陕西科技大学过程设备制造与检测课程设计（论文）说明书模板

陕西科技大学过程设备制造与检测课程设计论文说明书模板 目录 一制造背景212设计参数213技术要求314储气罐的结构分析4com构分析4二筒体材料5三筒体具体制造工艺51材料的进厂入库检测52 放样划线与号料721筒节下料83简体的卷制成形94筒节坡口加工与焊接10411简体纵焊缝坡口加工10412简体环焊缝坡口11413 焊接115校圆126检测147组对148焊接159检测16四心的体会16一制造背景11液化石油气英文名称 Liquefied petroleum ges主要成分 乙烯乙烷丙烷丙烯丁烷丁烯等随着石油化学工业的开展液化石油气作为一种化工根本原料和新型燃料已愈来愈受到人们的重视在化工生产方面液化石油气经过别离得到乙烯丙烯丁烯丁二烯等用来生产合塑料合成橡胶合成纤维及生产医药炸药染料等产品用液化石油气作燃料由于其热值高无烟尘无炭渣操作使用方便已广泛地进入人们的生活领域此外液化石油气还用于切割金属用于农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等而液化石油气储罐是具有较大危险性的储存容器一旦出现问题将给人民的生命财产带来极大的损失吉林西安等地的液化气储罐事故给人们以深刻的教训为了保证液化石油气储罐的平安运行防止事故发生必须从个方面严格把关其中筒节的制作过程是关键中的关键产品名称 40M3液化石油气卧式储罐产品类别 三按照?特种设备平安监察条例?的规定该台产品经制造单位监督检验平安性能符合 ?压力容器平安基数监察规程?GB150-1998 钢制压力容器标准?及设计图样的规定12设计参数技术特性表 容器类别类三设计压力 MPa186设计温度 -1950最高工作压力MPa186水压试验压力MPa233气密性试验压力MPa186焊接接头系数1腐蚀余量量 mm2操作介质液化石油气充装系数09设备容积 立方米4013技术要求 1本设备按照GB150-1998?钢制压力容器?进行制造检测与验收并接受?压力容器平安技术监察规程?的监督 2制造筒体封头人孔接管用16MnR钢板符合GB6654-1996及第二次改造通知单的规定人孔法兰盖用钢板正火状态供货帯颈对焊法兰接管用16MnR应符合JB4726-2000壳体用16MnR钢板应逐张进行冲击试验方法按照GBT229的规定三个试样的平均值大于等于54J 3设备焊接工艺规程按照JBT4709-2000焊接工艺评定按照JB4708-2000所有角接接头的焊接外表须打磨圆滑过渡 4设备中每条AB类焊接接头应进行100射线检测按照JBT47302-2005的规定二级合格所用D类焊剂接头DN 250的接管与法兰的B类焊接接头及所有与承压件相焊接的角接接头应进行100外表磁粉检测按照JBT47304-2005的规定一级合格 5设备应进行整体焊后消除应力热处理热处理后不得在设备本体上进行施焊 6 最终热处理后对设备中ABD类焊接接头进行硬度检测其硬度应小于等于200HB检测数量按照每条AD类焊接接头测一组每条B类焊接接头每隔120度测一组每组包括母材热影响区和焊缝各一处 7未注明角接接头焊脚高度均等于两相焊件中之较薄件的厚度且须为连续焊 8 设备制造完毕后进行水压试验水压试验应力见技术要求表水压试验合格后应将积水排净吹干 9水压试验合格后应进行气密性试验试验应力见技术特性表 10 设备制造完毕后除锈涂铁红醇酸底漆一遍再涂银粉醇酸清漆一遍沿罐体水平中心线用红漆刷一道红色色带宽度为150mm在筒体两侧的重心处用红色油漆喷印重新标志应在重心标志上方喷印LPG字样重心标志的左侧喷应严禁烟火字样右侧喷应禁止施焊的字样标志字样高度不得小于200mm 11 设备的油漆包装运输按照JBT4711-2003?压力容器涂覆与运输包装?的规定 12 本储罐安装时其纵轴应向排污方向倾斜千分之三 13 固定支座的连接采用一个螺母拧紧活动支座用两个螺母第一个螺母不拧紧与支座的距离为1至3毫米用第二个螺母锁紧 14 本储罐必须在有遮阳和水喷淋装置的条件下适用 14储气罐的结构分析 储气罐的结构 储气罐是一个承受内压的钢制焊接压力容器在规定的使用温度和对应的工作压力下应保证平安可靠罐体的根本结构部件应包括人孔封头筒体法兰支座 com构分析 筒体材料为16MnR公称内径为2600mm长度的6500mm名义壁厚为18mm整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成这时的简体有纵环焊缝纵焊缝采用埋弧焊方式焊接查相关标准焊缝形式采用Y形其筒节间环焊缝亦可采用U形焊缝应合理设计筒节坡口形式及尺寸设计焊缝的相对位置二筒体材料 对受内压的筒体由于其工作介质为液化石油气考虑其腐蚀性以及易燃易爆选择16MnR作为材料三筒体具体制造工艺 1材料的进厂入库检测 筒体结构材料16MnR按技术要求符合GB6654-1996及第二次改造通知单的规定验收合格后应按企业标准入库存放 