响探伤结果，一般要求表面粗糙度不大于6.3mm，否则应予以修整。3.3.6探头的扫查方式a锯齿型扫查如图3.2探头以锯齿的路线进行运动，每次前进的齿距不得超过探头晶片直径，间距过大会造成漏检。为发现与焊缝成一定角度的倾斜缺陷，探头在做前后锯齿运动时，可同时作 1015转动。 图3.2 锯齿型扫查b斜平行和平行扫查为了发现并检出焊缝或热影响区的横向缺陷，可将探头沿焊缝两侧边缘与焊缝成一定角度（1030）做斜平行扫查，见图3.3。对于磨平

31、的焊缝可直接在焊缝及热影响区作平行移动，见图3.4。 图3.3 斜平行扫查 图3.4 平行扫查c其他方式扫查:1）左右扫查与前后扫查：当用锯齿扫查发现缺陷后，可用左右扫查与前后扫查找到缺陷的最大回波，用左右扫查来确定缺陷沿焊缝方向的指示长度；用前后扫查来确定缺陷的水平距离或深度。2）转角扫查：发现缺陷后用转角扫查可以大致推断缺陷的方向。3）环绕扫查：发现缺陷后用环绕扫查可以大致推断缺陷的形状。用此种方法扫查时，如果单一回波的高度变化不大，则可判断为点状缺陷，如果回波的高度变化较大，则可判断为面积缺陷。3.4耦合剂超声耦合剂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

32、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为耦合剂。耦合剂可填充探头与工件间的空间间隙，使超声波能够传入工件，这是耦合剂的主要目的。耦合剂还有减少摩擦的作用。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。液浸检测中常用水作为耦合剂，使用时可以加入润湿剂和防腐剂等。甘油优点是声阻抗大，耦合效果好，缺点是要用水稀释，容易使工件形成腐蚀坑，价格昂贵。机油和变压器油的附着力、粘度、润湿性都较适当，也无腐蚀性，价格又不高，因此是最常用的耦合剂。化学糨糊耦合效果比较好，也是一种常用的耦合剂。3.5试块试块是按一定用途设计制

33、作的具有简单几何形状的人工反射体的式样。试块和仪器、探头一样，是超声探伤中的重要工具。3.5.1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。B.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直接的比例关系，即扫描速度，以便对缺陷进行定位。C.测试探头性能超声波探伤仪和探头的一些性能，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值都是利用试块来测试的。D.评判缺陷的大小利用某些试块绘出的距离-波幅-当量-曲线来对缺陷定量是目前最常用的方法之

34、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。此外还可以利用试块测量材料的声速、衰减性能等。3.5.2试块的分类按试块来历分为：标准试块和对比试块。标准试块具有规定的材质、标准状态、几何形状和尺寸，可用以评定和校准超声检测设备。标准试块通常由权威机构讨论通过，其特性与制作要求有专门的标准规定。标准试块的材料、热处理状态、表面粗糙度、外形和尺寸要求均有要个的规定。材料应易于加工，不易腐蚀变形，具有良好的声学性能。制作时，应确认材质均匀、无杂质、无影响缺陷。标准试块外形加工的平行度、垂直度和尺寸精度均应经过严格检验并符合图样要求，尺寸允许公差一半在0.1mm以内，检测面的表面粗糙

35、度一般应优于Ral.6um。按试块上人工反射体分：平底孔试块、横孔试块和槽型试块等。 3.5.3焊接探伤常用试块列举CSK-IA试块 CSK-IA试块是JB1152-1981锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声检测中规定的标准试块。CSK-IA试块较多用于焊缝横波检测。试块 试块是标准试块其结构如图3.5所示。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。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。结构如图3.6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

