焊缝超声波检测

1、 焊缝超声波检测四川东科管道制造有限公司质检部 宋煜珑2011-11-15焊缝超声检测一、 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，因此作为焊缝检验人员了解一些焊接有关知识是有必要的。利用电能或其他形式的能转化成热能，使接头的金属形成熔化或半熔化状态，通过熔化金属的冶金反应或施加外力等将两母材牢固结合在一起的过程，叫做焊接。1. 熔化焊焊接方法常见有:1) 手工电弧焊;2) 埋弧自动焊;3) 气体保护焊;4) 电渣焊;2. 坡口型式和接头形式:1) 焊接接头形式：主要有对接、角接、搭接和T型接头等几种。2) 常见的坡口型式：型、V型、单V型、U型、X型、双U型、K

2、型等。3) 坡口各部分名称见右图：3. 焊缝中常见缺陷气孔1) 气孔:是在焊接过程中焊接熔池吸收了过量的气体或治金反应产生的气体，在冷却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：焊接前焊条或焊剂未烘干；焊件表面污物清理不净；焊接过程中熔池保护不良等。2) 气孔形状：大多呈球形或椭圆形，也有针孔等其他形状的气孔。3) 气孔种类：单个气孔、链状气孔(多发生在自动焊中)、密集气孔。4. 焊缝中常见缺陷未焊透1) 未焊透：是指母材金属之间未熔化焊合。2) 未焊透产生的主要原因：焊接电流过小、运条速度过快或焊接规范不当（如坡角度过小、根部间隙过小或钝边过大）等。3) 未焊透存在的

3、部位：双面焊中间，单面焊根部，即钝边与钝边之间的未熔化焊合。5. 焊缝中常见缺陷未熔合1) 未熔合：是指填充金属与母材之间或填充金属与填充金属之间未熔化焊合。2) 产生未熔合的主要原因：坡口清理不干净、运条速度过快、焊接电流过小、焊条角度不当等。3) 未熔合存在的部位：坡口未熔合、根部未熔合和层间未熔合。6. 焊缝中常见缺陷夹渣1) 夹渣：是指焊后残留在焊缝金属内部的熔渣或非金属夹杂物。2) 产生夹渣的主要原因：焊接电流过小、焊速过快、焊接过程清渣不干净等。3) 夹渣的存在形式：点状夹渣和条状夹渣。7. 焊缝中常见缺陷裂纹1) 裂纹：是指在焊接过程中或焊后或焊后热处理中，在焊缝或焊接接头热影响

4、区产生的局部破裂或缝隙。2) 按裂纹成因分为：热裂纹、冷裂纹和再热裂纹等。热裂纹是由于焊缝中的低熔点物质在焊接应力作用下产生的；冷裂纹是由于焊缝中存在淬硬组织、焊接应力过高、焊条焊剂中含氢量过高造成的，常在焊缝冷却到一定温度后产生，因此又称为延迟裂纹：再热裂纹一般是焊件在焊后再次加热（消除应力或改善组织的加热过程）而产生的。3) 按裂纹的取向分为：纵向裂纹、横向裂纹、星形裂纹。8. 焊缝中常见缺陷的危害性1) 裂纹、未熔合和未焊透均为平面型缺陷，应力集中程度高，易造成焊接接头破坏，因此危害性较大。而气孔和夹渣是体积型缺陷应力集中程度较低，危害性较小。2) 焊缝中常见缺陷的危害程度的顺序为：裂纹

5、、未熔合、未焊透、夹渣、气孔。二、 对接焊缝超声波检测1. 超声检测技术等级分为A、B、C三个检测级别。原则上根据承压设备产品的重要程度决定。检出概率大小是不同的。A级适用于承压设备有关的支承件和结构件焊接接头检测；B级适用于一般承压设备对接焊接接头检测；C级适用于重要承压设备对接焊接接头检测。A、B、C三种级别主要不同点:1) 适用的厚度范围，A级适用于母材厚度8mm46mm，B级和C级适用于母材厚度8mm400mm。2) 使用的探头数量，A级用1种K值探头，B级用1种或2种K值探头,C级用2种K值探头。3) 检测面，A级为单面单侧，B级C级为单面双侧或双面双侧。4) 对横向缺陷的检测，A级

6、一般不需检测横向缺陷，B级、C级应检测横向缺陷。5) 对焊接接头余高的要求，A级、B级不要求将焊接接头的余高磨平，而C级要求磨平。6) 对扫查区母材的检测，C级要求用直探头对斜探头扫查经过的母材区域进行检测。A级和B级则不需要。2. 检测前准备工作1) 检测前应了解被检对象名称、材质、规格、焊接工艺、热处理情况坡口型式等，并对焊接接头中心位置进行标定。2) 焊接接头外观质量及对接焊缝超声波检测外形尺寸需经检验合格。对有影响检验结果评定的表面形状突变应进行适当的修磨，并做到圆滑过渡。3) 检验面焊接移动区应清除焊接飞溅、锈蚀、氧化物及污垢，必要时，表面进行打磨平滑，打磨宽度至少为探头移动范围。A