11结构材料预处理 钢材进入车间加工之前进行外表预处理是金属结构制造中最重要的首要工序可增强装备耐腐蚀能力延长其使用寿命预处理工艺 1 钢板外表净化钢板的外表净化是钢板预处理一个步骤运用特定的方法或设备祛除外表的油污铁锈杂质氧化皮等外表净化的方法大体分两类机械法和化学法化学法主要有酸洗碱洗盐洗等机械法主要有砂轮打磨喷沙喷丸处理本钢板选用喷沙作为外表净化的处理方式除去铁锈和氧化皮用喷砂法做外表净化所得钢板质量好且效率高但是粉尘太大所以一般都是在密闭的喷砂室里进行操作需要注意的是近年来钢板出厂时大都会喷一层防护漆来防止它的腐蚀防护漆不影响以后的加工和焊接此时外表净化这一工序就可省略矫形 钢材在轧制运输装卸和堆放过程中由于自重支承不当或装卸条件不良及其他原因可能会产生弯曲扭曲翘曲波浪变形及外表不平等变形当这些变形超过一定程度时会给尺寸的度量划线剪裁及其他加工带来困难而且会影响到成形后零件的尺寸和几何形状的精度从而又会影响到装配焊接和整个产品的质量所以在划线下料前应予以矫形钢材在加工过程中也会由于受力不均等工艺原因和其他原因而使工件产生变形为不影响下道工序的加工和确保加工质量也需进行矫形另外在装配一焊接之后工件也会因焊接等原因产生某些变形亦需矫形此为成品矫形矫形就是使钢材或工件在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形以消除弯曲扭曲皱折不平等现象从而获得正确形状的过程矫形的实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长以恢复原状或是使其他局部的纤维也拉长或缩短产生与局部纤维相同的变形从而到达矫形的目的矫形的方法按操作方法的不同可分为手工矫形机械矫形和火焰矫形三种本设计采用多辊矫平机进行机械矫形多辊矫板机矫平钢板是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间在辊子压力的作用下受到屡次反复弯曲整个钢板得到均匀的拉长使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一并不断减小最终得到矫平 此处采用GYX-3M钢材预处理装置利用抛丸机械除锈的先进大型机械设备钢材经此处理并经喷保护底漆烘干处理等工序后即可保证钢材在生产和使用过程中不在生锈有不影响机械加工和焊接质量 2 矫形 钢材在轧制运输装卸和堆放过程中由于自重支承不当或装卸条件不良及其他原因可能会产生弯曲扭曲翘曲波浪变形及外表不平等变形当这些变形超过一定程度时会给尺寸的度量划线剪裁及其他加工带来困难而且会影响到成形后零件的尺寸和几何形状的精度从而又会影响到装配焊接和整个产品的质量所以在划线下料前应予以矫形钢材在加工过程中也会由于受力不均等工艺原因和其他原因而使工件产生变形为不影响下道工序的加工和确保加工质量也需进行矫形另外在装配一焊接之后工件也会因焊接等原因产生某些变形亦需矫形此为成品矫形矫形就是使钢材或工仵在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形以消除弯曲扭曲皱折不平等现象从而获得正确形状的过程矫形的实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长以恢复原状或是使其他局部的纤维也拉长或缩短产生与局部纤维相同的变形从而到达矫形的目的矫形的方法按操作方法的不同可分为手工矫形机械矫形和火焰矫形三种本设计采用多辊矫平机进行机械矫形多辊矫板机矫平钢板是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间在辊子压力的作用下受到屡次反复弯曲整个钢板得到均匀的拉长使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一并不断减小最终得到矫平下列图为多辊式矫平机的工作原理图本设计中钢材16MnR板厚为18mm选用九辊矫正机其参数情况见下表 矫正机参数表 应注意的是不是所有的钢板都能一次矫平是否容易矫平除与矫平机有关外还与其本身的性质和厚度有关21筒节下料 筒节的划线是在钢板上划出展开图筒节的展开计算比拟简单即以筒节的平均直径为基准由于钢板在卷板机上弯卷是受辊子的碾压厚度会减薄长度会伸长因此下料尺寸应比计算出来的尺寸短一些 筒节展开长按下式计算 L Dm-L DiS -L1L2L3式中 L筒节展开式mm Dm 筒节平均直径mm Di筒节内径mm S板厚mm L1钢板伸长量mm L2钢板加工余量mm L3焊缝横向收缩余量 mm通常 L 1-K Dm K修正系数K 09931-09960 综合考虑L2 取5mm 所以将数据带入公式可得 L 8204m 由于整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成因此筒节下料单个钢板的长度为具体尺寸为长x宽高8204x2170x 