任务 焊缝超声探伤

1任务焊缝超声探伤超声波检测（UltrasonicTesting，简称UT）是应用最广泛的无损检测方法之一，超声波检测方法是利用进入被检的超声波对材料表面及内部缺陷进行检测。在工业生产中，超声波检测主要表现为超声波探伤，主要用于检查金属材料和部分非金属材料的内部缺陷，如焊缝中的气孔、裂纹、夹渣等；在民用医学上，医院里应用“B超”检查内脏或器官病变等。超声波探伤具有灵敏度高、设备轻巧、操作方便、检测速度快、成本低且对人无害等优点，但也存在缺陷定性与定量困难的缺点。【学习目标】知识目标：1）了解超声探伤的原理及应用；2）了解常用超声探伤设备和器材的性能特点；3）掌握超声探伤的相关知识和条件。技能目标：1）会按超声探伤标准要求进行探伤过程基本操作；2）能够正确识别出缺陷；3）能够按照格式要求填写超声探伤检验报告。【任务描述】任务书焊缝超声探伤姓名任务名称焊缝超声探伤指导教师同组人计划用时实施地点时间备注任务内容与目标2考核项目任务准备资料工具设备【实践操作】一、超声探伤过程超声探伤的操作步骤较多，探伤时各步骤都应给予足够的重视，在探伤前应根据被检工件认真编写超声探伤工艺卡，并在探伤过程中严格按工艺卡的要求操作。（一）超声探伤工艺卡超声探伤工艺卡应包括被检工件的原始原始数据、超声探伤的方法、部位、标准、技术要求等，见表3-3。表3—3超声探伤工艺卡工艺卡编号：共页第页产品名称产品（制造）编号3工件部件名称厚度（mm）部件编号规格（mm）检测项目【】板材【】管材【】锻件【】焊缝材料牌号检测部位编号破口型式检测时机【】焊后【】返修后【】机加后【】轧制后【】热处理后表面状态焊接方法【】手工焊【】自动焊【】氩弧焊器材及参数仪器型号检测方法【】纵波检测【】横波检测探头型号表面补偿试块型号检测面【】单面单侧【】双面单侧【】双面双侧【】轧制面耦合剂【】水【】机油【】甘油【】工业浆糊扫查速度技术要求检测标准检测比例合格级别检测规程编号渗透剂型号去除剂型号显像剂型号扫描线调节及说明灵敏度校准及设定扫查方式及说明缺陷的记录不允许的缺陷4扫差方式或扫查部位示意图编制人（资格）：年月日编制人（资格）：年月日（二）超声探伤操作步骤现以对接焊缝为例介绍探伤时的具体的操作步骤和方法，其它接头的探伤也可以借鉴。1．确定检验区宽度和探头移动区检验区宽度应是焊缝宽度加上焊缝两侧相当于母材厚度30％的一段区域，这个区域最小为5mm，最大为10mm，探伤时，探头必须在探伤面上做前后左右的移动扫查，且应有一定的移动区宽度，以保证声束能扫查到整个焊缝截面。移动区宽度因采用的探伤方法不同也有差别。如图3—1所示。直射法探伤时，移动区宽度L﹥0.75P；一次反射法时，移动区宽度L﹥1.25P式中P—跨距（mm）。去除余高的焊缝，应该将余高打磨到与邻近母材平齐，保留余高的焊缝，如果焊缝表面有咬边、较大的隆起和凹陷等也要进行的适当的修磨，并作圆滑的过渡以免影响检测结果的评定。图3—1检测和探头移动区52．检测时机的确定焊接接头区域的危害性缺陷，特别是延迟裂纹，是焊接件在焊后冷却到室温时所产生的裂纹，具有延迟现象，它并不是在焊接件焊后立即产生，通常是在焊后数小时或者更长时间产生。而检测必须在延迟裂纹产生后进行，因此，把握好焊后的检测时机，防止延迟裂纹的漏检是十分重要的。对于一般材质的焊接接头，检测规定在焊后一定时间实施。但如果焊接接头很厚，刚度和焊接应力比较大及对有延迟倾向的材料，焊后实施检测的时间应该适当延长；低合金高强钢焊接件，检测时机一般规定在焊接完成的24小时以后；对于强度更高的低合金高强钢焊接件，或者刚度和焊接应力极大的焊接件，焊后实施检测的时间可以延长至5-7天以后。上述规定也适合于焊缝返修以后的焊缝。3．探头的扫查方法为了发现缺陷和对缺陷进行准确定位，必须正确放置和移动探头。（1）锯齿形扫查如图3—2所示，为检测纵向缺陷，探头以锯齿形轨迹往复移动，同时探头还在垂直于焊缝中心线位置上做±10°～15°的左右转动，探头的每次扫查率应大于探头直径的15%，声束尽可能垂直于缺陷。