超声检测2011课件

1、无 损 检 测讲 义范 舟2011年7月无损检测 无损检测是现代工业质量保证体系中的主要技术之一。是保证产品质量和设备安全运行的一门共性技术，已被广泛应用于现代工业的各个领域。 已在机械制造、石油化工、造船、汽车、航空航天和核能等工业中被普遍采用。 概 念 无损检测以不损害被检验对象的使用性能为前提，应用多种物理原理和化学现象，对各种工程材料、零部件、结构件进行有效地检验和测试，借以评价它们的连续性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。 概 念 无损检测是在当前物理学、电子学、电子计算机技术、信息处理技术、材料科学等学科成果基础上发展起来的一门理论上较强，又非常重视实践环节的很有发展前途的综合性

2、学科。 它涉及到材料的物理性质、产品设计、制造工艺、断裂力学以及有限元计算等诸多方面。概念 在无损检测技术中利用的材料的物理性质有：材料在弹性波作用下呈现出的性质，在射线照射下呈现出的性质，在电场、磁场、热场作用下呈现出的性质等。 分析材料(或构件)在不同势场作用下的物理性质，并测量材料(或构件)性能的细微变化，说明产生变化的原因并评价其适用性是无损检测工作的基本内容。 目 的(三)质量鉴定 确定被检对象是否达到设计性能，能否安全使用，亦即判断其是否合格。 发 展无损检测技术经历了个阶段： 第一阶段:无损操作或无损检验 （NDI:Non-destructive inspection） 第二阶段

3、:无损检测 （NDT:Non-destructive testing ） 第三阶段:无损评价 （NDE:Non-destructive evaluation ） 常用技术 1.射线检测 2.超声检测 3.渗透检测 4.磁粉检测 5.涡流检测新技术无损检测新技术： 1.声发射检测技术 2.激光全息 3.声振检测法 4.微波无损检测 5.红外无损检测超声波检测第一节 振动与波动二 、波动 振动的传播过程构成波动。机械振动在弹性介质中的传播过程即构成机械波质点和弹性力联系在一起的介质称弹性介质。 要产生机械波，必须具备两个条件：振源；弹性介质。 波长、频率f与波速C ：= C/f = CT 波动方程

4、 y = Acos(t-x/c) 利用超声波在弹性介质中特性，根据能量的变化来判断内部质量。第一节 振动与波动第二节 波的类型纵波L：质点的振动方向与波的传播方向相平行纵波在固、液、气三种介质中均能传播。 横波S：质点的振动方向与传播方向相垂直液体和气体不能够承受剪切应力，故无横波传播。 表面波R：当介质的表面质点受到与波的传播方向相平行又相垂直的两种交变应力的作用时，其振动轨迹为一椭圆。 板波：在弹性薄板中传播的波统称板波。 一、根据质点的振动方向分类 由于波振面的形状不同，可以把不同波源发出的波分为：平面波、球面波、柱面波、活塞波。二、波的形状分类第二节 波的类型 探伤在3N 以外可以认为

5、是球面波活塞波像圆形的活塞那样，圆形的平面上各个质点都作为声源，产生均匀的振动，并以圆形平面的中心轴线方向辐射声波，此即活塞波。 实际的超声波探伤中，所使用的圆形晶片在均匀介质中的辐射声波，可近似的认为是活塞波。第二节 波的类型第三节 超声波的传播速度 超声波在介质中的传播速度，与介质的弹性模量（杨式模量E、切变弹性模量G）、介质的密度以及介质的边界条件有关。 对一定的介质E、G、为常数，声速也为常数。不同的介质有不同的声速。 水CL1480m/s ,钢 CL5900m/s ,铝 6300m/s 。 同一介质，波形不同，弹性变形E、G不同，故纵波和横波声速不同。因此，声速C是表征介质特性的重要

6、参数。 CL CS CR 第四节 波的叠加、干涉、衍射与惠更斯原理 超声波的叠加原理：相遇处质点的振动是各列波分振动的合成，任意时刻质点的位移，是各列波分位移的矢量和。 波的干涉：当两列同频率、同方向、相位差恒定的波相遇时，由于叠加的结果，某些地方的波始终互相加强，一些地方的波始终互相减弱。 惠更斯原理：介质中的波动传播的各点，都可以看作是新的声源，在以后的任一时刻，各新波源的包络线，形成新的波振面。 波的衍射：在波的传播过程中，遇到波长相当的障碍物时，能绕过障碍物边沿改变方向继续前进的现象。 第五节 超声场的特征值超声场：充满超声波的空间或超声振动所波及的部分介质。声压：垂直作用于单位面积上

