焊缝的超声波探伤

焊缝的超声波探伤焊缝的超声波探伤汇汇 报报 内内 容容 超声波探伤物理基础超声波探伤物理基础 超声波探伤仪、探头及试块超声波探伤仪、探头及试块 焊缝超声波探伤焊缝超声波探伤 什么是超声波什么是超声波 超声波是声波的一种，是机械振动在弹性介质中超声波是声波的一种，是机械振动在弹性介质中传播而形成的波动，通常以其波动频率传播而形成的波动，通常以其波动频率 f f 和人的可和人的可闻频率加以区分超声波与其它声波种类：闻频率加以区分超声波与其它声波种类：声波声波波动频率波动频率可闻频率可闻频率次次 声声 波波 f20Hz f10f103 3 MHzMHz人耳不可闻人耳不可闻 超声波探伤用的频率为超声波探伤用的频率为 0.25MHz0.25MHz15MHz15MHz，金属材料超声波，金属材料超声波探伤常用频率为探伤常用频率为0.5MHz 0.5MHz 10MHz10MHz，其波长约，其波长约10mm 10mm 0.5mm0.5mm 。超声波特性超声波特性束射特性束射特性反射特性反射特性传播特性传播特性波型转换特性波型转换特性 人们正是利用了超声波的这些特性，发展了超声波探伤技术。人们正是利用了超声波的这些特性，发展了超声波探伤技术。超声波的波型超声波的波型 纵波纵波横波横波板波板波表面波表面波超声波声速超声波声速材料材料材料材料纵波声速纵波声速纵波声速纵波声速(m/s)(m/s)(m/s)(m/s)横波声速横波声速横波声速横波声速(m/s)(m/s)(m/s)(m/s)钢钢钢钢59005900590059003230323032303230水水水水1400140014001400-有机玻璃有机玻璃有机玻璃有机玻璃27202720272027201460146014601460铝铝铝铝62606260626062603080308030803080铜铜铜铜47004700470047002260226022602260超声波的反射、折射、波形转换超声波的反射、折射、波形转换 入射纵波反射入射纵波反射入射纵波反射入射纵波反射 折射波型转换纵波倾斜入射到不同介折射波型转换纵波倾斜入射到不同介折射波型转换纵波倾斜入射到不同介折射波型转换纵波倾斜入射到不同介质的表面时会产生反射纵波反射横折射纵质的表面时会产生反射纵波反射横折射纵质的表面时会产生反射纵波反射横折射纵质的表面时会产生反射纵波反射横折射纵波折射横波，反射、折射角度符合一般的波折射横波，反射、折射角度符合一般的波折射横波，反射、折射角度符合一般的波折射横波，反射、折射角度符合一般的反射折射定律。反射折射定律。反射折射定律。反射折射定律。超声波的反射、折射、波形转换超声波的反射、折射、波形转换 第一临界角第一临界角 当在第二介质中的折射纵波角等当在第二介质中的折射纵波角等于于9090度时称这时的纵波入射角为第一度时称这时的纵波入射角为第一临界角临界角 I I。这时在第二介质中已没。这时在第二介质中已没有纵波，只有横波。焊缝探伤用的横有纵波，只有横波。焊缝探伤用的横波就是，经过界面波型转换得到的。波就是，经过界面波型转换得到的。第二临界角第二临界角 当纵波入射角继续增大时，在第当纵波入射角继续增大时，在第二介质中的横波折射角也增大，当二介质中的横波折射角也增大，当S S达达9090度时，第二介质中没有超声波，度时，第二介质中没有超声波，超声波都在表面，为表面波。超声波都在表面，为表面波。超声波的反射、折射、波形转换超声波的反射、折射、波形转换 在有机玻璃与钢的介面：在有机玻璃与钢的介面：第一临界角为第一临界角为=27.2=27.2，S S=33.3=33.3第二临界角为第二临界角为=56.7=56.7，S S=90=90用于焊缝检测的超声波斜探头的入射用于焊缝检测的超声波斜探头的入射角必须大于第一临界角而小于第二临角必须大于第一临界角而小于第二临界角。界角。