7、. 采用一次反射法或串列式扫查探测时，探头移动区应大于1.25P；B. 采用直射法探测时，探头移动区应大于0.75P；P2Ttg=2TK 式中：P跨距；T工件厚度;探头折射角;K=tg。4) 需要除去余高的焊缝，应将焊缝打磨到与邻近母材平齐。3. 检验区域 1) 焊接接头检验区域的宽度应是焊缝本身再加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区域，这个区域最小5mm，最大为10mm。2) 确定检验区域的目的是检验的范围应包括整个焊缝和热影响区。4. 探头扫查速度与检验覆盖率的确定1) 探头扫查速度扫查速度的快慢直接影响到检测信号的获取和检验效率。扫查速度过快会造成因仪器的采样速度所限引起的缺陷漏检

8、；扫查速度过慢则会造成检验效率降低。所以一般超声波检测标准中规定不超过150mm/s。有自动报警装置扫查时,不受此限。2) 检验覆盖率探头的每次扫查覆盖率应大于探头直径的15%。其目的是为了确保检测时超声声束能扫查到工件的整个被检区域。5. 探测条件的选择由于焊缝余高影响及焊缝中裂纹、未熔合、未焊透等危险性缺陷往往与探测面垂直或成一定角度，因此一般采用横波检测。1) 耦合剂的选择耦合剂是施与探头和工件之间的传声介质。他应具有良好的润湿性和透声性能，且无毒、无腐蚀、易清除。目前实际检测中用得最多的是机油与浆糊。CMC是工业浆糊一种，不适用奥氏体不锈钢。2) 探头频率的选择一般选择频率为25MHz

9、。对于板厚较小的焊缝，可采用较高的频率(如钢,壁厚T15mm采用5MHZ)；对于板厚较大，衰减明显的焊缝，应选用较低的频率(如钢,壁厚T15mm采用2.5MHZ) 。3) 探头晶片的选择在考虑到检测灵敏度和声束指向性的同时，一般选择原则为大工件大探头，小工件小探头。4) 探头K值（或折射角）的选择，应从以下4个方面考虑：A. 使声束能扫查到整个焊缝截面；B. 使声束中心线尽量与危险缺陷垂直；C. 保证有足够的检测灵敏度；D. 尽量避免产生变形波。5) 用一、二次波单面探测双面焊时K值应满足：a+b+l0KT式中：a：上焊缝半宽度；b：下焊缝半宽度；l0：探头的前沿距离；T：工件厚度。 K值表达

10、式推导：a:上焊缝宽度一半 b:下焊缝宽度一半lo:探头的前沿距离 T:工件厚度可探部分:d1=T-b/K d2=T-(a+lo)/K d1+d2T代入整理得 K(a+b+lo)/T6) 对于单面焊，b可忽略不计，这时K(a+l0)/T。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，以保证一次波检测，提高判断缺陷准确度和定位定量精度。厚工件采用小K值，以减小声程长度，减小衰减，提高检测灵敏度，同时还可减少打磨宽度。实际检测时一般按下表推荐选择探头。T625254646K3.02.02.51.52.01.07) 探头K值的实测与校验A. 实际检测中，常利用CSKA和CSKA等横通试块来测

11、定探头的K值。B. 检测时要注意，K值常因工件中的声速变化和探头的磨损而产生变化，所以检测前必须在试块上实测值，并在以后的检测中经常校验。C. 单斜探头几个重要性能:声束轴线水平偏离角不应大于20，主声束垂直方向不应有明显双峰；远场分辨力应不小于6dB。（在CSK-IA试块上测试）8) 探测方向的选择:按照所要求的技术等级并根据材质和壁厚选择A. 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：a) 板厚8 T 46mm的焊缝，以一种K值探头用一、二次波在焊缝单面单侧进行检测;b) 板厚T46mm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；c) 板厚46T 120mm的焊

12、缝，B级一般以一种K值探头采用一次波在焊接接头双面双侧进行探测,如受几何条件限制,也可在单面双侧或双面单侧用两种K值探头进行检测；C级一般用两种K值一、二次波在焊接接头双面双侧进行探测。B. 横向缺陷:a) 在已磨平的焊缝及热影响区表面以一种（或两种）K值探头放在焊缝或热影响区上作两个方向的平行扫查；b) 用一种（或两种）K值探头在焊缝两侧边缘作两个方向斜平行探测，声束轴线与焊缝中心线夹角10°20°；c) 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。焊缝侧和面的说明见图:6. 扫描速度（时基线比例）的调节1) 定义：通过调

13、节检测仪使仪器荧光屏的水平刻度与超声波在介质中的传波声程形成一定的比例。2) 扫描速度调节方法分类：根据实际检测的要求，扫描速度通常有三种调节方法，即：声程法、水平法和深度法。在用斜探头探测焊缝时，最常用的是后两种方法。当板厚小于25mm时，常用水平法。当板厚大于25mm时，常用深度法。3) 调节方法:A. 声程法：使荧光屏水平刻度值直接与反射体的声程成比例。常用带有已知半径的圆弧试块来调节，如CSKA、IIW2和半圆试块来调整。B. 水平法：使荧光屏水平刻度值直接与反射体的水平投影距离成比例。常用带有已知水平投影距离的横通孔试块来调节，如 CSK A、 CSK A、 CSKA、半圆试块等来调