36、能相近或相同。图3.5 试块图3.6 RB-2试块3.6超声波检测分类超声波探伤作为无损检测的一种重要手段，在工业上已经获得广泛的应用。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、工件的形状和缺陷类型、实现探伤的手段等都不同，所以从不同的方面出发，就可以按不同的归纳方式分类。如按自动化程度不同可以分为自动化探伤、半自动化探伤、手工探伤；按缺陷在屏幕上显示的方式可以分为显示缺陷深度反射波幅度的A型显示、显示在横截面上缺陷的形状和分布情况的B型显示、显示水平截面上缺陷形状和分

37、布情况的C型显示。所以，想要把探伤的方法按一种格式严格的分类是不可能的，现仅就常用的金属超声波探伤方法综合归纳于下，如图3.7。图3.7 第四章 板材4.1焊缝中常见缺陷焊接过程中在焊接接头中产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象称焊接缺陷。焊缝常见的缺陷有：4.1.1外观形状缺陷：主要有咬边、焊瘤、凹坑、未焊满、烧穿、成形不良、错边、塌陷、表面气孔、弧坑缩孔，各种焊接角变形、波浪变形等，这些缺陷存在将对超声波探伤缺陷判断产生影响，因此，在对焊缝进行超声波探伤前，必须先对工件焊缝外观进行检查，发现有上缺陷时应尽量设法清除。4.1.2内部缺陷主要有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等，这些缺陷是

38、超声波探伤的检测对象，检测的目的就是要发现这些缺陷。从事超声波探伤的人员必须了解其产生的特点、分布规律和对超声波的反射特性。(1)气孔焊接时，熔池中的气体在金属凝固前未能逸出，残留在焊缝中形成的空穴，气孔的产生原因有焊接工艺因素，也有熔焊冶金因素等。产生气孔的气体可能是熔池外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的。其气体的成份有氮、氧、一氧化碳和水蒸汽等。熔焊中的气孔多为氢气孔和一氧化碳气孔。气孔可存在于焊缝中各不同部位，有单个、多个、密集和链状气孔等情况出现，其形状大多为球状，也有条状或针状气孔。(2)夹渣焊后残留在焊缝中的焊渣称夹渣。是由熔池中熔化金属的凝固速度大于熔渣的流动速度时，熔

39、渣未能及时浮出熔池而形成，主要存在于焊道之间和焊道与母材之间。由焊接冶金反应产生的，焊后残留在金属中的微观非金属杂质（如氧化物、硫化物等）称夹杂物。钨极惰性气体保护时由钨极进入到焊缝钨粒称夹钨。(3)未焊透焊接时接头根部未完全熔透的现象，对对接焊缝也指焊缝深度未达到设计要求使焊缝金属没有进入接头根部的现象，称未焊透。是由于焊接电流小，熔深浅，坡口和间隙尺寸不合理，钝边太大；磁偏吹影响，焊条偏芯度太大，层间及焊根清理不良等原因产生。未焊透均存在于根部，对双面焊对接焊缝存在于中间。(4)未熔合熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化结合的部分称未熔合，是由焊接电流过小，焊接速度过快，焊条角

40、度不对，产生了弧偏吹，焊接处于向下焊位置时，在母材未熔化时已被铁水覆盖，或母材表面有污物或氧化物影响熔敷金属与母材间的熔化结合等原因产生。按未熔合所在位置可分为坡口未熔合，层间未熔合和根部未熔合三种。(5)裂纹在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙，称为焊接裂纹，它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。按裂纹的方向可分为纵向裂纹、横向裂纹、星状裂纹（大多在弧坑处），网状裂纹；按裂纹发生的部位可分为根部裂纹、弧坑裂纹、熔合区裂纹、焊趾裂纹和热影响区裂纹，按裂纹产生的温度可分为热裂纹（如结晶裂纹、高温液化裂纹和多边化裂纹），冷裂纹（如延