18mm筒节钢板的下料选择机械剪切下料常用的机械剪切下料多采用圆板剪和龙门剪板机而以龙门剪板机的应用最为广泛通常只能做直线剪切 本次选择的剪板机的型号为Q11-50 x3200型 Q11-50x3200型剪板机 参数最大板厚最大板宽板料强度喉口深度剪切角度可剪次数 行程次数飞轮转速刀片长度50320049070054Min8Min82r42003简体的卷制成形 筒节的弯卷成型是用钢板在卷板机上弯卷而成的根据钢板的材质厚度弯曲半径卷板机的形式和能力在实际弯卷过程中分为冷卷和热卷本设计中钢板为18mm厚的16MnR根据 2Rm 1-RmRo 100 单向拉伸 式中 弯卷变形率 100 钢板名义厚度mm Rm 筒节中性层半径mm Ro 钢板弯曲前的中性层半径mm 代入数值计算的 069 316MnR单向拉伸是的临界变形率故此处选择冷卷卷制成形通常在三辊筒或四辊筒卷板机上进行的 所选卷板机型号为CDWII- 数控制上调式 40x4000 对称式三辊卷板机CDWII 参数 规 格 最大宽度最大厚度 上辊直径 mm 下辊直径 mm下辊中心距 mm 主电动机功率 kW 404000 550 530 610 80 根据 Dmin d1 015-020 d1 式中 d1 卷板机的上辊直径 计算得 Dmin 600mm 2600mm故可知所选卷板机满足要求 钢板在卷板机上卷制时钢板的两端总有一段长为a的直边无法卷制其长度取决与两下辊的中心距为消除此剩余直边在钢板卷圆钱应作板边预弯曲通常采用水压机在专用模具上预弯4筒节坡口加工与焊接 焊接接头坡口形状和几何尺寸的设计应遵循以下原那么 1 保证焊接质量 2 坡口加工简易 3 便于焊接加工 4 节省焊接材料按焊接技术要求加工坡口坡口两侧30mm范围内清理污物然后按焊接工艺施焊411简体纵焊缝坡口加工 简体是由钢板卷制而成其边缘局部由于变形和冷作硬化作用其性能已发生变化不能满足设计要求应此需将此区域除去筒节卷制成形后按图样规定的筒体名义直径测量简节的实际周长并划二次线割去余量后按焊接工艺要求加工坡口 简体的纵缝的焊接采用埋弧焊根据埋弧焊坡口加工要求其坡口形式为V形坡口具体尺寸如下 纵缝对接坡口根据具体尺寸可选择氧气切割加工坡口氧气切割的加工方法具有设备简单投资费用少操作灵活方便的一系列特点切割质量好412简体环焊缝坡口 压力容器筒身环焊缝坡口形式取决于其壁厚及所选用的焊接工艺方法对于薄壁容器壳体环焊缝多采用V形坡口而对于厚壁容器壳体环焊缝为了减少焊缝的横截面通常采用U形坡口对于此次所设计的容器属于厚壁型其环焊缝包括简节对接焊缝和简体与封头的对接焊缝都采用相同的坡口形式如下列图 环焊缝坡口示意图该类型坡口也可采用气割工艺加工气割加工币机械方法加工效率高周期短且不需要投资高的机床设备U形坡口的下部有圆弧段在具体加工过程中铁的氧化反响不能像一般气割时那样垂直向下当到达一定深度后应转向侧面方向为此需要多割炬同时加工如可使用三割炬U型坡口板自动切割机413 焊接 此处焊接采用埋弧自动焊焊机型号MZA-1000按技术要求中对焊接工艺要求施焊并进行焊后热处理 具体参数确定 a 焊接电流 根据 H KmI式中 H 焊缝熔深mm I 焊接电流 A Km 系数 mmA Km 根据设计中具体条件取12510-2 mmA b 电弧电压 电压与电弧长度成正比且随电弧电压增高焊缝宽深显著增大而熔深与余高略有减小 c 焊缝速度 对熔深与熔宽均有影响 最终参数确定如下 焊丝直径 mm 焊接电流 A 电弧电压 V 焊接速度 mh-1 线能量 kjcm-1 5 700-750 36-40 3752153-2307 5校圆筒体要求最大与最小直径差e以及棱角度E最小值以及对口错边量b不得超过以下要求 a棱角度 E102mm且5mm E 38mm用弦长为16Dn且不小于300mm的内样板或外样板检查 如下列图示 b最大与最小直径差 ee 应不大于即全面直径的1且不大于25mm有开孔补强时应离补强圈边缘100mm以外的位置测量 此处 e 25mm 如下列图所表示 c 对口错边量 b 厚度相同的单层钢板纵焊缝的对口错边量b10且不大于3mm b 1018mm 18mm 如下列图所表示6检测 按技术要求中探伤工艺对AB类焊缝进行100RT检测按照JBT47302-2005的规定二级合格7组对 按筒体布板图要求组对各节筒节定位焊要求同4筒体B类焊缝组对错边量b 棱角度E 筒体直线度应符合相关要求 a 对错边量 b101 10mm b 28mm 如下列图所表示 b 棱角度 E102mm且5mm E 38mm 用长度不小于300mm的检查尺检查如下列图所表示 c 筒体直线度W 筒体长度20000mm时W2L1000且不大于20mm 本设计中L 6500mm 计算得 W13mm8焊接此处焊接采用埋弧自动焊焊机型号MZA-1000按技术要求中对焊接工艺要求施焊并进行焊后热处理 最终参数确定如下 焊丝直径 mm 焊接电流 A 