14、整。C. 深度法：使荧光屏水平刻度值直接与反射体的垂直深度成比例。常用带有已知垂直深度的横通孔试块来调节，如 CSK A、 CSK A、 CSKA、半圆试块等来调整。7. 距离波幅曲线的绘制与应用1) 定义：缺陷波幅与缺陷大小及距离有关，大小相同的缺陷由于距离的不同，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。2) 距离波幅曲线的分区：距离波幅曲线由评定线、定量线和判废线组成。评定线和定量线之间称为区，定量线和判废线之间（包括定量线）称为区，判废线及其以上区域称为区。不同标准和不同厚度范围和距离波幅曲线的灵敏度有所不同。3) 距离波幅

15、曲线的形式：距离波幅曲线有两种形式。一种是波幅用dB值表示作为纵座标，距离为横座标，称为距离 dB 曲线。另一种是波幅高度表示作为纵座标，距离为横座标，实际检测中将其绘制在荧光屏面板上，称为面板曲线。绘制在荧光屏上的距离-波幅曲线,要求在检测范围内不低于荧光屏满刻度的20%.4) 距离波幅曲线示意图A. 评定线：需进行评定的缺陷最小当量界限；B. 定量线：判定缺陷的大小、长度的控制线；C. 判废线：判定缺陷的最大允许当量控制线;5) JB/T47302005标准对不同厚度范围距离波幅曲线各线灵敏度表试块型式板厚（mm）测长线定量线判废线CSKA8462×4018dB2×40

16、12dB2×404dB461202×4014dB2×408dB2×402dBCSKA8151×612dB1×66dB1×6+2dB15461×69dB1×63dB1×6+5dB461201×66dB1×61×6+10dBCSKA120400d×4016dBd×4010dBd×408. 声能损失差的测定1) 声能传输损失在焊缝检测中，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：1）二者表面粗糙度不同、曲率不同引

17、起的表面耦合损失不同；2）二者材质不同引起的材质衰减不同；3）二者底面状况不同引起的底面反射损失不同（二次波检测）。实际检测中，当用试块调灵敏度对工件进行检测时，为了保证在工件中发现规定大小的缺陷（即使工件中和试块中相同位置、相同大小的反射体具有相同的波幅），应测定试块与工件声能传输损失差，然后进行适当的补偿。2) 声能传输损失差测定方法详见JB/T47302005标准中的附录。9. 探头扫查方式（薄板、中厚板）：在焊缝检测中，扫查方式有多种，常用的扫查方式有以下几种：A. 锯齿形扫查：如右图所示，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

18、缝倾斜的缺陷。此外，每次前进的齿距d不得超过探头晶片直径。这是因为齿距太大，会造成漏检。 B. 左右扫查与前后扫查：如右图所示，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水平距离或深度。C. 转角扫查：利用它可以推断缺陷的方向。D. 环绕扫查：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。2、3、4四种扫查用来观察动态波形和区分真伪缺陷信号，确定缺陷位置、方向和形状。E. 平行或斜平行扫查：为了检验焊缝或热影响区的横向缺陷，对于磨平的焊缝可将斜探头直接放在焊缝上作平行移动；对于有余高的

19、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，如右上图所示，但灵敏度要适当提高。F. 串列式扫查：在厚板焊缝检测中，与探测面垂直的内部未焊透、未熔合等缺陷用单个斜探头很难探出。一般采用两种探头检测，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。如右下图所示。但要注意，这种方式会有探测不到的区域（常称死区），对于死区，可以用单斜探头探测。10. 扫查灵敏度：不低于最大声程处的评定线（EL）灵敏度。11. 缺陷位置的测定1) 检测中发现缺陷，找到最大反射波以后，应根据探头位置及荧光屏上缺陷波的位置来确定缺陷在实际焊缝中的位置。2)

20、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。对接焊缝超声检测常用后两种，即水平定位法和深度定位法：A. 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1：1调节扫描速度，那么荧光屏上缺陷波前沿所对的水平刻度f就是缺陷的水平距离lf 。用一次波检测发现缺陷时lf=fdf= lf /K用二次波检测发现缺陷时lf=fdf= 2Tlf /K式中：K探头的K值，Ktg 。B. 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。若仪器按水平1：1调节扫描速度，那么荧光屏上缺陷波前沿所对的水平刻度读数hf就是缺陷至探测面

21、的深度df 。用一次波检测发现缺陷时df =hflf = K df用二次波检测发现缺陷时df= 2T hflf=Khf12. 缺陷大小的测定1) 缺陷波幅与指示长度的测定：检测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：找最大反射波,以SL±dB表示.JB/T4730标准指示长度测定规定：当缺陷反射波只有一个高点时，且在区及以上用6dB法测其指示长度；当缺陷波峰值起伏变化有多个高点，且端部波高位于区及以上时，用端点6dB法测其指示长度; 当缺陷波位于区时，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：JB/T47302005