41、迟裂纹、淬火裂纹），按裂纹产生原因可分为再热裂纹、层状撕裂等。a.热裂纹热裂纹是焊接过程中焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹，都是沿奥氏体晶界发生开裂。热裂纹中结晶裂纹是焊缝金属在结晶过程中处于固相线附近的温度范围内，由于凝固金属的收缩，而且此时残余的液相不充足，在承受拉伸应力时造成沿晶界开裂。多产生在含硫、磷、碳、硅较多的碳钢及低合金钢，低中合金钢焊缝中，也产生在单相奥氏体钢，镍基合金及某些铝合金焊缝中，结晶裂纹通常产生焊缝金属上，在个别情况下也发生焊接热影响区。热裂纹中高温液化裂纹是由于焊接热循环峰值温度作用下，在焊接热影响区和多层焊的层间金属中如果含有低熔点共晶组成

42、物，即可被重新熔化，当受到一定的拉伸内应力时就会诱发和产生奥氏体晶间开裂，高温液化裂纹多发生在硫、磷、碳等杂质较多的铬镍高强度钢、奥氏钢，某些镍基合金的近缝区或多层焊的层与层之间，在母材及焊丝中，杂质含量越高产生高温液化倾向越大。热裂纹中多边化裂纹是焊缝和近缝区在固相线温度以下的高温区内，由凝固金属中许多晶格缺陷（空穴、错位），物理化学性能不均匀性，组织的疏松、高温强度及塑性低等原因在温度和应力作用下，产生沿着多边化边界开裂。多边化裂纹大多产生在纯金属或单相奥氏体合金焊缝或焊接热影响区。b.冷裂纹冷裂纹是焊接接头冷却到较低的温度以下，大约在钢的马氏体转变温度（即MS或200300的温度区）以下

43、，由于拘束应力，淬硬组织和氢的作用下产生的裂纹，冷裂纹主要发生在低合金钢、中合金钢和高碳钢焊缝的热影响区。延迟裂纹是冷裂纹中一种比较普遍的形态，是钢的焊接接头冷却到室温后，并在一定时间（几小时甚至十几天）才出现的焊接冷裂纹。可在焊接接头的不同部位产生不同的延迟裂纹：产生在沿应力集中的焊缝根部所形成的焊接冷裂纹称焊根裂纹，产生在沿应力集中的焊趾处所形成的焊接冷裂纹称焊趾裂纹，裂纹取向与焊道平行，由焊趾表面向母材深处扩展，产生在靠近堆焊焊道的热影响区内形成的焊接冷裂纹称焊道下裂纹，一般情况下裂纹取向与熔合线平行，也有垂直于熔合线的。c.再热裂纹焊后焊件在一定温度范围再次加热时，由于高温及残余应力的

44、共同作用而产生的晶间裂纹称消除应力裂纹，也称再热裂纹。再热裂纹也是沿晶开裂，但再热裂纹只在较低温度下一定范围内（约550650）敏感，而热裂纹是在结晶过程中的固相线附近发生。再热裂纹多发生在低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢以及镍基合金的焊接接头粗晶段，高强钢厚壁容器焊缝常出现这种再热裂纹。d.层状撕裂焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈阶梯状的一种裂纹称层状撕裂。属低温开裂，撕裂的温度不超过400，产生层状撕裂的原因主要是由轧制钢材内部存在分层状夹杂物（特别是硫化物、夹杂物等）和在焊接时产生垂直于轧制方向的应力，使焊接热影响区产生“台阶”状开裂，可穿晶发展。层状撕裂大多发生在屈服强度

45、高，且含有不同程度夹杂物的高强钢，如厚壁容器、大型结构件等T型接头，十字接头和角接头焊缝母材上（如T型接头的翼板上）比较易于产生层状撕裂。当焊接接头中存在微气孔、微裂纹、咬肉、未焊透等尖角效应缺陷时都可能在应力作用下发生为层状撕裂。4.2影响缺陷定位的主要因素在超声波探伤过程中影响缺陷定位的主要因素有四大类，分别是：仪器，探头，工件及人员。4.2.1仪器的影响：1水平线性的影响：仪器水平线性的好坏对缺陷定位有一定的影响。当仪器水平线性误差较大时，缺陷定位误差大。2仪器水平刻度精度的影响：仪器时基线比例是根据示波屏上水平刻值来调节的，当仪器水平刻度值不准时，缺陷定位误差增大。4.2.2.探头的影