我国习惯：斜探头的横波折射角用横我国习惯：斜探头的横波折射角用横波折射角度的正切值表波折射角度的正切值表示，如示，如K=2K=2超声波探伤仪超声波探伤仪超声波探伤仪超声波探伤仪超声波探头超声波探头超声波探头超声波探头超声波探头参数表示超声波探头参数表示基本频率基本频率晶片材料晶片材料晶片尺寸晶片尺寸探头种类探头种类特征特征2.5 20 直探头直探头园晶片直径园晶片直径2020钛酸钡陶瓷钛酸钡陶瓷频率频率2.5MHz 5 P 66 3表示折射角表示折射角矩形晶片矩形晶片66钛酸铅陶瓷钛酸铅陶瓷频率频率5MHz值为值为3超声波探伤用试块超声波探伤用试块超声波探伤用试块超声波探伤用试块CSK-IA超声波探伤用试块超声波探伤用试块调节：探头的前沿、调节：探头的前沿、K K值、声速值、声速超声波探伤用试块超声波探伤用试块CSK-IIIA距离距离-波幅（波幅（DAC)DAC)曲线绘制曲线绘制 三条曲线生成后，按三条曲线生成后，按“增益增益”键，使用方向键调节曲线的高底，键，使用方向键调节曲线的高底，使判废线达到屏幕的高度，进入探伤界面，进行探伤检测。使判废线达到屏幕的高度，进入探伤界面，进行探伤检测。探测灵敏度的选定探测灵敏度的选定DACDAC曲线曲线级别级别A A B BC C板厚，板厚，mmmm8 850508 83003008 8300300判废线判废线DACDACDAC-4dBDAC-4dBDAC-2dBDAC-2dB定量线定量线DAC-10dBDAC-10dBDAC-10dBDAC-10dBDAC-8dBDAC-8dB评定线评定线DAC-16dBDAC-16dBDAC-16dBDAC-16dBDAC-14dBDAC-14dB探测灵敏度决定了检测缺陷的能力探测灵敏度决定了检测缺陷的能力 灵敏度高，检测缺陷的能力大，探伤时反射的杂波太多灵敏度高，检测缺陷的能力大，探伤时反射的杂波太多,影响缺陷波的影响缺陷波的识别识别；灵敏度低，检测缺陷的能力也低，会漏掉缺陷；灵敏度低，检测缺陷的能力也低，会漏掉缺陷。表表 距离距离-波幅（波幅（DAC)DAC)曲线的灵敏度曲线的灵敏度焊接接头类型焊接接头类型角接接头角接接头对接接头对接接头T型接头型接头搭接接头搭接接头焊接坡口形式焊接坡口形式常见焊接缺陷常见焊接缺陷裂纹裂纹气孔气孔咬边咬边夹渣夹渣未熔合未熔合未焊透未焊透焊瘤焊瘤烧穿烧穿下塌下塌超声波探伤基本方法超声波探伤基本方法直接接触法直接接触法 垂直入射法垂直入射法采用直探头将声束垂直入射工件探伤面进行探采用直探头将声束垂直入射工件探伤面进行探伤的方法。伤的方法。TTTFB 斜角探伤法斜角探伤法是采用斜探头将声束倾斜入射工件探伤面进行探是采用斜探头将声束倾斜入射工件探伤面进行探伤的方法。伤的方法。超声波探伤基本方法超声波探伤基本方法直接接触法直接接触法探测面的修整探测面的修整P P P P二次波探伤二次波探伤P P P P一次波探伤一次波探伤采用二次波探伤，探测面修整宽度为采用二次波探伤，探测面修整宽度为：S S 2KT+50(mm)2KT+50(mm)采用一次波探伤，探测面修整宽度为采用一次波探伤，探测面修整宽度为：SKT+50SKT+50(mm)(mm)式中式中:K-K-探头的探头的K K值；值；T-T-工件厚度。工件厚度。耦合剂的选用耦合剂的选用耦合剂耦合剂流动性、粘度、附着力适当，易清洗；流动性、粘度、附着力适当，易清洗；声阻抗高，透声性好；声阻抗高，透声性好；价格便宜价格便宜;对工件无腐蚀，对人无害，不污染环境；对工件无腐蚀，对人无害，不污染环境；性能稳定，不易变质，能长期保存。性能稳定，不易变质，能长期保存。常用耦合剂有常用耦合剂有 机油、水、水玻璃、甘油、浆糊等。机油、水、水玻璃、甘油、浆糊等。