电弧电压 V 焊接速度 mh-1 线能量 kjcm-1 5 700-750 36-40 3752153-2307 9检测 按技术要求中探伤工艺对AB类焊缝进行100RT检测按照JBT47302-2005的规定二级合格四心得体会通过此次课程设计我学到了很多对过程设备制造与检测特别是制造方面的工艺设计认识进一步加深虽然说对于这门课程自己还有许多不是太多要学习和提高的方面但通过此次课设中李老师得悉心指导和与同学们得协作交流真正感受到了这门课程魅力 学习到了如何把书本中学习到得理论知识应用到实际的过程设备制造与检测中去真正感受到了理论与实际课堂与工厂间的距离 在此再感谢李老师的教诲指出了课设中的缺乏与错误通过这一次的洗礼我相信自己在以后的课程设计吸取经验教训一定会做出更好课程设计参考文献资料 ?过程装备制造与检测? ?压力容器设计指导手册? ?最新压力容器优化设计与制造工艺及无损检测实用手册?辽宁石油化工大学实习设计本专业班级 焊接0932 姓名 郭臻 学号 0920883201 实习名称 无损检测课程设计 实习地点 辽宁石油化工大学 实习时间2021年11月21日 至2021年12月11日指导老师 郭淑娟 闫伟 成绩 评阅人 前 言无损检测Non-Destructive TestingNDT技术已成为控制产品质量保证设备平安运行等方面极为重要的技术手段在现代航空工业生产过程中越来越多地要求对关键部件进行更加有效和准确的检测而我本次的课程设计的课题是中厚板对接焊缝超声波检测其主要任务是在掌握焊缝焊接缺陷及其产生原因的根底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检测的具体方案超声波无损检测是在现代工业生产中应用的非常广泛的一种无损检测方法它对于提高产品的质量和可靠性有着重要的意义随着电子技术的开展国内出现了一些数字化超声检测仪器以脉冲反射式超声探伤仪为代表研制完成一个良好的数字化的检测平台该系统具有测量数字显示工作稳定性能好等优点本文也主要介绍了超声波检测技术的原理性能及优缺点超声波检测设备与器材的类型等本文还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考前须知文中针对给定的中厚板焊缝通过实验检测该焊缝的缺陷详细介绍试块选用设备调试现场探伤中的常见问题及解决方法还介绍了现场探伤缺陷定位和长度测量的具体方法并通过标准对检测中的缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡目 录绪论 31超声波检测的原理及其特点 411设计任务书 412超声波检测的原理 513超声波检测的特点 62 超声波检测仪器型号和一些根本设备 721超声波检测仪型号 7com UFD-X5超波探测仪功能简介超声波检测的过程1641检测前的准备 1642探头测定与仪器的调节 17 43距离-波幅dB曲线的绘制与应用 2144扫查方式 2345缺陷的测定与评定 2446 清理现场275超声波检测工艺卡 28结论 29参考文献 30 绪 论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电供热和储存各种工业原料及产品完成工业生产过程必须的各种物理过程和化学反响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拟高焊缝质量直接决定着压力容器的使用平安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故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的方法无损检测技术主要包括超声检测射线检测磁粉检测渗透检测涡流检测和声发射等检测技术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检测工作中得到越来越多的应用如今一些过程设备的检验检测及缺陷评定仍存在很大问题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管理带来很大难度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这些缺陷如不进行定期检查及有效的平安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基于以上原因本文重点研究焊缝内部缺陷的超声波检测方法从而对焊接缺陷进行有效的平安评定1 