46、响：1声束偏离的影响：探伤时无论是垂直入射还是倾斜入射，都假定波束轴线与晶片几何中心重合，但在制作探头时，波束轴线与晶片几何中心线都会有一定的偏差，所以在探伤前应对波束的偏差情况进行测量，以便对结果进行修正，以提高定位精度2探头双峰的影响：一般探头发射的声场只有一个主声束。远场区轴线上的声压最高，但有些探头性能不好存在两个声束。当发现缺陷时不能判定是哪个主声束发现的，因此也就难以确定缺陷的实际的位置。这样的探头在采购时应加以挑试。3斜契磨损的影响，横波探头在探伤过程中斜契将会磨损，当斜契后面磨损较大时折射角增大，探头K值增大，当斜契前面磨损较大时，折射角减小，探头K值减小，此外探头磨损也会也会

47、使探头入射点发生变化影响缺陷定位，因此在探伤过程中如发现探头磨损时应及时对探头参数进行校准4探头指向性的影响：探头半扩散角小，指向性好，缺陷定位误差小，反之定位误差大。4.2.3.工件的影响：1工件表面粗糙度的影响：工件表面粗糙不仅耦合不好而且由于表面凹凸不平使声波进入工件的时间产生差异，当凹槽深度为r/2时，则进入工件的声波相位正好相反，使进入工件的声波相位正好相反，使进入工件的声波相互干扰形成分叉，从而使定位困难。2工件材质的影响：工件材质对缺陷定位的影响可以从声速和内应力两个方面来说，当工件与试块的材质不同时，就会使K值发生变化，另外工件内应力较大时，将使声波的传播速度和方向发生变化，当

48、应力方向与波的传播方向一致时，若为压缩应力，则应力作用使试件弹性增强，这时声速加快，反之，若为拉伸应力，则声速减慢，当应力与波的传播方向不一致时，质点振动轨迹受应力干扰使波的传播方向发生变化均会影响缺陷定位。3工件表面形状的影响，探测工件曲面时，探头与工件接触有两种情况。一种是平面与曲面的接触，这时为点或线触，握持不当时，探头折射角容易发生变化。另一种是将探头斜契磨成曲面。探头与工件曲面接触，这时折射角和声束形状可发生变化都会影响缺陷定位。4工件边界的影响：当缺陷靠近工件边界时，由于侧壁反射波与直接入射波在缺陷处产生干涉，使声场声压分布发生变化，声束轴线发生偏离，使缺陷定位误差增加。5工件温度

49、的影响：探头的K值一般在室温下测定的，当探测的工件温度发生变化时，工件的声速发生变化，使探头的折射角随之发生变化影响缺陷定位。6工件中缺陷情况的影响：工件内缺陷方向也会影响缺陷定位，缺陷倾斜时，扩散波束入射至缺陷时回波较高，而定位是误以为缺陷在轴线上，从而导致定位不准。4.2.4 .操作人员的影响：1仪器时基线比例的影响：仪器时基线比例一般在试快上调节，当工件与试块的声速不同时，仪器的时基线比例发生变化，影响缺陷定位精度。另外，调节比例时，回波前沿没有对准相应水平刻度或读数不准，但缺陷定位误差增加。2测试入射点k值的影响：横波探伤时，当测定探头的入射点，k值误差较大时，也会影响缺陷定位。3定位

