第9章焊接接頭超聲檢測

Xi'anPolytechnicUniversity第9章焊接接頭超聲檢測主講：王秋萍19.1焊接加工及常見缺陷焊接過程

接頭形式坡口形式常見缺陷Xi'anPolytechnicUniversity2一.焊接過程1.焊接

焊接是指通過加熱或加壓，或者兩者兼用，并且用或不用填充材料，使工件達到原子結合的一種加工方法。2.常用的焊接方法熔焊、壓焊、釬焊或特種焊接等。超聲檢測的主要對象是熔焊焊接接頭。3.焊接過程

焊接過程實際是一個冶煉和鑄造過程，首先利用電能或其他形式的能量產生高溫使金屬熔化，形成熔池，熔融金屬在熔池中經過冶金反應后冷卻，將兩工件牢固地結合在一起。Xi'anPolytechnicUniversity3二.接頭形式金屬熔化焊焊接部位的總稱叫焊接接頭，簡稱接頭，包括焊縫、熱影響區(qū)和鄰近母材等不同部位。a)對接接頭b)角接接頭c)T形接頭d)搭接接頭Xi'anPolytechnicUniversity4三.坡口形式根據設計或工藝需要，焊接前將母材焊口邊緣加工并裝配成一定的幾何形狀，這種形狀稱為坡口形式。a)I形b)V形c)X形d)U形e)單邊V形f)K形Xi'anPolytechnicUniversity5Xi'anPolytechnicUniversity對接接頭的坡口工藝圖6

V形坡口各部分名稱1—表面2—背面3—坡口角4—根部面(鈍邊)5—傾斜角6—坡口面7—根部高度8—根部間隙Xi'anPolytechnicUniversity7

V形坡口焊接接頭各部分的名稱1—焊縫寬度2—焊道邊縫3—母材4—根部5—焊縫金屬6—余高7—熱影響區(qū)8—焊趾Xi'anPolytechnicUniversity8四.常見焊縫缺陷Xi'anPolytechnicUniversity焊接接頭常見缺陷主要有不連續(xù)性、幾何偏差、冶金不均勻性。其中不連續(xù)性主要有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合及裂紋等。密集型氣孔根部裂紋9Xi'anPolytechnicUniversity未熔合：焊縫金屬與母材之間或焊道金屬之間未完全熔化的現象稱為“未熔合”。主要分為：側壁未熔合、層間未熔合，根部未熔合。側壁未融合層間未熔合10Xi'anPolytechnicUniversity未焊透：實際熔深小于公稱熔深而形成的差異部分稱為“未焊透”。主要是根部未焊透。根部未焊透119.2鋼制承壓設備對接焊接接頭的超聲檢測

焊接接頭的超聲檢測技術等級的選擇檢測方法和檢測條件的選擇標準試塊超聲檢測儀掃描速度的調節(jié)距離-波幅曲線和靈敏度調節(jié)掃查方式缺陷的評定和質量分級Xi'anPolytechnicUniversity121.A級檢測

A級檢測技術要求如下：A級檢測僅適用于母材厚度為8～46mm的焊接接頭檢測，一般用一種K值探頭，可采用直射波法和一次反射波法（或稱二次波法）在焊接接頭的單面單側進行檢測。一般不要求進行橫向缺陷的檢測。

JB/T4730.3-2005《承壓設備無損檢測第3部分：超聲檢測》中規(guī)定：“超聲檢測技術等級分為A

、B、C三個檢測級別。超聲檢測技術等級選擇應符合制造、安裝、在用等有關規(guī)范、標準及設計圖樣規(guī)定。”一.焊接接頭的超聲檢測技術等級的選擇Xi'anPolytechnicUniversity13