该扫查方法常用于焊缝粗探伤。（2）基本扫查基本扫查方式用四种，如图3—3所示。其中，转角扫查的特点是探头做定点转动，用于确定缺陷方向并区分点、条状缺陷。同时，转角扫查的动态波形有助于对裂纹的判断；环绕扫查的特点是以缺陷为中心，变换探头位置，主要是用于估判缺陷形状，尤其是对点状缺陷的判断；左右扫查的特点是探头做平行于焊缝或缺陷方向做左右移动，主要是通过缺陷沿长度方向的变化情况来判断缺陷形状，图3—2锯齿形扫查6尤其是区分点、条状缺陷，并用此法来确定缺陷长度；前后扫查的特点是探头垂直于焊缝前后移动，常用于估判缺陷形状及估计缺陷高度。采用定量灵敏度针对全面扫查发现的缺陷或异常部位，通常采用这些方式，因此，也叫精确扫查方式。图3—3斜探头基本扫查方式三、缺陷定位与缺陷性质估判（一）缺陷位置的测定测定缺陷在工作或焊接头中的位置称这为缺陷定位。缺陷定位实际上是确定缺陷与探头的相对位置。定位时是以探头入射点或前沿长度为基准，根据反射波在示波屏上的位置及扫描速度来确定缺陷距离基准点的水平距离L和距离探伤面的垂直距离Z（深度）。1．垂直入射法时缺陷定位用垂直入射法探伤时，缺陷就在直探头的下面，缺陷定位只需确定缺陷在工件中的深度即可。当探伤仪按1：n调节纵波扫描速度时，则有Z∫=nτ∫式中Z∫——缺陷在工件中的深度（mm）；n——探伤仪调节比例系数，即超声波声程与屏幕显示距离的比值。图3—4垂直入射法时缺陷定位τ∫——示波屏上缺陷波前沿所对水平刻度值。示例探伤仪按1：2调节纵波扫描速度，探伤中示波屏上水平刻度“75”处出现一缺陷波，求此缺陷在工件中的深度Z∫。7解Z∫=nτ∫=2×75mm=150mm2．斜角探伤时缺陷定位用斜探头探伤时，缺陷在探头前方的下面，其位置可用入射点至缺陷的水平距离L∫、缺陷到探伤面的垂直距离Z∫两个参数来确定。（1）水平调节法定位（母材厚度δ20mm采用此法）探伤仪按水平1：n调节横波扫描速度时，则有;直射法探伤L∫=nτ∫（3—1）Z∫=nτ∫/K一次反射法探伤L∫=nτ∫（3—2）Z∫=2δ-nτ∫/K式中L∫——缺陷在工件中的水平距离（mm）；Z∫——缺陷在工件中的深度（mm）；τ∫——缺陷波前沿所对水平刻度值；n——探伤仪调节比例系数；δ——探伤厚度（mm）；K——探头K值（K=tgγ）。示例用K2横波斜探头探伤厚度15mm的钢板焊缝，仪器按水平1：1调节横波扫描速度，探伤中在水平刻度τ∫=45mm处出现一缺陷波，求此缺陷位置。解由于Kδ=2×15mm=30mm，2Kδ=60mm，Kδτ∫2Kδ,可以判定此缺陷是二次波发现的，因此L∫=nτ∫=1×45mm=45mm图3—5斜角探伤时缺陷定位Z∫=2δ-nτ∫/K=(2×15-1×45/2)mm=7.5mm（2）深度调节法定位（母材厚度δ≥20mm采用此法），探伤仪按深度1：n调节横波扫描速度时，则有直射法探伤L∫=Knτ∫（3—3）Z∫=nτ∫一次反射法探伤L∫=Knτ∫（3—4）8Z∫=2δ-nτ∫示例用K1.5横波斜探头探伤厚度20mm的钢板焊缝，仪器按深度1：1调节横波扫描速度，探伤中在水平刻τ∫=40mm处出现一缺陷波，求此缺陷位置？解由于δτ∫2δ,可以判定缺陷是二次波发现的,因此L∫=Knτ∫=1.5×1×40mm=60mmZ∫=2δ-nτ∫=(2×30-1×40)mm=20mm（二）缺陷大小的测定测定工件或焊接接头中缺陷的大小和数量称为缺陷定量。工件中的缺陷是多种多样的，但就其大小而言，可分为小于声束截面和大于声束截面两种。对于前者缺陷定量一般使用当量法；而对于后者缺陷定量常采用探头移动法。1．当量法其原理是把缺陷波与同声程的已知形状和尺寸的人工缺陷（平底孔或横孔）回波相比较，与缺陷反射波高相同的人工缺陷的尺寸即认为是该缺陷的当量。值得注意的是，“当量”仅表示缺陷与该尺寸人工缺陷对声波的反射能量相同，并不表示缺陷尺寸与人工缺陷尺寸相等。