50、方法的影响：横波周向探测圆柱同形工件时缺陷定位与平板不同。若仍按平板工件处理，那么定位误差将会增加。第五章 焊缝超声检测的工艺规程5.1 检测面的修整试件表面状况的好坏，直接影响检测结果，因此，应清除焊接试件表面的飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等。一般用砂轮机、锉刀、喷砂机、钢丝刷、磨石砂纸等对检测面进行修整，表面粗糙度Ra一般不大于6.3um 。焊缝两侧检测面的修整宽度应至少等于探头的移动区。可根据木材厚度、所用探头的K值（或折射角a）和探头的尺寸（A）确定。以P表示跨距，则：P=2TK公式中 K探头的K值,T试件的厚度通常在上述基本原则下，关于检测面修整宽度的具体计算方法，各标准中有不同的规定

51、。按焊缝检测工艺卡中JB/T4730.3-2005中规定：采用直射法检测时，探头移动区应大于等于0.75P，采用一次反射法检测时，探头移动区应大于或等于1.25P 。5.2仪器的调整过程5.2.1按深度1:1调节扫描速度（1） 调节水平旋钮将脉冲左移10mm。（2） 将探头置于CSK-IIIA试块上，选择两个相差一倍的孔，如d=20和d=40的孔，先将探头对准d=20的横孔1mm6mm，找到最高回波，然后用微调旋钮将其前沿调至水平刻度20处。（3） 后移探头，找到d=40mm横孔1mm6mm的最高回波。若此时回波前沿长度所对的水平刻度为y，应求出x=40-y，当x为0时，正好是深度1:1。当x

52、为正值时，用微调旋钮把回波大读数移动到y+2IxI，当x为负时，用微调旋钮将回波向小数移动到y-2IxI。用水平旋钮将回波前沿调至水平刻度40处，这时深度1:1的扫描速度就调好了，d=20mm的横波1mm6mm的最高回波也正对20处。5.2.2调起始灵敏度探头对准d=70mm的横孔1mm6mm，衰减20dB，调节增益旋钮使d=70mm的横孔1mm6mm的最大回波大基准60。5.2.3 测定探头的前沿距离L0值和K值 （1）前沿距离的测定:a 开启仪器后调节相关旋钮，使时基线亮度清晰。b 将探头放在CSK-A试块圆心上，使声束对准R100圆弧面，尽量使声束轴线与试块两侧面相平行。c 调节增益和深

53、度旋钮，使R100圆弧面反射回波出现在荧光屏上易于观察的位置。d 移动探头使R100圆弧面反射回波达到最高，固定探头。e 用直尺测出探头端面到圆弧端面的距离M1 .f 重复de 两步骤，测出M2、M3。并计算出平均值M0则L0=100-M0 ,则距探头端面L0 处为探头的入射点。（2）k值的测定：a 开启仪器调节相关旋钮，使时基线清晰明亮。b 将探头置于CSK-A试块K2 位置附近，使声束对准直径50的横孔，调节增益和深度旋钮，使直径50 的横孔反射回波显示在荧光屏上容易观察的位置。c 移动探头找到直径50 最高反射回波时，固定探头，d 用直尺测量出探头端面到试块端面的距离L1.e 重复cd

54、测出L2、L3。计算出L的平均值L4。则探头K值为：K=(L1+L0-35)/305.2.4 时基线的调节由工艺卡知按深度2:1调节。使CSK-A试块上深度为10mm和20mm的横孔最高回波的前沿分别处于时基线的20和40处。则时基线调节成功。5.2.5 绘制距离波幅曲线步骤如下：a 将探头对CSK-A试块上深度为10mm的横孔，移动探头找到该横孔的最高回波后固定探头，调节增益，使其最高回波的波峰达到荧光屏满深度的80%，并标记在荧光屏上。b 在增益不变的情况下，逐次将探头分别对准深度为20mm、30mm、40mm的各横孔，移动探头分别找到各横孔的最高回波将各个波峰标记在荧光平面上，连接各波峰峰点，绘制出一条曲线。c 按标准JB/T4730.3-2005中规定，以绘制的曲线为基准，分别增益-9Db、-3dB、5dB ，即得