7、的压力。 当介质受到扰动时，有声传播，将产生交替变化的压强P1与静止压强P0之差叫声压，用P表示： P = P1 P0 在超声波探伤中，对声强级的定量描述、对声压的定量描述、对回波高度的定量描述，并不是采用声压的绝对值，而是采用相对的比值，如：声压比p/p0 波高比H/H0 声强比I/I0 dB的由来：在可听声的范围内，即20Hz20000Hz的范围内，人的耳朵有一个最敏感的区域，在这个区域最弱的声音，人的耳朵也能听到，在声学上称为“闻阈”，其频率范围约为10002000Hz。人们取1000Hz时引起耳朵听觉的声强最小值，作为基础声强的标准，用I0表示 。某一声强I与标准声强I0之比的常用对数

8、，用来表示声强级的大小，其单位为贝尔（Bel）。在实际的应用中，dB表示，简称分贝(dB)。 第五节 超声场的特征值 声强是能量的单位，它与声压是平方关系，即两个声压之比的dB值是20lg关系；对于放大线性良好的超声波探伤仪，示波屏上的波高H与声压P成正比，即两个波高比的dB值也是20lg关系 。 H1/H210/18/14/12/111/21/41/81/10 dB20181260-6-12-18-20 如果对两个波高比或声压比取自然对数，并注意到此时ln前面没有加20,单位就是奈培. 奈培1dB = 0.115NP1NP = 8.686dB第五节 超声场的特征值 声压P或声强I在界面两边的

9、分配比例，仅与界面两边介质的声阻抗有关。 第七节 超声波垂直入射到界面的反射与透射 Z2Z1、Z2Z1、Z2Z1四种情况： Z2Z1： 平面波垂直入射到水/钢界面即为这种情况。 Z1Z2 ：平面波垂直入射到钢/水界面即为一例。 Z2Z1：平面波垂直入射到钢/空气界面时，即为此种。 Z2Z1：平面波垂直入射声阻抗近似相等的界面上时，反射声压近似等于0,透射声压近似等于1。这种情况在实际探伤中也常遇到，普通碳钢焊缝的母材与焊缝之间，界面两边的声阻抗差别很小，约1%左右。第七节 超声波垂直入射到界面的反射与透射 二 、薄层平界面上的反射率和透射率 在超声波探伤中，经常遇到耦合层或缺陷薄层，即两个界面

10、，两种或三中介质的情况。 第七节 超声波垂直入射到界面的反射与透射 （1）均匀介质中加有异质薄层（Z1=Z3Z2）例如钢中的裂纹即为这种情况，它又分为薄层厚度为半波长整数倍、1/4 波长奇数倍等。薄层厚度为半波长整数倍时，超声波穿透最大，几乎无反射，好像不存在薄层，此称半波透声层。1/4 波长奇数倍时，透射最低，反射最强。1/4 波长甚至趋近于0，薄层愈小，穿透愈大。第七节 超声波垂直入射到界面的反射与透射 （2）薄层两侧介质均不同（Z1Z3Z2） 这相当于非均匀介质中的薄层。如晶片保护膜工件，或晶片耦合剂工件。这时的声压往复透过率与薄层厚度的关系可分三种情况：第七节 超声波垂直入射到界面的反

11、射与透射 dN的区域，声压虽距离增加而单调减少。波束的指向性和半扩散角 增加探头的直径、提高探头的频率，半扩散角将减小，可以改善声束指向性，能量集中，有利于提高探伤灵敏度。但增大了近场长度，对探伤反而不利。实际是合理选择直径和频率，保证探伤灵敏度下，尽量减少近场长度。 波源在充分远处任意一点的声压P(r，)与波源轴线上同距离处声压P（r,0）之比，称为指向性系数， 横截面的声压分布：在近场区内的中心轴线上存在声压为零的截面，如图所示0.5N处，但偏离中心较高。在xN的远场区，中心最高，两边渐渐低，规定2N以外测定声束偏离和探头K值才准确。 第二节 横波发射的声场 假想的横波声源 目前常用的横波

12、探头，先用纵波倾斜入射到界面，通过波形转换实现横波探伤，这时纵波在第一临界角和第二临界角之间，第二介质中只有横波，纵波全反射。横波探头发射的声场由两部分组成，如下图。 为了便于计算将第一介质中的纵波波源转换为其轴线与第二介质中的横波重合的假想源。但波源形状由圆形变为椭圆形。 第二节 仪器与探头的选择一、探伤仪选择1.仪器和各项指标要符合检测对象标准规定的要求。2.其次可考虑检测目的，如对定位要求高时，应选择水平线性误差小的仪器，选择数字式探伤仪更好。对定量要求高时，应选择垂直线性误差小，衰减器精度高的仪器，对探伤仪选择大型工件或粗晶材料工件探伤，可选择功率大，灵敏度余量高，信噪比高，低频性能好