探头（探头（K K值）角度的选择值）角度的选择板厚（板厚（mm)mm)6 62525252546464646120120120120400400K K值值3.03.02.02.02.52.51.51.52.02.01.01.02.02.01.01.0 727260606868 56 56 60604545 60604545推荐采用的斜探头推荐采用的斜探头K K值值探头探头K K值（角度）值（角度）使声束能扫查到整个焊缝（检测区）截面使声束能扫查到整个焊缝（检测区）截面使声束中心线尽量与主要危险性缺陷垂直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保证有足够的探伤灵敏度 注：条件允许时，尽量采用大注：条件允许时，尽量采用大K K值探头。值探头。探头频率的选择探头频率的选择GB11345GB113458989标准规定：检验频率标准规定：检验频率f f一般在一般在2 25MHz5MHz范围内选择，范围内选择，推荐选用推荐选用2 22.5MHz2.5MHz公称频率检验。公称频率检验。探测频率增高，则其波长减小，可检测的缺陷极限尺寸也小，一探测频率增高，则其波长减小，可检测的缺陷极限尺寸也小，一般为般为/2/2。从这一角度出发，则频率增高，有利于缺陷检出。从这一角度出发，则频率增高，有利于缺陷检出。另一方面，焊缝中的危险性缺陷大都与超声束入射方向成一定角另一方面，焊缝中的危险性缺陷大都与超声束入射方向成一定角度，在这种情况下，若频率过高，则缺陷的反射指向性也越好，度，在这种情况下，若频率过高，则缺陷的反射指向性也越好，回波反而不易被探头接收，故频率不宜太高。回波反而不易被探头接收，故频率不宜太高。保证有足够的探保证有足够的探伤灵敏度。伤灵敏度。检验等级检验等级A A级检验级检验 采用一种角度的探头在焊缝的单面单侧进行检验采用一种角度的探头在焊缝的单面单侧进行检验,只对允许扫只对允许扫查到的焊缝截面进行探测查到的焊缝截面进行探测.一般不要求作横向缺陷的检验一般不要求作横向缺陷的检验.母材厚母材厚度大于度大于50mm50mm时时,不得采用不得采用A A级检验。级检验。检验等级检验等级B B级检验级检验原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验,对整个焊缝对整个焊缝截面进行探测；截面进行探测；母材厚度大于母材厚度大于100mm100mm时时,采用双面双侧检验；采用双面双侧检验；受几何条件的限制受几何条件的限制,可在焊缝的双面单侧采用两种角度探头进行探可在焊缝的双面单侧采用两种角度探头进行探伤伤.条件允许时应作横向缺陷的检验。条件允许时应作横向缺陷的检验。检验等级检验等级C C级检验级检验 至少要采用两种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验至少要采用两种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验.同时要作两同时要作两个扫查方向和两种探头角度的横向缺陷检验个扫查方向和两种探头角度的横向缺陷检验.母材厚度大于母材厚度大于100mm100mm时时,采采用双面侧检验用双面侧检验.其他附加要求是其他附加要求是:对接焊缝余高要磨平对接焊缝余高要磨平,以便探头在焊缝上作平行扫查以便探头在焊缝上作平行扫查;焊缝两侧斜探头扫查经过的母材部分要用直探头作检查焊缝两侧斜探头扫查经过的母材部分要用直探头作检查;受焊缝母材厚度大于等于受焊缝母材厚度大于等于100mm,100mm,窄间隙焊缝母材厚度大于等于窄间隙焊缝母材厚度大于等于 40mm40mm时时,一般要增加串列式扫查。一般要增加串列式扫查。