焊接超声波无损检测结课论文

-PAGE4-焊接超声波探伤摘要：本毕业设计的课题是板材焊缝超声波探伤测试。主要任务是在掌握过程设备制造流程和焊接缺陷及其产生原因的基础上，研究超声波探伤技术在钢制压力容器对接焊接接头探伤检测中的应用，并给出焊缝返修的具体方案。

本文详述了国内外超声检测技术的发展和现状，并在简述过程设备制造、焊接及无损探伤的基础上详细介绍了超声波探伤技术及其在焊缝无损探伤中的应用及评定等级和注意事项。

针对给定的板材焊缝，通过实验检测该焊缝的缺陷，本文详细介绍了试块选用，设备调试，现场探伤中的常见问题及解决方法。同时给出了现场探伤、缺陷定位和长度测量的具体方法，并通过GB11345-89标准对试验中检测到的缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡。

关键词：焊缝；超声波探伤；缺陷评定过程设备是各个工业部门不可缺少的重要生产设备，用于供热、供电和储存各种工业原料及产品，完成工业生产过程必需的各种物理过程和化学反应。因此它成为石油、化工、电站、核能和军工等工业部门的重要生产装备。其制造工艺以焊接为主，质量要求比较高。焊缝质量直接决定着压力容器的使用安全和使用寿命，因此在制造和使用过程中的焊缝检测显得尤为重要。因此，迫切需要寻找一种高效、经济、简便可行的无损检测技术及缺陷评定方法。无损检测技术主要包括射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、声发射等方法其中超声波探伤和射线探伤是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。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，在过程设备制造和在役检测工作中得到越来越多的应用。

由于历史的原因，在用过程设备的检验、检测及缺陷评定仍存在很大的问题。具体表现在：①在役过程设备(其中包括国外进口设备)由于设计、制造与安装等所采用的标准不统一，其检验、检测要求难以统一，制造质量难以保证，给设备的维护和在用管理带来很大难度。②过去对过程设备的验收管理不严，导致了现今在役设备焊缝中存着大量超标缺陷。焊接缺陷的类型主要包括未焊透、未熔合、裂纹、气孔及夹渣等。③国内外关于缺陷评定的标准不统一。这些缺陷如不进行定期检查及有效的安全评定而盲目使用势必会造成重大恶性事故，给企业带来重大的经济损失。因此，怎样实现对焊缝内部缺陷的精确定位、定量和定性分析及缺陷评定，是需迫切解决的课题。在焊缝缺陷检测中，超声检测是目前公认的最有效的常规无损检测方法之一，与其它常规检测相比具有明显的优势。焊缝超声检测一方面以其较为经济、操作轻便灵活而在质量控制和在役设备安全性能检查中得到广泛的应用，而在另一方面由于焊缝超声检测的不直观性，以及检测人员、检测对象、仪器探头等诸多因素，可能产生漏检或误判。因此，针对超声检测技术显示不直观，探伤技术难度大以及探伤结果不便保存等技术难点，深入学习和掌握超声检测技术，在搞清原理、掌握使用的同时发挥创新精神探索超声检测过程中的出现的问题并加以解决。针对焊缝内部缺陷的超声波检测及安全评定过程中所涉及的关键性问题进行系统的分析，并依据缺陷检测所得到的结果进行缺陷评定具有重要意义。

基于以上原因，本文重点研究过程设备制造工艺、焊接缺陷的成因及焊缝内部缺陷的超声波检测方法，并选用GB11345-89标准进行缺陷评定和质量分级，从而对焊接缺陷进行有效的安全评定。1.超声检测技术的发展历程和现状

无损探伤技术是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。无损探伤是指利用声、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，进而判定被检对象所处技术状态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验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和液体渗透检测(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。国际超声检测技术的发展历程和现状

无损检测技术历经一个世纪，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)作为四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NDI和NDT向NDE过渡。无损探伤(NDI)、无损检测(NDT)和无损评价(NDE)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。超声无损评价是超声检测发展的最高界，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。本B型：B型显示是一种图象显示，屏幕的横坐标代表探头的扫查轨迹，纵坐标代表声波的传播距离，因而可直观地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型显示也是一种图象显示，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，屏上显示出被探工件内部缺陷的平面图象，但不能显示缺陷的深度。目前，探伤中广泛使用的超声波探伤仪都是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以外，根据采用的信号处理技术，超声检测仪还可分为模拟式和数字式。目前使用的超声检测仪多为数字式。

（2）探头超声波探头是组成超声波检测系统的最重要组件之一。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、主要性能及其及结构。

压电效应

某些晶体材料在交变拉压应作用下，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。

超声波探头中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(机械能)，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。