22、标准规定，相邻两缺陷在一直线上，其间距其中较小缺陷长度时，应作为一条缺陷处理,以两缺陷长度之和作为其指示长度（间距不计入缺陷长度）。缺陷指示长度小于10mm者，按5mm计。13. 曲面工件（直径500mm）1) 可尽量按平板对接接头的检测方法进行检测；2) 纵缝检测时，对比试块的曲率半径与检测面曲率半径之差小于10%；3) 环缝检测时，对比试块的曲率半径应为检测面曲率半径的0.91.5倍。14. 焊缝质量评定1) 缺陷大小测定以后，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。2) JB/T47302005标准将焊缝质量级别分为：、等三级，其中级质量最高，级质量最低。具体分级

23、规定如下：A. 焊缝中不允许存以下缺陷：i. 反射波幅位于判废线和区者；ii. 反射波幅位于判废线和区者。B. 位于区的缺陷按下表评定焊缝的质量级别。C. 位于区的非危害性缺陷评为级。JB/T47302005区缺陷级别评定表级别板厚（mm）单个缺陷指示长度（mm）多个缺陷累计长度（mm）8120T/3（最小为10，最大不超过30）任意9T长度范围内不超过T（JB115281：2T范围内不超过T/3）120400T/3（最大50）81202T/3（最小12，最大40）任意4.5T长度范围内不超过T（JB115281：2T范围内不超过2T/3 ）120400最大75超过级者注：1）板厚不等的焊缝，

24、以薄板为准；2）当焊缝长度不足9T（）或4.5T（）时，可按比例折算。折算后其值小于单个缺陷指示长度时,以单个缺陷指示长度为准。15. 焊缝质量评定（分4个步骤）1) 反射波幅；2) 定为裂纹等危害缺陷为级；3) 单个缺陷指示长度：I：1/3T；II：2/3T；4) 多个缺陷累计指示长度：I：任意9T焊缝长度范围内L不超过T；任意4.5T焊缝长度范围内L不超过T。I区缺陷不计入。焊缝长度不足9T或4.5T，可按比例折算。当折算后的缺陷累计指示长度小于单个缺陷指示长度时，以单个缺陷指示长度为准。 16. 举例说明例1 用K2探测T40mm的焊缝，仪器按深度1：1调节，试块衰减系数不计，工件衰减系

25、数相差不大，二者耦合差为3dB， 在CSKA试块上测得不同深度处1×6的dB值如下：d（mm）1020304050607080901×6（dB）4139363331292725231) 如何调节扫查灵敏度？调节扫查灵敏度（二次波检测），不低于最大声程处评定线灵敏度。评定线灵敏度为1×6 -9 dB，考虑耦合差3 dB，应为1×6 -12 dB。2) 检测时在f80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？缺陷的当量和区域：求出定量线（1×63dB）在f 80的dB读数25-3-3=19dB；缺陷大于定量的dB：

26、25-196dB即为SL+6 dB，在区。例2 检测T90mm的对接焊缝，在270mm长度范围内发现相邻间距12mm的以下条状缺陷：2×401dB长35mm一个，2×405dB长8mm三个，2×4012dB长5mm二个，试据JB47302005标准评定该焊缝质量级别。解：1）缺陷所处区域T90mm，定量线为2×408dB，判废线为2×402dB缺陷2×401dB：35mm，一个，位于区，计长。缺陷2×405dB：8mm，三个，位于区，计长。缺陷2×4012dB：5mm，二个，位于区，不计长。2）焊缝质量级别评定由已

27、知得T/390/330mm，2T/360mm，取40,各缺陷相邻间距12mm，按单个缺陷可评II级. 4.5T范围多个缺陷累计总长为Lf=5×33550mm，270mm所允许的缺陷长度:X=270×T/4.5T=60，50mm<60mm，所以，该焊缝质量级别为级。例3 检测T40mm的对接焊缝，发现一缺陷，其当量为2×402dB长10mm，试据JB/T47302005标准评定该焊缝质量级别。解：T40mm，定量线为2×4012dB，判废线为2×404dB，该缺陷当量为2×402dB。所以，该缺陷位于区，此焊缝评为III级，需要返

28、修。三、 管座角焊缝检测1. 管座角焊缝检测1) 结构特点与检测方法：管座角焊缝的结构型式有插入式和安放式（或称鞍座式）两种。插入式管座角焊缝是接管插入筒件内焊接而成，如右图所示，可采用以下几种方式探测。A. 采用直探头在接管内壁进行探测，如下图中探头位置1。B. 采用斜探头在容器筒体外壁利用一、二次波进行探测，如右图中位置2。C. 采用斜探头在接管内壁利用一次波探测，如右图中位置3。也可以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筒体上焊接而成如右图所示，可采用以下几种方式探测：A. 采用直探头在容器筒体内壁进行探测，如右图中探头位置1。B. 采用斜探头在接

29、管外壁利用二次波进行探测，如右图中位置2。C. 采用斜探头在接管内壁利用一次波进行探测，如右图中位置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值探头在筒体内壁沿焊缝方向进行正反两个方向探测。2) 探测条件的选择A. 探头：探测频率一般选2.55.0MHz。采用单晶直探头或双晶直探头探测时，由于容器或接管表面为曲面，探头表面为平面，二者接触面小，耦合不良。为了实现较