直射波法：用一次波直接掃查焊縫根部的探傷方法。Xi'anPolytechnicUniversity

一次反射波法：用二次波直接掃查焊縫區(qū)域的探傷方法。142.B級檢測

B級檢測技術要求如下：(1)母材厚度為8～46mm時，一般用一種K值探頭，采用直射波法和一次反射波法在對接焊接接頭的單面雙側進行檢測。Xi'anPolytechnicUniversity一次波二次波15(2)母材厚度為46～120mm時，一般用一種K值探頭，采用直射波法在焊縫接頭的雙面雙側進行檢測。(3)母材厚度為120～400mm時，一般用兩種K值探頭，采用直射波法在焊縫接頭的雙面雙側進行檢測。兩種探頭的折射角相差應不小于10o。(4)為檢測焊接接頭及熱影響區(qū)的橫向缺陷應進行斜平行掃查。Xi'anPolytechnicUniversity163.C級檢測：C級檢測技術要求如下：

(1)采用C級檢測時應將焊接接頭的余高磨平，對接接頭兩側斜探頭掃查經過的母材區(qū)域要用直探頭進行檢測。(2)母材厚度為８～46mm時，一般用兩種K值探頭，采用直射波法和一次反射波法在焊縫接頭的單面雙側進行檢測。兩種探頭的折射角相差應不小于10o，其中一個折射角應為45o。(3)母材厚度為46～400mm時，一般用兩種K值探頭，采用直射波法在焊縫接頭的雙面雙側進行檢測。兩種探頭的折射角相差應不小于10o。(4)應進行橫向缺陷的檢測。檢測時，將探頭放在焊縫及熱影響區(qū)上作兩個方向的平行掃查。Xi'anPolytechnicUniversity17二.檢測方法和檢測條件的選擇1.檢測面的準備

檢測面包括檢測區(qū)和探頭的移動區(qū)。檢測區(qū)的寬度應是焊縫本身加上焊縫兩側各相當于母材厚度30%的一段區(qū)域δ，δmin=5mm，δmax=10mm。δ若T=15mm，則δ=15×30%=4.5mm

→5mm。若T=20mm，則δ=20×30%=6mm。若T=50mm，則δ=50×30%=15mm

→10mm。Xi'anPolytechnicUniversity18跨距：

P=2TK=2x

或P=2Ttanβ=2x

當采用一次反射波法檢測時，探頭移動區(qū)域大于或等于1.25P。當采用直射法檢測時，探頭移動區(qū)域大于或等于0.75P。Xi'anPolytechnicUniversityβxP192.耦合劑的選擇

在焊縫檢測中，常用的耦合劑材料有水、甘油、機油、變壓器油、化學糨糊盒潤滑脂等。(1)在焊縫自動檢測中，常用水作為耦合劑，這是因為水的流動性好，傳輸方便，價格便宜。使用時可加入潤滑劑和防腐劑等。(2)機油和變壓器油的附著力、粘度、潤濕性都較合適，也無腐蝕性、價格也不貴，因此是最常用的耦合劑。Xi'anPolytechnicUniversity20由于A、B級焊縫余高的存在和斜探頭前沿的影響，一次波只能檢測到焊縫中下部。當焊縫寬度較大，若斜探頭的K值選擇較小，則一次波無法檢測到焊縫中下部。因此斜探頭K值的選擇應考慮以下三個方面：

特種設備焊縫一般晶粒較細，且超聲波各向同性。因此檢測波型一般為橫波，頻率為2.5～5MHz。(1)斜探頭的聲束應能掃查得到整個檢測區(qū)截面；(2)斜探頭的聲束中心應盡量與該焊縫可能出現的危險性缺陷垂直；(3)盡量使用一次波判斷缺陷，減少誤判并保證有足夠的檢測靈敏度。Xi'anPolytechnicUniversity3.探頭頻率和K值的選擇：21為保證能檢測到整個檢測區(qū)截面，必須滿足:d1+d2≤T所以有:討論:對于單面焊縫，b可忽略，此時:K≥(a+l0)/TXi'anPolytechnicUniversity用一、二次波單面檢測雙面焊焊縫時聲束覆蓋情況：224.探頭晶片尺寸的選擇