13、的仪器。对近表面缺陷检测要求高时，可选择盲区小，近区分辨好的仪器。主要考虑：灵敏度、分辨力、定量要求，定位要求和便携、稳定等方面。探头选择二、探头选择1. 型式选择：原则为根据检测对象和检测目的决定：如：焊缝斜探头钢板、铸件直探头钢管、水浸板材聚焦探头（线、点聚集）近表面缺陷双晶直探头表面缺陷表面波探头 2. 探头频率选择超声波检测灵敏度一般是指检测最小缺陷的能力，从统计规律发现当缺陷大小为时，可稳定地发现缺陷波，对钢工件用2.55MHZ，为：纵波2.361.18，横波1.290.65，则纵波可稳定检测缺陷最小值为：0.61.2mm之间，横波可稳定检测缺陷最小值为：0.30.6之间。这对压力容

14、器检测要求已能满足。故对晶粒较细的铸件、轧制件、焊接件等常采用2.55MHZ。对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等因会出现许多林状反射，（由材料中声阻抗有差异的微小界面作为反射面产生的反射），也和材料噪声干扰缺陷检测，故采用较低的0.52.5MHZ的频率比较合适，主要是提高信噪比，减少晶粒反射。此外应考虑检测目的和检测效果，如从发现最小缺陷能力方面，可提高频率，但对大工件因声程大频率增加衰减急剧增加。对粗晶材料如降低频率，且减小晶片尺寸时，则声束指向性变坏，不利于检测远场缺陷，所以应综合考虑。 3. 晶片尺寸选择：原则：晶片尺寸要满足标准要求，如满足JB/T4730-2005要求，即晶片面积500m

15、m2，任一边长25mm。其次考虑检测目的，有利于发现缺陷，如工件较薄，则晶片尺寸可小些，此时N小。铸件、厚工件则晶片尺寸可大些，N大、0小。发现远距离缺陷能力强。考虑检测面的结构情况如对小型工件，曲率大的工件复杂形状工件为便于耦合要用小晶片，对平面工件，晶片可大一些。4. 斜探头K值选择：原则：保证声束扫到整个检测断面，对不同工件形状要具体分析选择。尽可能使检测声束与缺陷垂直，在条件许可时，尽量用K大些的探头。薄工件K大些，厚工件K可小些。根据检测对象选K：如单面焊根部未焊透，选K=0.7-1.5，即在K=0.84-1时检测灵敏度最高。第四节 探伤仪调节一、扫描线比例调节1.纵波：以工件厚度声

16、程为基准调节，一般将工件二次底波调节10格。（直探头）一般将工件一次底波调节5格。 多次反射：Bn。根据工件厚和反射次数决定。2.横波 声程调节法常用于 直探头 管座角焊缝 斜探头 T型焊可用IIW和IIW2试块法来调节。水平法CSK-IA法（利用R100，R50）横孔试块法（CSK-IIIA和CSK-IIA或薄板试块法）。深度法CSK-IA（利用R100，R50）CSK-IIIA、IIA。二、探伤仪灵敏度调节法1.试块法根据工件探伤灵敏度要求。将探头对准标准试块上人工缺陷探测使波高达到某基准波高（如50%高），再根据工件厚度、要求、调节衰减器达到要求的灵敏度，这方法要注意下到几点：试块和工件

17、材质不同，衰减不同的补偿。试块和工件表面粗糙度不同的补偿。试块反射体声程和工件检测灵敏度要求声程不同引起补偿（扩散、材质）。试块反射体和工件检测灵敏度要求的反射体种类不同引起补偿。2.工件底波法调整灵敏度要求： 工件底面和探测面平行。 工件底面和探测面形状相同，且规则。dB=20lg 工件底面和探测面形状不同。如带中心孔的轴或筒体外表面或内表面探测。A dB =20lg +10lg B dB =20lg 10lg 特点：方便、不用试块不考虑表面补偿不考虑材质衰减（底面缺陷和底波声程相同）方法：只要求出底波高与要求的检测灵敏度反射法之间回波高度差。第五节 缺陷位置测定一、纵波（直探头）缺陷定位：

18、 将缺陷波在扫描线上刻度与所调比例对比求得缺陷波声程。二、表面波探伤缺陷定位： 根据缺陷波前沿位置按所调扫描线比例确定缺陷离探头距离。三、横波平面工件缺陷定位：9.声程比例调节定出水平距离Lf=nTfSin和深度df=nTfCOS，二次波df=2T-nTfCOS。10.按水平比例调节定出：水平距离Lf=nTf可直接在扫描线上读出深度df=nTf/K，二次波df=2T-nTf/K。11.按深度比例调节定出：水平距离Lf=KnTf 深度：df= nTf二次波：df=2T nTf第六节 缺陷大小测定一、当量法适用于小于声场的缺陷的当量测定。12.当量试块比较法方法：将人工缺陷（试块上标准反射体）与工