30、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W2R，式中R为探测面曲率半径。采用斜探头探测时，探头与工件接触面尺寸应满足以下要求：a（或b）=D/2，式中：a斜探头接触面长度（周向探测时）；b斜探头接触面宽度（轴向探测时）；D探测面曲面直径。B. 管座角焊缝检测中，常用的耦合剂有机油、化学浆糊等。探测面应打磨平整光滑Ra6.3m。C. 试块：直探头检测中，常用平面平底孔试块或曲面平底孔试块。斜探头检测用试块与平板对接焊缝检测试块相同。3) 仪器的调整A. 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CSKA或IIW2试块调整时基线比

31、例，使最大探测声程位于仪器时基线后半部分。B. 灵敏度调整：直探头探测时，常利用工件的圆柱曲底面来调整。具体调整方法同锻件检测。此外也可以利用曲底面平底孔试块来调整。直探头检测灵敏度不低于2平底孔。斜探头检测时，按平板对接焊缝检测中的方法来调整。4) 距离波幅曲线直探头检测时，平底孔距离波幅曲线可在CS1或CS2试块上测试，距离波幅曲线的灵敏度按下表确定。标 准GB1134589JB/T47302005JB314482ABC评定线（EL）322236dB定量线（SL）43333判废线（RL）64666采用斜探头检测时，距离波幅曲线的测试同平板对接焊缝。5) 缺陷的测定检测过程中发现超过定量线的

32、缺陷，要测定缺陷的位置、当量大小和指示长度。缺陷当量大小：直探头检测时，可用当量计算法或试块比较法来确定。斜探头检测时，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JB/T47302005、GB1134589标准规定管座角焊缝质量评定方法同平板对接焊缝。2. 管节点焊缝检测1) 管节点焊缝的结构与检测方法管节点焊缝的结构型式有多种，归纳起来基本型式有

33、T型、Y型和K型，如右图所示，其中T型是Y型的特例，即主支管夹角90°的Y型。K型可视为两个Y型的组合因此下面以Y型为例来说明管节点焊缝的一般检测方法。Y型管节点焊缝，由主支管组成。工程上一般主管直径D16001200mm，壁厚t1=1880mm。支管直径D2400900mm，壁厚t2=1260mm。主支管夹角20°90°。如下图所示: 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，焊缝内的缺陷有一定的规律性，统计数据说明，70%的缺陷结构出现在支管侧焊缝熔合区，且大多数出现在根部及中部。因此一般以横波斜探头从支管上进检测为主，必要时

34、可从主管上作辅助检测。检测时探头始终尽可能与焊缝保持垂直。 2) 探测条件的选择A. 探头：由于管节点焊缝主支管直径较小，探测面曲率较大，因此探头的尺寸应选小一些，以便改善耦合效果；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；频率一般选5MHz。B. 试块：常选用对比试块和模拟试块。对比试块上加工有1.6×1.6的槽型人工缺陷，用于调整检测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24×4的柱孔22×40横孔和1.6×1.6的方槽。用于调整检测灵敏度、

35、时基线比例和测试距离波幅曲线。C. 耦合剂：一般选择粘度较大的耦合剂，如黄油、浆糊、20航空润滑油等。3) 仪器的调整A. 时基线比例调整：一般采用声程定位法；B. 灵敏度调整：常利用对比试块和模拟试块来测试距离波幅曲线，进而确定检测灵敏度。4) 缺陷的测定与判别探头在支管上的扫查方式与平板对接焊缝类似。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。缺陷位置常用作图法确定。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。四、 T型焊缝检测1. 结构及检测方法T型焊缝由翼板和腹板焊接而成，坡口开在腹板上，如下图1所示。对于T型

36、焊缝常采用以下方式进行检测:1) 采用直探头在翼板上进行探测，如下图1中探头位置1，用于探测T型焊缝中腹板与翼板间未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。如下图1中位置2。3) 采用斜探头在翼板外侧或内侧进行探测。如下图1位置3。 图1 图2对于上图2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：采用直探头检测时，频率为2.5MHz，晶片尺寸不宜过大，因为翼板厚度有限，选择小的晶片尺寸可以减少近场区长度。常用2.5P10Z或2.5P14Z等。采用斜探头检测时，斜探头的

37、频率为2.55.0 MHz，在腹板上检测的探头折射角根据腹板厚度来选择，见下表。翼板外侧检测，常用斜探头的折射角为45°。检测角接接头的斜探头的折射角一般也为45°。腹板厚度（mm）25255050折射角70°（K2.5）60°（K2.5，K2.0）45°（K1.0，K1.5）2) 耦合剂：T型焊缝检测中，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：直探头检测时，利用T型焊缝的翼板或试块调整。斜探头检测时，调整方法同平板对接焊缝。2) 灵敏度调整：直探头检测时，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

38、探头检测时，按平板对接焊缝的方法调节。4. 扫查探测在T型焊缝外侧检测时，焊缝位置不可见，检测前要在翼板外侧测定并标出腹板中心线及焊缝位置。直探头检测时，探头应在焊缝及热影响区内扫查。斜探头检测时，探头需在焊缝两侧作垂直于焊缝的锯齿形扫查。为了探测焊缝中的横向缺陷，探头还应沿焊缝中心线进行正反两个方向的扫查。5. 缺陷的判别采用直探头检测时，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，指示长度和当量尺寸。斜探头检测时，探头在焊缝两侧沿垂直于焊缝方向扫查，焊角反射强烈。当焊缝中存在缺陷时，缺陷一般出现在焊角反射前面，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