對于板厚較大的焊縫檢測，可使用晶片尺寸較大的探頭。對于板厚較小的焊縫檢測，應選擇晶片尺寸較小的探頭。(1)由θ0=acrsin(λ/D)可知，D越大，θ0將越小，波束指向性越好，超聲能量就會越集中。(2)由N=D2/4λ可知，隨著D的增大，N也將迅速增大。(3)D越大，輻射的超聲能量也就越大，探頭未擴散區(qū)掃查范圍也將變大，而遠距離掃查范圍相對就會變小，發(fā)現遠距離缺陷的能力就會增強。Xi'anPolytechnicUniversity235.母材的檢測a)母材內部存在分層可能造成漏檢因此，對于C級檢測，斜探頭掃查聲束通過的母材區(qū)域，應先用直探頭檢測，以便檢測是否有影響斜探頭檢測結果的分層或其他種類的缺陷存在。該項檢測僅作記錄，不屬于對母材的驗收檢測。Xi'anPolytechnicUniversityb)母材內部存在分層可能造成誤判24母材檢測的要點如下：(1)

檢測方法：接觸式脈沖反射法，采用頻率2～5MHz的直探頭，晶片直徑10～25mm。(2)

檢測靈敏度：將無缺陷處第二次底波調節(jié)為示波屏滿刻度的100%。(3)

記錄要求：凡缺陷信號幅度超過示波屏刻度20%的部位，應在工件表面作出標記，并予以記錄。Xi'anPolytechnicUniversity25三.標準試塊超聲檢測焊接接頭用的標準試塊可用來校準系統(tǒng)性能和檢測靈敏度。Xi'anPolytechnicUniversityCSK-ⅠA試塊——適用壁厚范圍為6～120mm的焊接接頭。

26Xi'anPolytechnicUniversityCSK-ⅡA——試塊適用壁厚范圍為6～120mm的焊接接頭

27Xi'anPolytechnicUniversityCSK-ⅢA試塊——適用壁厚范圍為6～120mm的焊接接頭

28Xi'anPolytechnicUniversityCSK-ⅣA試塊——適用壁厚范圍為120～400mm的焊接接頭

29表9-2CSK-ⅣA試塊尺寸(mm)CSK-ⅣA被檢測工件厚度對比試塊厚度T標準孔位置b標準孔直徑dNo.1>120~150135T/4、T/26.4（1/4in）No.2>150~200175T/4、T/27.9（5/16in）No.3>200~250225T/4、T/29.5（3/8in）No.4>250~300275T/4、T/211.1（7/16in）No.5>300~350325T/4、T/212.7（1/2in）No.6>350~400375T/4、T/214.3（9/16in）30四、超聲檢測儀掃描速度調節(jié)Xi'anPolytechnicUniversity聲程調節(jié)法水平調節(jié)法深度調節(jié)法31聲程法能使示波屏水平刻度值直接顯示反射體實際聲程。焊縫檢測中常用CSK-IA和半圓試塊來調整。1.聲程法Xi'anPolytechnicUniversity半圓試塊利用半圓試塊調整時，探頭對準R50圓弧面，調節(jié)儀器使B1、B2分別對準水平刻度0、100，然后調“脈沖移位”使B1對準50即可。322.水平法

(1)利用CSK-ⅢA試塊橫孔反射法：按τ:x=1:1調節(jié)。設K=1.5，d1=20mm，d2=60mm，則對應的水平刻度分別為：水平法能使示波屏水平刻度值直接顯示反射體的水平投影。焊縫檢測中常用CSK-ⅠA、CSK-ⅡA、CSK-ⅢA和半圓試塊來調整。Xi'anPolytechnicUniversity調節(jié)方法：調節(jié)儀器使深度為d1、d2的Φ1mm×6mm橫孔的回波A、B分別對準水平刻度30、90，這時水平距離掃描速度1:1就調好了。33