因为工件中缺陷所处的情况是千变万化的，缺陷倾斜度、表面粗糙度及包含物等不同，都会影响到缺陷对声波的反射，因此可能使大缺陷的反射波反而很小。当量法主要有当量曲线、当量计算法等。对于焊缝探伤常采用当量曲线法，即利用具有同一孔径、不同距离的横孔试块制作的距离—波幅曲线（DAc曲线），对照检查出缺陷区域和当量。示例探伤用距离—波幅曲线如图3—6所示，若探伤中在深度Ay=45mm处有一缺陷回波，可将其先调到最高，再调到基准高度（例如满刻度的40%），图3—6当量曲线法此时dB读数为Vx=20dB，这时过Ay=45mm和纵坐标Vx=20dB分别作相应坐标的垂线，交于图3—6中一点。据此可以求得该缺陷的区域和当量。2．探头移动法对于尺寸或面积大于声束直径或断面的缺陷，一般采用探头移动法来测定其指示长度或范围。GB/T11345—1989规定，缺陷指示长度的测定推荐采用以下二种方法。1）当缺陷反射波只有一个高点或高点起伏小于4dB时，用降低6dB相对灵敏度法测长，如图3—7所示。9图3—7相对灵敏度测长法2）在测长扫查过程中，如发现缺陷反射波峰值起伏变化，有多个高点，则以缺陷两端反射波最大值之间探头的移动长度确定为指示长度，即为端点峰值法，如图3—8所示。图3—8端点峰值测长法（三）缺陷性质的估判判定工件或焊接接头中缺陷的性质称之为缺陷定性。到目前为止，在超声波探伤中对缺陷定性仍是个难点，因为不同性质的缺陷其反射回波波形区别不大。对缺陷定性在很大程度上要靠检验人员的实际经验和操作技能，并根据缺陷波的大小、位置及探头移动时波幅的变化特点，结合焊接工艺情况进行综合判断，结果往往存在较大误差。因此，这里仅简单介绍焊接缝中常见缺陷的波形特征。1．气孔单个气孔回波高度低，波形为单峰，较稳定，当探头绕缺陷转动时，缺陷波高大致不变，但探头定点转动时，反射波立即消失；密集气孔会出现一簇反射波，其波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼伏现象。2．裂纹缺陷回波高度大，波幅宽，常出现多峰。探头平移时，反射波连续出现，波幅有变动；探头转动时，波峰有上下错动现象。3．夹渣点状夹渣的回波信号类似于单个气孔。条状夹渣回波信号多呈锯齿状，由于其反射率低（原因是固体夹渣可以传播超声波），波幅不高且形状多呈树枝状，主峰边上有小峰。探头平移时，波幅有变动；探头绕缺陷移动时，波幅也会发生变化。4．未焊透由于未焊透对超声波的反射率高（厚板焊缝中该缺陷表面类似镜面反射），波幅均较高。探平头移时，10波形较稳定。在焊缝两侧探伤时，均能得到大致相同的反射波幅。5．未熔合当声波垂直入射该缺陷表面时，回波高度大。探头平移时，波形稳定。焊缝两侧探伤时，反射波幅不同，有时只能从一侧探测到。另外，在焊缝探伤中，示波屏上常会出现一些非缺陷引起的反射信号，称之为假信号。产生假信号的原因是多方面的，对假信号的识别主要靠探伤人员的实际经验和操作技能，故这里不予介绍。（四）、焊缝质量评定按照JB/T4730.3-2005标准进行质量评定1．缺陷评定1）超过评定线的缺陷信号应注意其是否具有裂纹等危害性缺陷特征，如有怀疑应采取改变探头角度、增加探伤面、观察动态波形的探伤方法并结合焊接工艺特征作出综合判断，或辅助其它检验方法（如射线照相法）作综合判定。2）缺陷指示长度小于10mm时，按5mm计。3）相邻两缺陷在一直线上，其间距小于其中较小的缺陷长度时，应作为一条缺陷处理，以两缺陷长度之和作为其单个缺陷的指示长度（间距不计入缺陷长度）。2．检验结果的等级分类见下表3-4表3-4焊接接头质量分级11五、记录与报告焊缝超声波探伤后，应将探伤数据、工件及工艺概况归纳在探伤的原始记录中，并签发检验报告。检验报告是焊缝超声波检验的存档文件，经质量管理人员审核后，正本发送委托部门，其副本由探伤部门归档，一般应保存7年以上。探伤记录和报告的格式可参考表3—5和表3—6。表3—5焊缝超声波探伤记录工件名称：工件编号：检验次序：○首次检验○一次复验○二次复验探