39、。焊缝的质量分级和验收可参照平板对接焊缝。五、 堆焊层超声波检测1. 堆焊层中常见缺陷当工件既要求有较高的强度又要求有良好的耐腐蚀性时，往往需要在工件的表面堆焊一层不同的材料，堆焊的材料一般为不锈钢或镍基合金等。堆焊层常见的缺陷有以下几种：1）堆焊金属中的缺陷，如气孔、夹杂等。2）堆焊层与母材（基板）间的未熔合（未结合），取向基本平行与母材表面。3）堆焊层下母材热影响区的再热裂纹，取向基本垂直于母材表面。2. 堆焊层晶体结构特点奥氏体不锈钢和镍基合金堆焊层凝固过程中没有奥氏体向铁素体转变的相变，在室温下仍保留铸态奥氏体晶粒。因此晶粒较粗大，超声波衰减较为严重。此外，堆焊层金属在冷却时，母材方向

40、散热条件好，因此奥氏晶粒生长取向基本垂直于母材表面。特别是采用带极堆焊工艺时，柱状晶更为典型，声学性能各异性明显。对于这种材料，采用纵波直探头探测，声波沿柱状晶方向传波衰减较小。采用横波斜探头探测，散射衰减严重，示波屏上会出现草状回波，信噪比低。3. 检测方法堆焊层中不同部位不同性质的缺陷危害不同，检测要求和方法也不一样。1）堆焊层内缺陷检测对于堆焊层内的缺陷，一般采用纵波双晶直探头从堆焊层侧或母材侧进行探测。探头频率一般为2.5MHz，探头面积不超过325mm2。2）堆焊层与母材间未结合缺陷的探测对于这种缺陷一般采用纵波直探头从母材侧进行探测或采用纵波双晶探头从堆焊层侧进行探测，实际检测中，

41、一般选择其中一种方法探测即可，如果对检测结果有怀疑，也可选另一种方法作补充探测。纵波探头的频率为2.05.0MHz，探头面积不超过625mm2。3）堆焊层下母材热影响区再热裂纹的探测这种缺陷基本垂直于探测面，危害较大，一般采用纵波直或斜探头从堆焊层侧进行探测，缺陷检出率高。六、 奥氏体不锈钢焊缝超声波检测1. 组织特点奥氏体不锈钢焊缝凝固时未发生相变，室温下仍以铸状奥氏体晶粒存在，这种柱状晶的晶粒粗大，具有明显的各向异性，给超声波探伤带来许多困难。奥氏体不锈钢焊缝的柱状晶粒取向与冷却方向、温度梯度有关，一般晶粒沿冷却方向的反方向生长，取向基本垂直于熔化金属凝固时的等温线。对于堆焊试样，晶粒取向

42、基本垂直于母材板面，而对接焊缝晶粒取向大致直于熔化坡口面。柱状晶粒的特点是同一晶粒从不同方向测定有不同的尺寸，例如某奥氏体晶粒直径仅0.10.5mm，而长度却达10mm以上，对于这种晶粒，从不同方向探测引起的衰减与信噪比不同。当波束与柱状晶夹角较小时，信噪比较高。当波束垂直于柱状晶时其衰减较大，信噪比较低。这就是衰减与信噪比各向异性。手工多道焊成的奥氏体不锈钢焊缝，由于焊接工艺、规范存在差异，致使焊缝中不同部位的组织不均匀性，声速及声阻抗也随之发生变化，从而使声束传播方向产生偏离，出现底波游动现象，不同部位的底波幅度出现明显差异，给缺陷定位带来困难。2. 探测条件的选择1）波型超声波检测中的信

43、噪比及衰减与波长有关，当材质晶粒较粗，波长较短时，信噪比低，衰减大。而同一介质中纵波波长约为横波波波长的两倍，因此奥氏体不锈钢焊缝检测中，一般选用纵波检测。2）探头角度奥氏体焊缝中危险缺陷方向大多与探测面成一定角度，为了有效地检出焊缝中这种危险性缺陷，一般需要采用纵波斜探头检测，即利用折射纵波来检测。由于奥氏体不锈钢焊缝为柱状晶，不同方向探测信噪比和衰减不同，因此纵波斜探头的折射角要合理选择。实验证明，对于对接焊缝，采用纵波折射角45°的纵波斜探头探测。信噪比较高，衰减较小。当焊缝较薄时，也可采用60°或70°的探头探测。3）频率频率对衰减的影响很大，频率愈高，衰