超声波检测的原理及其特点11设计任务书设计目的为了让我们充分了解超声波检测的方法及原理以及操作步骤和考前须知并为我们以后工作打好良好的根底设计内容详细介绍了超声波检测的原理及特点并以中厚板横焊缝为例介绍了超声波检测的仪器设备以及检测过程和缺陷评定等内容最后还介绍了现场探伤缺陷定位和长度测量的具体方法并通过标准对检测中的缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡任务与要求1根据要求对中厚板焊缝进行扫查及缺陷的评定2掌握超声检测仪的根本结构和使用方法3能进行超声检测仪的调试和对一般故障分析及排除12超声波检测的原理超声检测的原理如图1-1所示可逆压式压电换能器通过瞬间电激发能产生机械振荡并形成脉冲超声波该声波在金属中传播时如果遇到缺陷就会产生反射并能返回到换能器处由于压电传感器是可逆的于是能把声脉冲信号转换成电脉冲信号测量出该信号的幅值及传播时间就可评定工件中缺陷的严重程度图1-1脉冲超声检测的原理利用超声波对材料中的宏观缺陷进行探测依据的是超声波在材料中传播时的一些特性如超声波在通过材料时能量会有损失在遇到两种介质的分界面时会发生反射等等常用的频率为0525MHz以脉冲反射技术为例由声源产生的脉冲波被引入被检测的试件中后假设材料是均质的那么声波沿一定的方向 以恒定的速度向前传播随着距离的增加声波的强度由于扩散和材料内部的散射和吸收而逐渐减少当遇到两侧声阻抗有差异的界面时那么局部声能被反射这种界面可能是材料中某种缺陷不连续如裂纹分层孔洞等也可能是试件的外外表与空气活水的界面反射的程度取决于界面两侧声阻抗差异的大小在金属与气体的界面上几乎全部反射通过探测和分析反射脉冲信号的幅度位置等信息可以确定缺陷的存在评估其大小位置通过测量入射波和接收声波之间声传播的时间可以得知反射点距入射点的距离通常用以发现缺陷并对缺陷进行评估的主要信息为来自材料内部各种不连续的反射信号的存在及其幅度入射信号与接受信号之间的声传播时间声波通过材料以后能量的衰减13超声波检测的特点 1超声波检测方法的优点1适用于金属非金属复合材料等多种材料制件的无损评价2穿透能力强可对较大厚度范围的试件内部缺陷进行检测可进行整个试件体积的扫查如对金属材料既可检测厚度12mm的薄壁管材和板材也可检测几米长的钢锻件3灵敏度高可检测材料内部尺寸很小的缺陷4可较准确地测定缺陷的深度位置这在很多情况下是十分需要的5对大多数超声技术的应用来说仅需从一侧接近试件6设备轻便对人体及环境无害可作现场检测2超声波检测方法的局限性1由于纵波脉冲反射法存在的盲区以及缺陷取向对检测灵敏度的影响对位于外表和非常近外表的延伸方向平行于外表的缺陷常常难于检测2试件形状的复杂性如小尺寸不规那么形状粗糙外表小曲率半径等对超声检测的可实施性有较大影响3材料的某些内部结构如晶粒度相组成非均匀性非致密性等会使小缺陷的检测灵敏度和信噪比变差4对材料及制件中的缺陷作定性定量表征需要检验者较丰富的经验且常常是不准确的5以常用的压电换能器为声源时为使超声波有效地进入试件一般需要有耦合剂2 超声波检测仪器型号和一些根本设备21超声波检测仪器型号图2-1 UFD-X5型超声波探伤仪UFD-X5数字式超声波探伤仪是一款便携式数字式超声波探伤仪它能够快速便捷无损伤精确地进行工件内部多种缺陷裂纹夹杂气孔等的检测定位评估和诊断 硕德的X系列经济实用 性能与价格的完美结合既要有速度还要有灵活性既要轻便又要巩固既要有准确性还要有吸引力X系列超声波探伤仪专为成长型企业量身定制是追求性价比的首选即插即用U盘存储直观B扫动态显示准确回波编码技术精确10位AD采样所有常用功能一键直达无不站立于超声波探伤仪技术的最前沿均诠释着X系列对技术创新的孜孜求没有任何其他经济型探伤仪能如此轻松地融合众多非凡的特性UFD-X5超波探测仪功能简介 二维编码B扫描 直观显示缺陷位置高端探伤仪常用的二维色彩编码B扫描功能B扫描功能图像式的观察缺陷模式能够产生很好的比照效果更便于缺陷的分析判断通过灰度彩色调色板还可以自动显示缺陷危害程度也可实时比照观测A扫波形和B扫图像 超大容量数据储存2000个数据组 探伤与高精测厚一体 5条智能DAC曲线符合JIS和API标准 实用DGS曲线大平底平底孔通孔三种参考类型超声波探头是用来产生与接收超声波的器件是组成检测系统的最重要的组件之一超声波探头的性能也是直接影响到发射的超声波的特性影响到超声波的检测能力图2-2斜探头示意图能够在材料中产生超声波的方式有多种其原理均涉及将某种其他形式的能量转换为超音频的振动能量而在超声检测中最常用是与超声探伤仪相匹配的超声探头是利用材料的压电效应实现电声能量转换的压电换能器探头这类探头中的关键部位的压电换能器又称为压电晶片是一个具有压电特性的单晶或多晶薄片或薄膜其作用是将电能转换为声能并将声能转换为电能1 探头的结构及各局部的作用 探头的主要组成局部有压电晶片阻尼块电缆线接头保护膜和外壳斜探头中通常还有一使晶片与入射面成一定角度的斜楔 1 晶片 