探伤面及使用折射角探伤面及使用折射角板厚板厚/mm探探 伤伤 面面探伤方法探伤方法使用使用K值值A A级级B B级级C C级级2525单面单面单侧单侧单面双侧单面双侧或或双面单侧双面单侧直射法直射法一次反射一次反射法法2.5；2.0252550502.5；2.0；1.55050100100无无A级级直射法直射法1 1或或 1.51.5；1 1和和1.51.5并用；并用；1 1和和2.02.0并用并用100100双面双侧双面双侧1 1和和1.51.5或或2.02.0并并用用 探头移动方式探头移动方式小于晶小于晶片直径片直径转动（约转动（约1015）锯齿形扫查锯齿形扫查是最常用的一种扫查方式，一般在初始检测中使用，速是最常用的一种扫查方式，一般在初始检测中使用，速度快，易于发现缺陷，保持探头垂直焊缝做前后移动的同度快，易于发现缺陷，保持探头垂直焊缝做前后移动的同时，还应做时，还应做10151015左右转动左右转动。探头移动方式探头移动方式基本扫查基本扫查转角扫查转角扫查环绕扫查环绕扫查左右扫查左右扫查前后扫查前后扫查锯齿扫查发现缺陷后，采用以下扫查以确定缺陷大小、方锯齿扫查发现缺陷后，采用以下扫查以确定缺陷大小、方向和性质。向和性质。转角扫查：推断缺陷的方向；转角扫查：推断缺陷的方向；环绕扫查：推断缺陷形状；环绕扫查：推断缺陷形状；左右扫查：确定缺陷沿焊缝方向的长度；左右扫查：确定缺陷沿焊缝方向的长度；前后扫查：确定缺陷水平距离或深度。前后扫查：确定缺陷水平距离或深度。探头移动方式探头移动方式斜平行扫查斜平行扫查1020o检测焊缝或热影响区横向缺陷。检测焊缝或热影响区横向缺陷。探头移动方式探头移动方式平行扫查平行扫查检测焊缝或热影响区横向缺陷。检测焊缝或热影响区横向缺陷。缺陷的水平、深度定位缺陷的水平、深度定位缺陷指示长度测定缺陷指示长度测定u6dB6dB相对灵敏度法相对灵敏度法缺陷指示长度测定缺陷指示长度测定u端点峰值法端点峰值法缺陷评定缺陷评定超过评定线的信号应注意其是否具有裂纹等危害性缺陷特超过评定线的信号应注意其是否具有裂纹等危害性缺陷特征，如有怀疑时应采取改变探头角度、增加探伤面、观察征，如有怀疑时应采取改变探头角度、增加探伤面、观察动态波形、结合结构工艺特征做判定。动态波形、结合结构工艺特征做判定。最大反射波位于最大反射波位于区的缺陷，其指示长度小于区的缺陷，其指示长度小于10mm10mm时，按时，按5mm5mm计。计。相邻两缺陷各向间距小于相邻两缺陷各向间距小于8mm8mm时，两缺陷指示长度之和作为时，两缺陷指示长度之和作为单个缺陷的指示长度。单个缺陷的指示长度。检验结果的等级分类检验结果的等级分类焊缝质量等级根据焊缝质量等级根据距离距离-波幅（波幅（DAC)DAC)曲线曲线进行评定进行评定:最大反射波幅不超过评定线的缺陷，最大反射波幅不超过评定线的缺陷，均评为均评为级；级；最大反射波幅超过评定线的缺陷，检最大反射波幅超过评定线的缺陷，检验者判定为裂纹等危害性缺陷时，无验者判定为裂纹等危害性缺陷时，无论其波幅和尺寸如何，均评为论其波幅和尺寸如何，均评为级；级；反射波幅位于反射波幅位于区的非裂纹性缺陷，区的非裂纹性缺陷，均评为均评为级级;最大反射波幅位于最大反射波幅位于区的缺陷，根据区的缺陷，根据缺陷的指示长度按下表规定予以评级；缺陷的指示长度按下表规定予以评级；最大反射波幅超过判废线进入最大反射波幅超过判废线进入区的区的缺陷，无论其指示长度如何，均评定缺陷，无论其指示长度如何，均评定为为级。级。焊缝质量评定焊缝质量评定评定评定等级等级检验等级检验等级A A 级级B B级级C C级级板厚，板厚，mmmm8 850508 83003008 83003002T/32T/3；最小；最小1212T/3T/3；最小；最小1010，最大，最大3030T/3T/3；最小；最小1010，最大，最大20203T/43T/4；最小；最小12122T/32T/3；最小；最小1212，最大，最大5050T/2T/2；最小；最小1010，最大，最大30 30 T T；最小；最小20203T/43T/4；最小；最小1616，最大，最大75 75 2T/32T/3；最小；最小1212，最大，最大50 50 超过超过级者级者 缺陷的等级分类缺陷的等级分类谢谢 谢谢 大大 家家！