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。21.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6.3μm。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—ⅢA等试块来测定探头的K值。(l)CSK—ⅠA试块测定法：探头对准CSK—ⅠA试块上φ1.5(K＞3.5)或φ50(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ⅢA试块测定法：探头对准CSK一ⅢA试块上某一φl×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。①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)②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)。③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。①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)。5②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)。③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—ⅢA、CSK--IA、RB、CSK—IA、半圆试块等来调整。下面介绍利用CSK—ⅢA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ⅢA试块横孔反射法：该方法是利用CSK一ⅢA试块上，不同距离的φ1×6两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：①测出探头的入射点和K值。②把示波屏上的始脉冲先左移约10mm。③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)。④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XX=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。⑤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ⅢA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ⅢA、CSK一IA、CSK一IA、RB和半圆试块等来调整。下面介绍利用CSK—ⅢA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Ⅱ区，判废线及其以上区域称为Ⅲ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ⅢA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②探头置于CSK—ⅢA试块上，衰减48dB(假定)，调[增益]使深度为10mm的φ1×6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φ1×6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