压电晶片是以压电效应发射并接收超声波的元件是探头中最重要的元件晶片的性能决定着探头的性能晶片的尺寸和谐振频率决定着发射声场的强度距离幅度特性与指向性晶片制作质量的好坏也关系到探头的声场对称性分辨率信噪比等特性晶片可制成圆形方形矩形或曲面2阻尼块和吸声材料阻尼块是由环氧树脂和钨粉等按一定比例配成德阻尼材料粘附在晶片或斜楔后面阻尼块的作用一是对压电晶片的振动起阻尼作用二是吸收晶片向其反面发射的超声波三是对晶片起支撑作用3保护膜压电陶瓷晶片通常都很脆在用与试件直接接触的方式沿试件外表进行扫查晶片很容易损坏为此常在晶片前面粘附一层薄保护膜以保护晶片和电极层不被磨损或破坏某些情况下也能改善探头与试件的耦合效果但保护膜也会使始波宽度增大分辨率变差灵敏度降低4斜楔斜楔是斜探头中为了使超声波倾斜入射到检测面而装在晶片前面的楔块楔块使探头的晶片和试件外表形成一个严格的夹角以保证晶片发射的超声波按照设定的入射角倾斜入射到斜楔与试件的界面从而能够在界面处产生所需要的波形转换在试件内形成特定波形和角度声束有斜楔就一般不用保护膜2探头的分类常用探头种类有直探头和斜探头两大种但如果按波型分又分为横波探头外表波瑞利波探头纵波探头及兰姆波探头等按晶片数分又分为单晶探头双晶探头1直探头纵波探头直探头用于发射和接收纵波直探头主要用于探测的缺陷斜探头横波斜探头的标称方式常用两种一种是以横曲折角来标称如 40o45o60o等另一种是以折射角的正切值来标称 10152025等双晶探头探头型号25B20Z5P66K323超声波试块1试块的分类为了保证检测结果的准确性与可重复性可比性必须用一个具有固定特性的试样试块对检测系统进行校准超声检测用试块通常分为两种类型即标准试块校准试块和比照试块参考试块2标准试块标准试块具有规定的材质外表状态几何形状与尺寸可用以评定和校准超声检测设备标准试块通常由权威机构讨论通过其特性与制作要求有专门的标准规定1 标准试块的根本要求标准试块的材料热处理状态外表粗糙度外形和尺寸要求均有严格规定材料应易于加工不易变形和腐蚀具有良好的声学性质制作时应确认材质均匀无杂质无影响使用的缺陷图2-3 标准试块标准试块外形加工的平行度垂直度与尺寸精度均应经过严格检验并符合图样要求尺寸允许公差一般在01mm以内检测面的外表粗糙度一般应优于Ra16um试块中的平底孔应经硅橡胶覆型并检验其直径孔底外表粗糙度平面度等检验后平底孔应清洗枯燥后进行永久性封堵对于标准试块还应测量其声学性能 2CSK-IA试块的主要用途CSK-IA 试块是 JB1152-1981?锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声检测?中规定的标准试块CSK-IA试块较多用于焊缝横波检测也是本课设所使用的试块 校验超声检测仪的水平线性垂直线性和动态范围用50mm或100mm尺寸调节横波时基线比例和范围用50mm和100mm尺寸测定斜探头在深度方向的分辨力图2-4 比照试块可直接测出横波斜探头的k值 3 比照试块的主要用途CSK-IIIA试块使用壁厚范围为6mm120mm的焊接接头调节时基线比例和探测范围测定斜探头的k值测定横波AVG曲线调节检测灵敏度 进行缺陷定量 24耦合剂1 耦合剂的作用为了改善探头与试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当探头和试件之间有一层空气时超声波的反射率几乎为100即使很薄的一层空气也可以阻止超声波传入试件耦合剂可以填充探头与试件间的空气间隙使超声波能够传入试件这是使用耦合剂的主要目的除此之外耦合剂有润滑作用可以减少探头和试件之间的摩擦防止试件外表磨损探头并使探头便于移动 2常用耦合剂常用耦合剂有水甘油全损耗系统用油变压器油化学浆糊等水的优点是来源方便缺点是容易流失容易使试件生锈有时不易润湿试件液浸检测中最常使用水作耦合剂使用时可参加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试件形成腐蚀坑价格较贵全损耗系统用油俗称机油和变压器油的附着力粘度润湿性都较适当也无腐蚀性价格不贵因此是最常用的耦合剂本文焊缝检测也是使用此机油作为耦合剂化学浆糊的耦合效果比拟好也是一种常用的耦合剂3 焊缝的选择及常见缺陷类型介绍31焊缝的选择随着工业和科技的不断开展焊缝超声波检测的主要方法和技术要点焊接接头形式有等厚平板对接变截面平板对接角型接T 型接等焊接接头的缺陷包括外部缺陷和内部缺陷外部缺陷有焊缝尺寸不符合要求未焊透咬边焊瘤外表气孔外表裂纹等通常采用目视检测磁粉检测渗透检测等方法对这些缺陷进行检测内部缺陷有气孔夹渣未焊透未熔合和裂纹等如图3-2所示图3-1 厚度为16mm钢板焊缝超声检测主要目的是为了检测出焊接接头中存在的内部缺陷 32常见的焊缝缺陷类型简单介绍 1 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响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外表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局部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标准不当如坡口角度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图3-2 