19、件中自然缺陷回波比较，定出的缺陷当量。要求： 加工一系列不同声程，不同形状（平底孔或横孔），不同尺寸（直径不同）试块，将自然缺陷声程与试块上声程相近的反射体比较。试块与工件材质相近或相同，光面光洁度，工件形状相同或一致。 探测条件一致，仪器、探头、灵敏度一致。优点：直观，测得当量值较明确。缺点：要做大量试块，成本高。 对X3N时做试块不易，故仅在X3N时应用。13.当量计算方法当量：不同类型和不同大小的工件中的任何缺陷反射回波高与同声程的某标准（规则）反射体的反射回波高相同时，则该标准（规则）反射体的类型和尺寸即为该缺陷的当量。由于实际缺陷的几何形状，表面状况、方向，缺陷性质各不相同，其声吸收

20、、声散射比标准规则几何反射体复杂的多。一般实际缺陷总比所定的当量值大35倍，或更多。当量计算方法：利用规则形状反射体回波声压（第二章中介绍的几种）与缺陷回波声压（缺陷波高dB值）进行比较得到缺陷当量。基本公式：（各标准反射体回波声压）大平底：平底孔： 长横孔：短横孔： Lf短横孔长，Df短横孔直径。球孔： 二、测长法：适用于缺陷尺寸大于声束截面时的缺陷。指示长度：根据缺陷波高，用探头移动距离的方法。按规定方法测得的缺陷长称指示长度。特点：由于工件中实际缺陷取向、性质、表面状态均影响缺陷回波高度。故指示长度一般小于或等于实际长度（此时所用dB值即缺陷波最高波下降dB值6dB时），当dB6dB时，

21、一般将缺陷测大，即指示长度大于实际长度。1. 相对灵敏度测方法相对灵敏度法是以缺陷最高回波为基准，使探头沿缺陷长度方向两端移动，使缺陷波下降一定的dB值。常用6dB（半波）、12dB（波高）、20dB（全波消失）。 6dB法（半波） 适用于： 缺陷只有一个高点 缺陷基本垂直声束 缺陷沿探头移动方向基本均匀 缺陷长度大于声束截面 指所用波束截面这里指6dB波束截面 端点6dB法：一般将缺陷测大缺陷有多个高点时，用端部6dB法即使端部波高下降6dB。关键：确定端部缺陷回波峰值（最高值），找到了缺陷端部峰值后，和6dB法同样操作。2. 绝对灵敏度法探伤仪在规定灵敏度条件下沿缺陷方向移动（不管缺陷最高

22、在何值）。使缺陷波下降至规定的位置如评定线，如JB/T4730中区缺陷规定降到测长线即为绝对灵敏度法。特点： 测长是与缺陷最高波多少无关。 缺陷长度（指示长度）与缺陷波高和所规定的测长值位置有关，如缺陷波高只比规定测长灵敏度高3dB，即为3dB测长，一般将缺陷测短。如缺陷波高比规定测长灵敏度高20dB，即为20dB测长，一般将缺陷测大。3. 端点峰值法：一般将缺陷测少。在探头移动过程中发现缺陷有多个高点，则将缺陷两端点最大波高处探头位置的距离作为端点峰值法指示长度。关键：寻找端点峰值位置。 以上测长法适用：长条形缺陷 对于缺陷回波包络线只有一个极大值的缺陷，可用最大波高衰减法，常用6dB法。

23、对缺陷回波包络线有多个极大值缺陷，可用端点6dB法或端点峰值法。 对条形气孔、未焊缝等宜用6dB法。 对裂纹、未熔合、条形夹渣等宜用1012dB法。对小于10mm缺陷宜用3dB法。（标准规定指示长度小于10mm，以5mm计）。 对中间粗、两端细或细长缺陷（裂纹、未熔合）用端点法可获得较好的结果。 用20dB法时应考虑声场修正。（即测得移动长度应减去声场直径才为缺陷指示长度）三、底波高度法在远场（X3N），当缺陷比声束截面小时，缺陷波高与面积成正比（此时可用当量法定缺陷大小）；当小缺陷数量很多，或缺陷面积逐渐增加，则缺陷越大，所遮挡的声束愈多，造成缺陷处工件底波下降越大，此时可用缺陷波与底波相对