(2)CSK-ⅢA試塊邊角反射法：該方法是利用試塊上邊角和下邊角進行定位的一種方法。Xi'anPolytechnicUniversity調節(jié)方法：將探頭放在試塊上前后移動，找到下邊角最大反射波H1，同時量出水平距離l1。調節(jié)儀器使H1

對準水平刻度l1。然后移動探頭找到上邊角的最大反射波H2，同時量出水平距離l2。調節(jié)儀器使H2

對準水平刻度l2。343.深度法利用CSK-ⅢA試塊橫孔反射法：

按τ:x=1:1調節(jié)。設d1=40mm，d2=80mm。深度法能使示波屏水平刻度值直接顯示反射體的垂直深度。焊縫檢測中常用CSK-ⅠA、CSK-ⅡA、CSK-ⅢA和半圓試塊來調整。Xi'anPolytechnicUniversity調節(jié)方法：移動探頭使之分別對準A、B兩個橫孔。反復調節(jié)脈沖移位和微調旋鈕，使兩孔的最高回波分別對準水平刻度40、80，則深度1:1就調好了。351.距離-波幅曲線距離-波幅曲線是描述某一特定反射體回波高度隨距離變化關系的曲線。由評定線、定量線和判廢線組成，分三個區(qū)?？稍贑SK-ⅡA

、CSK-ⅢA

或CSK-ⅣA

試塊上制作?？蛇M行靈敏度的調整和缺陷當量尺寸的評定。Xi'anPolytechnicUniversity五.距離-波幅曲線的制作和靈敏度調整362.不同壁厚的距離-波幅曲線靈敏度選擇CSK-ⅡA試塊Xi'anPolytechnicUniversity37CSK-ⅡA試塊CSK-ⅢA試塊Xi'anPolytechnicUniversity38Xi'anPolytechnicUniversity39Xi'anPolytechnicUniversity403.距離-波幅曲線的繪制方法及其應用距離-dB曲線面板曲線Xi'anPolytechnicUniversity41(1)距離-dB曲線的繪制（例：板厚T=30mm。）

→測定探頭入射點和K值，并根據板厚調節(jié)掃描速度(1:1)

→測定CSK-ⅢA試塊不同距離處橫孔的dB值并填入表格。Xi'anPolytechnicUniversity42Xi'anPolytechnicUniversity→利用表中數據，以孔深為橫坐標，以dB值為縱坐標繪圖。43

2)調整檢測靈敏度：標準要求焊接檢測靈敏度不低于評定線。

距離-dB曲線的應用

1)了解反射體波高與距離之間的對應關系。

調節(jié)方法：本例中T=30mm，評定線為φ1×6-9dB，二次波檢測最大深度為60mm。由表中數據可得，掃查靈敏度為29dB，將衰減器調到29dB即可。Xi'anPolytechnicUniversity44

3)比較缺陷大小。

比較方法：如檢測中發(fā)現兩缺陷，缺陷1：df1=30mm，波高為45dB；缺陷2：df2=50mm，波高為40dB。缺陷1的當量為φ1×6+45-47=φ1×6-2dB，缺陷2的當量為φ1×6+40-41=φ1×6-1dB，由此可得缺陷1小于缺陷2。45

4)確定缺陷所處的區(qū)域。

比較方法：如檢測中發(fā)現兩缺陷，缺陷1：df1=20mm，波高為45dB；缺陷2：df2=60mm，波高位40dB。缺陷1的波高為45dB<47dB，在定量線以下，即在Ⅰ區(qū)。缺陷2的當量為35dB<40dB<43dB，在定量線以上判廢線以下，即在Ⅱ區(qū)。46(3)面板曲線的繪制→測定探頭入射點和K值，并根據板厚調節(jié)掃描速度(1:1)→探頭對準CSK-ⅢA試塊上深為10mm處φ1×6橫孔找到回波，調至滿幅的100%，在面板上標記波峰對應的點①，并記下此時的dB值N?！潭ㄔ鲆嫘o和衰減器，分別檢測的深度為20、30、40、50、60mm的φ1×6橫孔找到回波，在面板上標記相應的波峰對應的點②、③、④、⑤、⑥，然后連點成線，得到一條φ1×6參考曲線，即面板曲線。47