2）探头的种类和结构

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。

斜探头可分为纵波斜探头、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：

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

双晶探头主要用于探伤近表面缺陷。

聚焦探头种类较多。

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）耦合剂

超声耦合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称为耦合剂。耦合剂可填充探头与工件间的空气间隙，使超声波能够传入工件，这是使用耦合剂的主要目的。耦合剂还有减少磨擦的作用。

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。液浸检测中常使用水作耦合剂，使用时可以加入润湿剂和防腐剂等。甘油的优点是声阻抗大，耦合效果好，缺点是要用水稀释，容易使工件形成腐蚀坑，价格较昂贵。机油和变压器油的附着力、黏度、润湿性都较适当，也无腐蚀性，价格又不贵，因此是最常用的耦合剂。化学糨糊的耦合效果比较好，也是一种常用的耦合剂。4.焊缝的超声波探伤及缺陷评定

超声波探伤作为无损检测一种方法，因其探伤效率高、成本低、穿透能力强，而被广泛应用。它是利用频率超过20KHz的高频声束在试件中与试件内部缺陷（如裂缝、气孔、夹渣等）中传播的特性，来判定是否存在缺陷及其尺度的一种无损检测技术。

超声检测因其固有特点，它比较适合于检测焊缝中的平面型缺陷，如裂纹、未焊透、未熔合等。焊缝厚度较大时，其优点愈明显。

焊缝超声波探伤

焊缝探伤主要采用斜探头横波探伤，斜探头使声束斜向入射，斜探头的倾斜角有多种，使用斜探头发现焊缝中的缺陷与用直探头探伤一样，都是根据在始脉冲与底脉冲之间是否存在伤脉冲来判断。当发现焊缝中存在缺陷之后，根据探头在试件上的位置以及缺陷回波在显示屏上的高度，就可确定出焊缝的缺陷位置和大小。这是因为在探伤前按一定的比例在超声仪荧光屏上作有距离—波幅曲线。下面详细介绍。

检测条件的选择

由于焊缝中的危险缺陷常与入射声束轴线呈一定夹角，基于缺陷反射波指向性的考虑，频率不宜过高，一般工作频率采用2.0-5.0MHz：板厚较大，衰减明显的焊缝，应选用更低一些的频率。

探头折射角的选择应使声束能扫查到焊缝的整个截面，能使声束中心线尽可能与主要危险性缺陷面垂直。常用的探头斜率为K1.5~K2.5。

常用耦合剂有机油、甘油、浆糊、润滑脂和水等，从耦合剂效果看，浆糊与机油差别不大，但浆糊粘度大，并具有较好的水洗性，所以，常用于倾斜面或直立面的检测。(2)检测前的准备

(3)探测面的修整

探测面上的焊接飞溅、氧化皮、锈蚀和油垢等应清除掉，探头移动区的深坑应补焊后用砂轮打磨。探测面的修整宽度B应根据板厚t和探头的斜率K计算确定，一般不应小于2.5Kt。

斜探头入射点和斜率的测定

1)

斜探头的入射点测定。斜探头声束轴线与探头楔块底面的交点称为斜探头的入射点，商品斜探头都在外壳侧面标志入射点，由于制造偏差和磨损等原因，实际入射点往往与标志位置存在偏差，因此需经常测定。其测定方法如下：

用CSK-2B或IIW试块测定，将斜探头置于试块R100圆心处，探测R100圆弧，如图4-1所示。前后移动探头，使所获得的反射回波最高。此时探头壳侧面与R100圆心的刻度线所对应的点即为入射点。

图4-1斜探头入射点的测定

2)斜探头K值的测定。斜探头的标称K值为斜探头声束在钢中折射角的正切值。K值与入射点等参数的准确性对缺陷定位精度影响很大，其标称值也因制造、磨损等原因与实际值往往存在差异，因此需在使用前和使用中经常测定。K值的测定方法如下：用CSK-2B或II

W试块测定，将被测探头置于试块上，探头沿试块侧面前后移动，当对应于φ50圆弧面所获得最高反射回波时，斜探头的入射点所对应的试块上的角度刻度或K值刻度指示即为该探头的折射角或K值(见图4-2)。图4-2斜探头折射角(K值)的测定结论科技在发展，焊缝无损检测技术也在向着自动化、智能化和信息化的方向发展。但是，我们也应看到，针对我国当前的实际情况，手动人工超声波探伤仍是主要的探伤方法，且应用依然相当广泛。并且在实际的超声波探伤过程中，仍在不断涌现许多新问题。针对这些实际问题，在指导老师的悉心指导下，在前人成果的基础上，本文对焊接缺陷的超声波探伤技术进行了详细介绍，并通过钢板焊缝的超声波探伤实验详细讲述了超声波探伤的操作步骤、注意事项和等级评定标准。

本课题着重做了以下工作：

1.详细讲述了超声波探伤技术的原理、分类、评定等级和评定标准。

2.结合实验详细介绍了超声波