24、波高来评价缺陷的大小。1. ：BF为缺陷处底波高度，F缺陷波高 2. ：BG无缺陷处底波高度3. 此方法在钢板、锻件探伤中常应用。第七节 缺陷自身高度的测定一、表面波波高法：利用表面波传播时遇到深度较小缺陷时反射回波随深度增加而升高的特点。只适用：表面开口缺陷 缺陷深度小于2的情况。该法存在许多问题，未说清，现介绍一下表面波探伤的情况： 第八节 影响缺陷定位、定量的主要因素一、影响缺陷定位的主要因素：19.仪器的影响：水平线性、水平刻度精度。20.探头：主声束偏向，探头波束双峰，斜探头斜楔磨损使K值变化，探头晶片发射、接收声波指向性。21.工件影响表面粗糙：表面凹凸不平引起进入工件声束分叉。工

25、件材质：材质晶粒引起林状反射，即材料噪声，试块与工件材质差异，引起声速变化，试块与工件应力差异，引起声速变化使K值变。压力应力声速增加，拉应力声速减小每1kg/mm2引起0.01%。工件表面形状曲面工件探测时探头平面时为点或线接触探头磨成曲面，使入射点改变，从而引起K值变化。工件边界：靠工件边界探测时，由于侧壁干扰，使主声束偏向，改变K值。 工件温度：工件温度升高K值增大。工件温度下降K值变小。工件中缺陷：缺陷反射指向性引起不在主声束入射缺陷时出现高反射，引起误判。22.操作人员影响调仪器扫描线比例不准。测探头入射值，K值不准。定位方法不当：曲面工件未修正等。二、影响缺陷定量的因素1. 仪器、

26、探头性能影响频率偏差（使调灵敏度引起偏差也影响定量垂直性偏差，衰减器精度误差）。探头形式，晶片尺寸（影响N大小）探头K偏差（往复透过率与入射角有关）。2. 耦合偏差及材质衰减测量偏差，传输损失等。3. 工件几何形状和尺寸（曲率变化要补偿）4. 缺陷的影响缺陷的形状，方位与入射波夹角等，指向性（回波指向性），表面粗糙度，性质，位置（在近场或远场等）等。第九节 缺陷性质分析一、根据加工工艺分析缺陷性质： 对各种工件根据加工工艺不同进行分析。如锻钢：则可能产生白点，裂纹这是最危险的缺陷。 铸钢：易在洗胃口附近产生疏松或缩孔。 焊缝：产生气孔、夹渣、未焊透、未熔合等。二、根据缺陷特征分析缺陷性质缺陷特

27、征为：大小、形状、密集程度、位置等几方面：大小：有些缺陷一出现往往比较大，如铸件中缩孔，疏松一出现就一大片，如探伤时发现大面积缺陷，就可断定这类缺陷。形状分为：平面形缺陷：在不同探测面上探测这种缺陷，其回波高显著不同，探测时声束垂直于平面时回波很高，声束平行于平面时回波很低，一般此类缺陷为裂纹、夹层类。点状缺陷：各个方向探测，缺陷回波差不多，无明显变化，大多为气孔、夹渣、夹砂等。缺陷密集程度：在荧光屏扫描线某一范围内连续出现一系列簇状缺陷，在不同方向探测缺陷回波情况差不多。缺陷位置分析：如大型铸件（如大的汽轮发电机转子）在中心和端部锻压部位易出现裂纹。在焊缝中心有一定长度的缺陷大多为未焊透。在

28、焊缝根部为单面焊未焊透。在熔合线附近，如连续或间断为坡口边缘未熔合等。三、根据缺陷波形分析缺陷性质 缺陷波高度变化23.静态波形探测时探头和缺陷相同稳定时波形。各种缺陷内部含的物质不同，对入射的声波吸收情况不同。探头探测时回波高度、形状各不相同。24.动态波形探测时探头和缺陷相对移动，移动方式为：平移、前后移、环绕缺陷、转动等。观察缺陷波的变化情况，并用缺陷波尖端的包络线来分析得到缺陷性质判断结论。四、根据底波分析缺陷性质，在钢板中大量应用根据一次底波B1情况：缺陷波很强，B1消失大面积缺陷（夹层、裂纹等）。缺陷波和B1共存，缺陷较小，可能为单个缺陷波和B1均很底或消失，可能倾斜形缺陷或疏松等