面板曲線的應用1)調整靈敏度：若工件厚度在15～46mm范圍內，評定線為φ1×6-9dB，只要在N(如30dB)的基礎上降低9dB，即衰減器讀數為21dB，此時靈敏度調好。482)確定缺陷所處區(qū)域：檢測時若缺陷回波低于參考線，則說明缺陷波低于評定線，可以不考慮。若缺陷波高于參考線，則用衰減器將缺陷波調至參考線，根據衰減的dB值求出缺陷的當量和區(qū)域。例如：+4dB，則缺陷當量為φ1×6-9+4=φ1×6-5dB，在Ⅰ區(qū)。+8dB，則缺陷當量為φ1×6-9+8=φ1×6-1dB，在Ⅱ區(qū)。+16dB，則缺陷當量為φ1×6-9+16=φ1×6+7dB，在Ⅲ區(qū)。49六.掃查方式1.鋸齒形掃查Xi'anPolytechnicUniversity掃查的目的是為了尋找和發(fā)現缺陷。鋸齒形掃查是手工超聲檢測中最常用的掃查方式，往往作為檢測縱向缺陷的初始掃查方式，速度快，易于發(fā)現缺陷。作鋸齒形掃查時，斜探頭應垂直于焊縫中心線放置在檢測面上。502.前后、左右、轉角、環(huán)形掃查Xi'anPolytechnicUniversity發(fā)現缺陷后，為觀察缺陷動態(tài)波形和區(qū)分缺陷信號或偽缺陷信號，確定缺陷的位置、方向和形狀，可采用以下四種基本掃查方式。前后與左右掃查：當用鋸齒形掃查發(fā)現缺陷后，可用前后與左右掃查找到缺陷的最大回波處，用前后掃查來確定缺陷的水平距離或深度，用左右掃查來確定缺陷沿焊縫方向的長度。轉角掃查：利用轉角掃查推斷缺陷的方向。環(huán)繞掃查：利用環(huán)繞掃查大致推斷缺陷的形狀。513.檢測橫向缺陷的掃查方式Xi'anPolytechnicUniversity平行掃查：對于磨平的焊縫，可將斜探頭直接放在焊縫上作平行掃查。斜平行掃查：對于有余高的焊縫可在焊縫兩側邊緣，使探頭與焊縫成一定角度(10o)作斜平行掃查。交叉掃查：對于電渣焊的人字橫裂，可用K1斜探頭在焊縫兩側45o方向作交叉掃查。524.雙探頭掃查方式Xi'anPolytechnicUniversity串列掃查：對厚壁焊縫檢測時，在焊縫的一側，將一發(fā)一收兩個斜探頭同方向一前一后放置，作等間隔移動，以檢測垂直檢測面的缺陷。V形掃查：對平板對接焊縫檢測時，在焊縫的兩側各放置一個探頭，兩個探頭一發(fā)一收，作垂直于焊縫中心線的相向移動，以檢測平行于檢測面的缺陷。53掃查間距：指相鄰掃查線(探頭移動的路線)之間的距離(鋸齒掃查為齒距)。一般不大于探頭晶片直徑或探頭聲束寬度的一半。Xi'anPolytechnicUniversity交叉掃查：對平板對接焊縫檢測時，在焊縫的兩側各放置一個探頭，使兩個探頭的聲束軸線相交于要檢測的部位，兩個探頭一發(fā)一收，在焊縫兩側作平行于焊縫中心線的相向移動，以檢測橫向缺陷。掃查速度：焊縫手工檢測的掃查速度不應大于150mm/s。54七.缺陷的評定和質量分級Xi'anPolytechnicUniversity1.缺陷的評定缺陷位置的評定(水平位置和深度)缺陷大小的評定(測長法---6dB法)缺陷幅度的確定(距離-波曲線)55Xi'anPolytechnicUniversity799516314.9895Ⅱ56Xi'anPolytechnicUniversity操作步驟：按照JB/T