44、减愈大，穿透力愈低。奥氏体不锈钢焊缝晶粒粗大，宜选用较低的检测频率，通常为0.52.5MHz。4）探头种类超声波脉冲宽度和波束宽度对奥氏体不锈钢焊缝检测有影响。一般脉冲宽度窄，波束宽度小，信噪比较高，灵敏度也较高。因此采用窄脉冲探头和聚焦探头检测奥氏体是有利的，采用窄脉冲聚焦探头效果会更好。此外晶片尺寸对奥氏体不锈钢焊缝检测也有影响，一般大晶片探头的信噪比优于小晶片探头，原因是大晶片探头波束指向性好，波束宽度小，可以减少产生晶粒散的面积。在奥氏体不锈钢焊缝检测中，常用的是单晶纵波斜探头和双晶纵波斜探头，前者用于探测深度较大的缺陷，后者用于探测深度较小的缺陷。JB/T4730.3推荐的是高阻尼窄

45、脉冲纵波单斜探头。3. 仪器的调整与探测1）时基线比例调整用纵波斜探头探测时，时基线比例需利用奥氏体不锈钢制成的IIW2试块调整。2）灵敏度调整检测奥氏体不锈钢焊缝时，一般利用材质、几何形状、焊接工艺与工件相同的参考试块上的长横孔来调整。长横孔的直径有2、3、4、6等几种，具体尺寸由设计图纸技术要求确定或委托单位与检测单位协商确定。3）探测利用纵波斜探头探测工件时，一般采用一次波探测，不用二次波探测，因为一次波经底面反射后会产生波型转换，本来一次波就有纵波和横波两种波在工件中传播，经底面反射后可能有四种波在工件中传播，这样示波屏上杂波多，灵敏度低，判伤困难。即使利用一次波探测，缺陷判别与定位也

46、比纯横波探测困难，探测时要引起注意。七、 铝焊缝超声波检测1. 探测条件的选择1）探头在铝焊缝检测中，要使用探测铝的专用探头。由于铝焊缝衰减系数小，因此宜选用较高频率探测，一般为5.0MHz。为了有效地检出坡口未熔合，应尽可能使声束轴线与坡口面垂直。实际检测中常根据板厚来选择折射角，当板厚较厚时，常用45°，当板厚较薄时，常用60°或70°。2）试块常用的试块有钢制CSKA标准试块与铝制横孔对比试块。见下表。铝制横孔对比试块尺寸序 号试块长度L（mm）试块厚度T（mm）适用范围（mm）1300251540230050 4080注：铝制横孔对比试块的横孔直径为5。3

47、）耦合剂常用的耦合剂有机油、变压器油、甘油和浆糊等。注意不宜使用碱性耦合剂，因为碱对铝合金有腐蚀作用。2. 检测准备1）入射点测定探测铝的专用斜探头入射点的测定可在CSKA钢试块上测定，测试方法同普通斜探头。2）折射角的测定将探头对准铝制对比试块5横孔，前后移动探头，使横孔回波达最高，然后测定这时的水平距离L和深度d，则探头折射角为：tg-1(L/d)，测定折射角时，要注意一次波的声程和近场长度，要尽量避免在近场区内测定。3）时基线比例调整可利用铝制横孔对比试块或CSKA钢试块来调整。利用CSKA钢试块调整时，要将CSKA钢试块的尺寸XFe换算为铝的尺寸XAl 。铝中横波声速为CsAl=315

48、0m/s，钢中横波声速为CsFe=3230m/s，换算方法为：XAl (3150/3230)× XFe 0.975 Xfe。4）探测方法根据板厚T来确定，当T40mm时，采用单面双侧一、二次波探测；当T 40mm时，采用双面双侧一次波检测。5）距离波幅曲线铝焊缝检测距离波幅曲线常利用铝制横孔对比试块来测试。距离波幅曲线的评定线（EL）、定量线（SL）和判废线（RL）见下表。铝焊缝距离波幅曲线灵敏度表评定线（EL）定量线（SL）判废线（RL）526dB520dB512dB6）扫查探测扫查探测灵敏度不低于评定线，扫查方式有锯齿形扫查及前后、左右、环绕和转角等。3. 缺陷的测定与评级在扫查

49、探测过程中发现波幅位于定量线定量线以上的缺陷时，要测定缺陷的波幅和指示长度。指示长度的测定：当缺陷波只有一个高点时，用6dB法测定其指示长度。当缺陷波有多个高点时，用端点6dB法测定其指示长度。同一直线相邻两缺陷间距小于等于其中较小缺陷指示长度时，应作为一个缺陷处理，其指示长度为两缺陷指示长度之和（不含间距）。铝焊缝质量级别的评定：1）不允许存在波幅位于判废线或判废线以上的缺陷；2）不允许存在危害性缺陷；3）波幅位于定量线及定量线以上判废线以下缺陷按下表评级。缺陷指示长度分级级 别板厚（mm）15401015指示长度超过级者4080T/4T/3指示长度超过级者注：当对接焊缝两侧板厚不同时，以较

50、薄板者为准。八、 小径管对接焊缝超声波检测1. 概述小径管（按JB/T47302005标准为中小径管）通常是指外径D32159mm，壁厚4mm的管子，小径管对接焊缝一般采用手工电弧焊、氩弧焊打底手工电弧焊盖面或等离子焊等方法进行焊接。焊接接头中常见缺陷有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。小径管曲率半径小，管壁厚度薄，常规超声波检测困难大。曲率半径小，普通探头探测接触面小，曲面耦合损失大。同时超声波在表面反射发散严重，检测灵敏度低。壁薄，杂波多，判伤难度大。大量实验表明，利用大K值小晶片短前沿横波探头在焊缝两侧进行探测，可以有效检出焊缝中的各种缺陷。2. 探测条件的选择1）仪器小径管曲率半径小