29、。根据多次底波情况：钢板中重皮处多次反射消失，无缺陷处多次反射清晰可见。薄钢板中小缺陷用一次波较难发现，可用多次反射可观察到，也可观察多次反射衰减情况。第十节 非缺陷回波的判别一、迟到波条件：探头在细长工件（板或棒）一端纵波探测，扩散声束纵波射到侧壁产生变型横波，再变成给纵波经底面反回探头引导成迟到波。二、61反射：特定反射。当纵波入射到钢/空气界面。+=90 纵波入射角 横波反射角。由及即入射角=61时，出现=29的很强的横波反射。三、三角反射回波直探头在实心园柱体探测得的迟到反射。B1L底波声程dH1L等边三角形反射波声程1.3dH2L-S-L反射波声程1.67d。探测此类工件如工件中无缺

30、陷，则出现三角形反射，如无此三角形波，则此工件中存在缺陷。四、其它非缺陷波：25.探头杂波26.工件轮廓波各种形状工件轮廓波不相同要具体分析。27.耦合剂反射表面波及大K值探头探伤时出现。28.幻象波重复频率太高时产生，可降低重复频率。29.草状回波（林状回波）工件晶粒粗大引起，可降低频率。30.其它变型波根据具体工件情况及横波探伤时特定条件，要具体分析。第七章 焊缝超声波探伤第一节 焊接常见缺陷一、焊接接头形式 锅炉压力容器、压力管道等特种设备的焊接大多采用熔焊范畴的手工电弧焊，埋弧焊（自动或半自动），气体保护焊（惰性气体保护焊，CO2气体保护焊，混合气体保护焊），药芯焊丝自动焊和电渣焊等多

31、种焊接方法。 焊接接头的形式主要有：对接接头，角接接头，T形接头和搭接接头等几种。对接接头常用于锅炉压力容器筒体纵、环焊缝，封头拼接焊缝，封头与筒体连接焊缝，接管与管子的对接焊缝等，有双面焊对接接头，单面焊对接接头和带垫板的单面焊对接接头等几种形式。角接接头常用于锅炉压力容器接管、法兰、夹套、管板、管子和凸缘的焊接。T形接头常用于锅炉炉胆与管板，压力容器中换热器的筒体与管板的焊接。搭接接头在锅炉压力容器受压件结构中应用较少，常用于常压油槽等焊接结构中。二、焊缝坡口形式为了保证焊接质量，在焊接前对被焊两金属件相连接处预先加工成一定形状的结构形式，称焊接坡口形式，采用焊接坡口的目的是为了保证焊透，

32、尽量减少焊缝填充金属，便于施焊减少焊接变形，应根据不同的焊接接头形式和采用的焊接工艺来选择合适的焊接坡口形式。对接焊缝采用手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊和药芯焊丝焊，可根据板厚分别采用不开坡口，X形坡口、V形坡口、单U形坡口或双U形坡口等形式。角接焊缝和T型接头常采用V形、单边V形、U型和K型等坡口形式。搭接焊缝不开坡口即可施焊。三、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。焊缝中常见的缺陷有：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

33、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。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

34、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

35、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复盖，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

36、），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

37、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裂倾向越大。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

38、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，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

39、，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

40、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。第二节 中厚板对接焊缝超声波探伤一、探测条件的选择1. 探测面光洁度：表面粗糙度6.3m，露出金属光泽。探测面宽度（即探头移动区）L为：二次波（一次反射或串列式）L=1.25P=2.5K

41、=2.5Ttg 式中：P跨距mm， T母材厚度mm， K探头K值等于tg， 探头折射角（）。直射波（一次波） L=0.752TK=1.5TK2. 耦合剂：机油、浆糊等。3. 频率：通常25MHZ。薄板：5MHZ。4. K值选择：选择原则： 三条原则使声束扫查到整个焊缝截面。（不漏检）使声束中心线尽量与主要危险性缺陷垂直。（提高危险性缺陷检测率）（焊缝中危险性缺陷大多与表面垂直）保证有足够探伤灵敏度如光从探头考虑：从斜入射往复透过率角度分析，有机玻璃钢折射角=4050（相当于K=1左右）往复透过率最高，大于20%30%。此时检测灵敏度最高。=5060时，往复透过率1720%。（相当K=1.5）=

42、6070时，往复透过率1417%。（相当K=2）=7080时，往复透过率1014%。（相当K=2.5K3）=8090时，往复透过率10%0。即越大（K越大），往复透过率越小，灵敏度越小。当然灵敏度除了探头K值，还有仪器配合。为保证声束扫查到整个焊缝，探头K值必须满足： （a、b分别为上、下焊缝 宽）标准中K值选择推荐定： 6mmT25mmK=3.02.025mmT46mmK=2.51.546mm3.5）或50（K3.5）不太精确CSK-A用16孔单孔法： （L入射点至孔水平距；d孔深。）双孔法：比较准确 孔深d1和d2应和板厚相当。一般取d1=T，d2=2T或，d2=T。如取d1=T，d2=2