焊接中常见缺陷 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不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的取向可分为纵向裂纹和横向裂纹焊缝中的气孔夹渣是立体型缺陷危害性较小而裂纹未熔合是平面缺陷危害性大在焊缝探伤中由于余高的影响及焊缝中裂纹未焊透未熔合等危害性大的缺陷往往与检测面垂直或成一定的角度因此一般采用斜射横波接触法在焊逢两侧进行扫查4 超声波检测的过程41 检测前的准备 1 选择探头1K值的选择探头K值的选择应从以下三个方面考虑使声束能扫查到整个焊缝截面使声束中心线尽量与主要危险性缺陷垂直保证有足够的探伤灵敏度设工件厚度为T焊缝上下宽度的一半分别为a和b探头K值为K探头前沿长度为L0那么有KabL0T一般斜探头K值可根据工件厚度来选择较薄厚度采用较大K值如814厚度可选K30K20探头以便防止近场区探伤提高定位定量精度较厚工件采用较小K值以便缩短声程减小衰减提高探伤灵敏度如1546厚度可选K20K15探头同时还可减少打磨宽度在条件允许的情况下应尽量采用大K值探头探头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前必须在试块上实测K值并在以后的探伤中经常校验2频率选择焊缝的晶粒比拟细小可选用比拟高的频率探伤一般为2550MHz对于板厚较小的焊缝可采用较高的频率对于板厚较大衰减明显的焊缝应选用较低的频率 2 探头移动区宽度焊缝两侧探测面探头移动区的宽度P一般根据母材厚度而定图4-1 探头移动区和检测区厚度为846mm的焊缝采用单面两侧二次波探伤探头移动区宽度为P2KT50 mm 厚度为大于46mm的焊缝采用双面两侧一次波探伤探头移动区宽度为 P KT50 mm 式中K-探头的K值T-工件厚度工件外表的粗糙度直接影响探伤结果一般要求外表粗糙度不大于63 m否那么应予以修整 3 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实际探伤中用的最多的是浆糊和机油而本次设计用到的耦合剂是机油42 探头测定与仪器的调节 1 探头测试1斜探头入射点的测试斜探头的入射点是指其主声束轴线与探测面的交点入射点至探头前沿的距离称为探头的前沿长度测定探头的入射点和前沿长度是为了便于对缺陷定位和测定探头的K值将斜探头放在CSK-IA试块上使R100的圆弧面反射回波到达最高时斜楔底图4-2 用CSK-IA试块斜探头入射点的测试面与试块圆心的重合点就是该探头的入射点这时探头的前沿长度L0为L0 R- MR为试块圆弧的半径M为探头前端部至试块圆弧面边缘的距离2测定斜探头K值斜探头K值是指被探工件中横曲折射角的正切值 K tgsK值的测定一般常用CSK-IA试块上的50孔来进行具体方法是将探头对准试块上的50孔找到最大反射回波并测出探头前沿至试块端面的距离L那么K tgs Ll0-3530图4-3 用CSK-IA试块测定斜探头K值斜探头K值的测定也可以用CSK-IIIA试块在调节仪器扫描线比例时同时进行具体方法是在测定某一深度的16短横孔时找到孔的最大反射回波后用入射点至该孔的水平距离除以该孔的深度值商即为K值可用不同深度的孔测得数值反复计算几次求得平均值这样较为精确 2 扫描线比例的调节1按水平调节水平调节是使示波屏的水平刻度值直接显示反射体的水平投影距离该方法多用于较薄厚度824焊缝的检测图4-4 调节仪器使两弧面反射波B1和B2同时分别对准水平距离刻度常用CSK-IA或CSK-IIIA试块进行调节CSK-IA试块调节方法如下根据所用探头的实测K值先计算出R50 R100对应的水平距离l1和l2l1 KR502 l2 2l1然后将探头同时对准CSK-IA试块上的R50和R100调节仪器使两弧面反射波B1和B2同时分别对准水平距离刻度l1和l2如图4那么水平距离扫描速度为11CSK-IIIA试块调节方法如下a先将始脉冲对准零点再左移10mm使入射点大致对零点b将探头对准试块上20深的横孔找到最高反射回波A量出水平距离l1调整微调旋钮使A波前沿对准水平刻度l1并记住读数c将探头对准试块上40深的横孔找到最高反射回波B量出水平距离l2假设此时示波屏上的B波读数与水平距离l2不符应计算出二者的水平读数差值 l2 X 假设为正值应将B波向大读数移动顺时针转动微调旋钮将B波调至X2假设为负值应将B波向小读数移动至X-2d用脉冲位移旋钮将B波调至l2再用探头找到A波看水平位置是否与l1相符假设相符那么水平11调整完毕假设不相符那么重复用AB波反复调至与读数相符2按深度调节深度调节是使示波屏的水平刻度值直接显示反射体的垂直深度该方法多用于较大厚度 