4730.3-2005

標準，輸入相應的曲線標準。57Xi'anPolytechnicUniversity操作步驟：掃查→觀察回波高度→80%→測量→記錄數據58Xi'anPolytechnicUniversity操作步驟：掃查→觀察回波高度→80%→測量→記錄數據59Xi'anPolytechnicUniversity操作步驟：掃查→觀察回波高度→80%→測量→記錄數據60Xi'anPolytechnicUniversity操作步驟：掃查→觀察回波高度→80%→測量→記錄數據61Xi'anPolytechnicUniversity操作步驟：掃查→觀察回波高度→80%→測量→記錄數據62Xi'anPolytechnicUniversity(1)JB/T4730.3-2005

標準將焊接接頭質量級別分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3個等級，其中Ⅰ級質量最高，Ⅲ級質量最低。2.質量分級63Xi'anPolytechnicUniversity

例1：檢測厚度T=20mm的對接接頭，發(fā)現Ⅱ區(qū)有一缺陷波，其指示長度為

L=14mm，試根據JB/T4730.3-2005標準評定該焊縫質量級別。解：(1)由已知得：缺陷反射波幅位于Ⅱ區(qū)。(2)由已知得：缺陷指示長度L=14mmT=20mm∈(6mm,30mm)

T/3=20/3=6.7mm→10mm<L=14mm，不符合Ⅰ級，應考慮Ⅱ級。T=20mm∈(18mm,60mm)，2T/3=13.4mm<L=14mm，不符合Ⅱ級。(3)根據JB/T4730.3-2005標準，超過Ⅱ級者質量為Ⅲ級。所以該焊接接頭質量級別為Ⅲ級。64Xi'anPolytechnicUniversity例2：檢測T=45mm的對接接頭，發(fā)現波幅為φ1×6+2dB、指示長度為12mm的條狀缺陷3個且位于同一直線上，其間距均為7mm，試據JB/T4730.3-2005標準評定該焊縫質量級別。解：(1)缺陷反射波幅所處區(qū)域

T=45mm，定量線為φ1×6-3dB，判廢線為φ1×6+5dB，該缺陷當量為φ1×6+2dB，位于Ⅱ區(qū)。(2)缺陷指示長度計算相鄰缺陷間距均為7mm，小于相鄰缺陷的指示長度12mm，應以缺陷之和作為單個缺陷，則缺陷總長度為：L=12×3=36mm。(3)質量評級由已知得：T/3=45/3=15mm<L，不符合Ⅰ級，應考慮Ⅱ級。2T/3=30mm<L=36mm，不符合Ⅱ級，故該焊接接頭質量級別為Ⅲ級。65Xi'anPolytechnicUniversity例3：檢測T=40mm的對接接頭，發(fā)現一個缺陷，其當量為φ2×40-2dB，長為10mm，試評定該焊接接頭的質量級別。解：(1)缺陷反射波幅所處區(qū)域

T=40mm，定量線為φ2×40-12dB，判廢線為φ2×40-4dB，該缺陷當量為φ2×40-2dB，位于Ⅲ區(qū)。(2)質量分級：根據JB/T4730.3-2005標準，缺陷位于Ⅲ區(qū)，焊接接頭的質量為Ⅲ級。66Xi'anPolytechnicUniversity(2)GB11345-89標準將焊縫質量級別分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