43、T，则 5. 探测方向的选择纵向缺陷探测：T=646 用一种K值探头，一、二次波（即直射波和一次反射波），A级在对接焊缝单面单侧探测，B及探测为单面双侧探测，C级探测为用两种K值的直探头在焊缝单面双侧用一次波或二次波探测，其中一个探头K1，两个探头折射角相差10。46T120 不适用于A级探测，对B级探测探头用一种K值，对C级探测用两种K值，一次波探测（即直射波），在对接焊缝双面单侧或双面双侧探测。120mmT400mm 用两种K值探头，一次波（即直射波），在焊缝双面双侧探测。横向缺陷C级检测应磨平焊缝：一种或两种K值，用一次波在焊缝上平行焊缝扫查。B级检测不必将焊缝磨平即有余高焊缝：在焊缝两

44、侧平行焊缝或斜平行焊缝扫查（一种或二种K值）电渣焊缝：K1探头45斜平行扫查焊缝双侧。二、扫描线比例调节声程法：用CSK-A、I I W和W2试块，半园试块，利用R100、R50等弧面用于非K值的折射角探头。2.水平法CSK-A法：先测出K值和入射点。把始波向左移动约10mm。对准A孔探测找到最高回波，量出水平距离L1并将A波调到水平刻度L1（用微调）。对准B孔，找到最高回波，量出水平距离L2，如B波位于水平刻度Y，不在L2，则算出X=Y-L2。X为正值：用微调向右将B波调Y+2X处。X为负值：用微调向左将B波调Y-2X处。用水平旋钮将B波调至Y处。再核对A波是否在L1，一般一次成功。（如A波

45、不在L1还需再调。）CSK-A法 先测出探头K值、入射点。 将扫描线左移约10mm。 探头在位置A，对准深度d的2横孔找到最高波，测量出水平距离L1，用微调将此回波调到水平刻度L1。 将探头后移至B，使声束通过底面反射探测（深d）的2横孔。前后移动，找到最高回波，测量出水平距离L2，此时回波若在Y，则计算X=Y-L2。X为正值：用微调向左将2孔波移至约Y+4X处。X为负值：用微调向右将2孔波移至约Y-4X处。再核对A位置，如在L1，则调毕；如不在L1，需再复调。3.深度法用CSK-A、A、A、RB和半园试块等将相应深孔调至相应刻度。CSK-A法： 探头对准深d1和d2的两孔，分别找到最高波，分

46、别调至水平刻度d1和d2。CSK-A探头分别在位置A和B探测2横孔，找到2孔最高反射。在A位置调至水平刻度d 完成深度1:1在B位置调至水平刻度（2T-d）三、距离波幅曲线绘制与应用曲线名称JB/T4730-2005波高h及区域判废线（RL）区，hRL定量线（SL）区，SLhRL评定线（EL）区，ELhSL1.距离dB曲线绘制测定入射点和K值。 扫描线按水平或深度1:1。如按深度1:1，在CSK-A试块探测不同深度16短横孔。注意：1) 首先在衰减器上衰减某dB读数，如52dB。（此读数可自行设定，但要保证探测工件时最大声程处检测灵敏度要求）2) 设定基准波高，如50%。（可在40%80%间）

47、抑制为零，将探头对准深10mm16孔找到最高点，调节“增益”使波高达基准波高（50%）。探测其它深度的16短横孔，分别找到最高点，不动其它仪器旋钮，只调衰减器，分别使 各深度波高达基准高（50%），记下相应的衰减器读数。根据所测得的不同深度16短横孔回波达基准高时相应的衰减器读数，及所探焊缝板厚要求列出三条线的表。根据上述表中数据，作出距离dB曲线描出判废线、定量线、评定线，表出、区和探头K值，晶片尺寸和频率。 如对工件探伤还要标明表面补偿。2.距离dB曲线应用 调整探伤灵敏度。不低于评定线测定缺陷大小1)当量大小，相当于16dB及确定缺陷波区域比较二个缺陷大小。2)测缺陷长度：区6dB法 区

48、以评定线绝对灵敏度法测长。面板曲线：距离波幅曲线制作：以CSK-A为例：测出探头K值、入射点。仪器抑制置零，衰减器预先衰减一定dB值（如32dB）。将探头对准确10mm16短横孔，找到最高回波，调整“增益”（如光调增益不能满足，也可调衰减器），使回波调至满幅100%，记下此时衰减器读数（如30dB）。固定“增益”、“衰减器”分别测20、30、40、50、60等不同深16孔。找到最高回波，并在面板上标出相应波高位置。根据各深度16孔回波最高位置，直接在面板上划出16回波高度曲线，即为面板曲线。4.面板曲线应用。调灵敏度如1546mm板厚焊缝，检测灵敏度评定线为16-9dB，如表面补偿为5dB。则