2446焊缝的检测深度调节可在CSK-IA或CSK-IIIA试块上进行CSK-IA试块调节方法如下根据所用探头的实测K值先计算出R50 R100对应的深度数值d1和d2d1 R502 d2 2d1然后将探头同时对准CSK-IA试块上的R50和R100调节仪器使两弧面反射波B1和B2分别对准示波屏刻度值d1和d2例如当K 20时d1 224d2 448反复调节仪器的微调和脉冲位移旋钮使B1和B2分别对准示波屏刻com那么深度11调整完毕CSK-IIIA试块调节方法如下a将探头对准试块上20深的横孔找到最高反射回波A调整微调旋钮使A波前沿对准水平刻度20处b再将探头对准试块上40深的横孔找到最高反射回波B假设此时示波屏上的B波读数不在40处应计算出二者的深度读数差值 40X 假设为正值应将B波向大读数移动顺时针转动微调旋钮将B波调至X2假设为负值应将B波向小读数移动至X-2c用脉冲位移旋钮将B波调至40处再用探头找到A波看水平位置是否在刻度20上假设相符那么深度11调整完毕假设不相符那么重复用AB波反复调至与读数相符43 距离-波幅 dB 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-波幅曲线距离-波幅曲线 简称DAC曲线 由判废线定量线和测长线又称评定线 组成图4-5 距离-波幅 dB 曲线如图4-5所示测长线与定量线之间包括测长线称为I区定量线与判废线之间包括定量线称为II区判废线及以上区域称为III区不同板厚范围的距离波幅曲线的灵敏度见下表试 块板厚mm测长线定量线判废线CSK-IIIA81516-12dB16-6dB162dB 154616-9dB16-3dB165dB表4-1 JB4730不同板厚范围的距离波幅曲线的灵敏度 1 曲线的制作设板厚T 301先测定好探头的入射点和K值根据板厚将扫描线比例调整为深度112将探头置于CSKIIIA试块上依次分别对准1070mm深的16短横孔调节衰减器使不同深度的孔的最高反射回波到达基准高度一般定为满屏的60记下不同孔深的相应dB值依次填入表5-2并将该板厚对应的判废线定量线和测长线灵敏度dB值再加上外表补偿-4dB一同分别依次填入表4-23利用表4-2中所列数据以孔深为横坐标以dB值为纵坐标在坐标纸上依次描点连接分别绘出判废线定量线和测长线标出I区II区和III区并注明所用探头的频率晶片尺寸和实测K值等距离孔深mm10203040506070波幅 dB 164843393553229265165-4 dBRL494440365333027516-3-4 dBSL413632285252219516-9-4 dBEL3530262251916135表 4-2 不同孔深对应的判废线定量线和测长线灵敏度dB值外表补偿如图5-6 探头以锯齿的路线进行运动每次前进的齿距不得超过探头晶片直径间距过大会造成漏检为发现与焊缝成一定角度的倾斜缺陷探头在做前后锯齿运动时可同时作 10o15o转动 图4-6 锯齿型扫查 2 斜平行和平行扫查为了发现并检出焊缝或热影响区的横向缺陷可将探头沿焊缝两侧边缘与焊缝成一定角度1030o做斜平行扫查见图4-7 对于磨平的焊缝可直接在焊缝及热影响区作平行移动见图4-8 图4-7 斜平行扫查 图4-8 平行扫查 3 其他方式扫查1左右扫查与前后扫查如图4-9 当用锯齿扫查发现缺陷后可用左右扫查与前后扫查找到缺陷的最大回波用左右扫查来确定缺陷沿焊缝方向的指示长度用前后扫查来确定缺陷的水平距离或深度图4-9 发现缺陷后的四种根本扫查方法2转角扫查发现缺陷后用转角扫查可以大致推断缺陷的方向如图93环绕扫查发现缺陷后用环绕扫查可以大致推断缺陷的形状如图9用此种方法扫查时如果单一回波的高度变化不大那么可判断为点状缺陷如果回波的高度变化较大那么可判断为面积缺陷 45 缺陷的测定与评定检测中发现缺陷波后应根据示波屏上缺陷波位置以及探头与焊缝的距离来确定缺陷在焊缝中的实际位置还应根据不同距离的波高确定缺陷的大小以及指示长度 缺陷位置的测定 1水平定位法扫描线比例按水平11调节发现缺陷示波屏上缺陷波前沿所对应的刻度值tf就是缺陷的水平距离lf 用一次波探伤发现缺陷时 lf n tf df lfK 用二次波探伤发现缺陷时 lf n tf df 2T-lfK 例如 用K2探头探伤T 15mm的对接焊缝按水平11调节扫描速度探伤中示波屏上水平刻度50处发现一缺陷波求此缺陷的位置解由题可知一二次波的水平距离为 L1 KT 215 30 L2 2 KT 2215 60 30 lf 50 60 可见此缺陷是二次波发现的它的水平距离和深度分别为 L1 n tf 150 50 mm df 2T-lfK 215 -502 50 mm 2深度定位法当仪器扫描线比例按深度11调节时示波屏上缺陷波前沿所对应的刻度值为tf用一次波探伤发现缺陷时 df n tf lf K df 用二次波探伤发现缺陷时 df 2T- n tf lf K n tf例如