51、、壁薄、超声波检测时杂波多。为了便于判伤，要求仪器具有较高的分辨力和较窄的始脉冲宽度。一般要求横波探头分辨力Z20dB，始脉冲占宽小于2.5mm(相当于钢中深度)。2）探头A. 楔块：小径管表面为曲率半径较小的曲面，为了实现良好的耦合，一般将探头楔块加成与管外壁吻合良好的曲面。楔块两边缘距管外壁的间隙不大于0.5mm。B. 晶片尺寸：探头楔块加工成曲面后，探头边缘声束会产生散射。晶片尺寸愈大，这种散射愈严重。此外晶片偏装，也会使散射增加。为了减少这种散射的不利影响。晶片尺寸不宜太大，而且要求晶片装配对中精度较高。目前实际检测中常用的晶片尺寸为6×6mm、 8× 8mm等几种

52、。C. 频率：一般宜采用较高的探测频率，JB/T4730规定：T15时,用5MHz；T15时，用2.5MHZ。D. K值：小径管壁薄，宜选用大K值（或大折射角）探头进行检测。因为K值小，一次波声程小，多位于近场区，缺陷定位定量误差大。常用K2.5、K3.0。E. 前沿长度：为保证一次波能扫查到焊缝根部，探头前沿长度应予以限制，当T6mm时,要求前沿长度6mm，T15mm时,前沿长度8mm。F. 探头型式：检测小径管对接焊缝，推荐单晶线聚焦探头或双晶聚焦探头。平面单晶横波探头，灵敏度较低，杂波多，但每次扫查面积大，检测效率较高。聚焦横波探头灵敏度较高，杂波较少，波形清晰，但每次扫查面积小、检测效

53、率低，探头成本较高。3）试块小径管对接焊缝检测时，要利用专用试块来调节仪器的时基线比例和灵敏度。4）耦合剂常用的耦合剂有机油、甘油和浆糊等。3. 仪器的调整1）时基线比例的调整小径管对接焊缝检测中，常利用对比试块按深度或水平调整时基线比例，并使一次反射波在示波屏时基刻度的1/2以后。2）扫查灵敏度的调整不低于最大声程处评定线灵敏度。4. 扫查探测小径管对接焊缝一般采用一、二次波在焊缝两侧进行探测。扫查方式有锯齿形扫查和矩形扫查，相邻两次扫查至少有15%重叠，扫查速度150mm/s。探头推荐线聚焦探头和双晶斜探头。频率一般为5MHZ，T15mm时，采用2.5MHZ。管径159mm,试块为GS-1

54、,2,3,4。159管径500时，试块半径为受检测件半径0.9-1.5倍，孔径根据壁厚选择。4T6为2×20,6T8为2×40,T8为1×6.500mm时用平面试块。同样，根据壁厚决定人工反射体。5. 缺陷的判别与测定按照JB/T47302005标准，对于波幅超过评定线灵敏度（即Ø2×20-16dB）的反射波进行评定。1) 水平定位不到焊缝中心线，在靠近探头一侧的焊缝区或热影响区，反射点的埋藏深度在管壁厚度的范围内，可判为缺陷。2) 焊缝两侧探测，水平定位在焊缝中心线上，反射点的埋藏深度在管壁厚度的范围内，可判为缺陷。3) 仅能从焊缝一侧探测到

55、，水平定位在焊缝中心线上，反射点的埋藏深度接近管壁厚度，可判为错边。此外，还可根据反射波幅度，游动范围等来判别缺陷类别：1) 根部未焊透：小径管根部未焊透垂直于内表面，形成端角反射，回波较强，从焊缝两侧探测位于焊缝中心，沿焊缝方向和垂直于焊缝方向均有一定的游动范围。2) 未熔合：小径管采用V型坡口，未熔合多出现在坡口面上，一般二次波检测容易检出，位置位于探头一侧，另一侧探测较难检出。3) 气孔：气孔可出现在焊缝任何位置，气孔回波幅度一般较低，游动范围小。在小径管对接焊缝检测中，被确定为缺陷的反射波，应测定其位置、最大反射波当量（或最大波幅）和指示长度。1) 最大反射波当量测定：按前后、左右和转角等方式移动探头至缺陷出现最大反射波位置，测出最大反射波的幅度，并以SL±（）dB来表示。2) 缺陷指示长度的测定：A. 当缺陷反射波只有一个高点时，且位于II区及其以上，用定量线的绝对灵敏度法测定指示长度。B. 当缺陷反射波起伏变化有多个高点，且位于II区及其以上，用定量线的绝对灵敏度法测定指示长度。C. 缺陷指示长度I=L×(R-H)/R。D. 单个点状缺陷指示长度按5mm计。九、 焊缝检测中缺陷性质与伪缺陷的判别1. 缺陷性质的估判检出缺陷后，应在不同方向对该缺陷进行探测，根据缺陷波形状和高度变化（