49、只要将衰减器读数减少9+5=14dB，如作曲线时读数为30dB，则此时只要将衰减读数调为30-14=16dB，就调好了灵敏度。确定缺陷当量波高及区域区：16-9dB16-3dB衰减读数为16dB时，缺陷回波高于16参数线。衰减读数为22dB时，缺陷回波低于16参数线。区：16-3dB16+5dB衰减器读数为22dB时，缺陷回波高于16参数线。衰减器读数为30dB时，缺陷回波低于16参数线。区：16+5dB以上衰减器读数为3RdB时，缺陷回波等于或高于16参数线。五、扫查方式（见书P221）1.锯齿形扫查：探头对准焊缝探测沿锯齿形路线扫查。2.左右扫查与前后扫查：探头对准焊缝沿左右与前后路线扫查

50、。3.转角扫查：探头在某一位置对焊缝作转角扫查。4.环绕扫查：探头对准焊缝中某一点，以此点为中心作环绕扫查。5.平行、斜平行扫查：探头平行或斜平行于焊缝扫查。6.串列式扫查：用一发一收两头对准焊缝探测，作串列式扫查。六、缺陷位置测定1.声程定位法根据声程，定出缺陷水平距离和深度。（缺陷声程由缺陷在扫描线上位置求得）。设声程为X，水平距离L，深度d，则，L=Xsin；d=Xcos。在定位时，根据X数值，判断一次波或二次波探测。2.水平定位法定出缺陷水平距离和深度d。水平距离Lf直接由水平扫描线上缺陷波位置根据水平扫描线比例得出。Lf=n*f，n水平扫描比例，1:n。深度d：一次波： 二次波： 3

51、.深度定位：（书P223）仪器按深度1:n 调水平距离：L=Knf缺陷深度一次波发现：d=nf 二次波发现：d=2T-nf对数字式探伤仪，可直接得水平距离和深度值，不必计算，仪器内将自动换算，但换算原理遵循上面的表示式。 七、缺陷大小测定1.缺陷幅度测定：探测中找到缺陷最高波，将缺陷波调到基准波高（对距离dB曲线），读出衰减器读数。定出缺陷当量值，例16dB。再与被探工件距离dB（波幅）曲线中评定线，定量线、判废线比较，定出缺陷波所在区域。1882.根据缺陷波区域决定对缺陷测长方法。区：缺陷波一个高点：用6dB法测长。缺陷波多个高点：用端点6dB法测长。GB11345用端点峰值法测长。区：移动

52、探头使缺陷波降到评定线的绝对灵敏度测长。区：波高位于区已判废（不管多长），但在发报告和返修仍要测长，可用6dB测。3.指示长度计量指示长度小于10mm以5mm计。 相邻两缺陷在一直线上相邻间距较小缺陷长度，以两个缺陷之和作为一个缺陷指示长度（不含间距）。八、焊缝质量评级分为、级，按标准中表23焊接接头质量分级规定执行。实际评定时，根据执行标准，和缺陷实际情况评定。超声探焊缝评定（质量评级）一般遵循以下程序：1.对所探焊缝接标准规的方法和探伤工艺准确测出缺陷的波幅、区域、指示长度，及位置分布。2.根据执行标准的质量评级要求和规定，对所探焊缝评定级别，评定时程序为：先评不允许存在的缺陷，发现此种缺

53、陷均不合格。 不允许存在的缺陷大致有以下：1) 反射波高位区。（判废线及以上区域）2)检验人员判定为裂纹等危险性缺陷者：低于评定线的缺陷只要判为裂纹也不允许。3)位于区的缺陷指示长度超过各标准规定级别限值：这里二层意思：一是，对未规定合格级别的检验。则评为级不合格，二是，规定合格级别的检验，如规定级合格，则评为级就不合格。允许存在的缺陷 1）波高位于区的非裂纹类缺陷。 2）规定合格级别范围内，波高位于区，指示长度为超过合格级别规定长度的缺陷。第八节 探伤工艺的编制一. 超声波探伤通用工艺规程，即检验规程的编制通用工艺规程又称检验规程，是指本单位对锅炉、压力容器、压力管道或其它产品在制造、现场组焊、安装、检验等方面对产品质量检测时需要进行超声波探伤的通用的技术规定或规则，一般由本单位级人员编制，另一级人员（无损检测责任工程师）审核，本单位总工程师或技术总负责人批准。 一.检验规程编制的依据和原则编制依据a.依据现行执行的标准和法规如锅炉压力容器行业，则应依据：）压力容器安全技术监察规程，锅炉（蒸汽、热水、有机热载体、常压