超声波探伤第8讲

§5.4焊缝探伤一、焊接加工及常见缺陷锅炉、压力容器主要是采用焊接加工成形的。

焊缝部质量主要利用射线和超声波来检测。

但对于焊缝中的裂纹、未焊透等危险性缺陷,超声波探伤比射线更容易发现。

为了有效地检出焊缝中的缺陷,探伤人员除了具备超声波探伤的测试技术外,还应对焊接过程、焊接接头和坡口形式以及焊缝中常见缺陷有所了解。

1.焊接加工（1)焊接过程常用的焊接方法有手工电孤焊、埋孤自动焊、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溶化，形成熔池,烧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。

埋弧焊和电渣焊是利用液体焊接剂作保护层,气体保护焊是利用氧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5.35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,搭接比较少见。

(3)坡口形式根据板厚、焊接方法、接头形式和要求不同可采用不同的坡口形式.常见的对接和角接接头的坡口形式如图5.37所示,2.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5.38所示.(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。

气孔大多垒球形或椭圆形.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根部母材未完全熔透的现象。

产生未焊透的主要原因是焊接电气流过小,运条速度太快或焊接规不当（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。

未熔合分为坡口面表熔合和层间未熔合。

(4)夹渣夹渣是指焊后残留在焊缝金属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。

按裂纹成因分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹等。

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高、焊条焊剂中含氢量过高或焊件刚性过大造成的，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强过程)而产生的裂纹。

按裂纹的分布分为焊缝区裂纹和热影响区裂纹。

按裂纹的取向分为纵向裂纹和横向裂纹。

焊缝中的气孔、夹渣是立体型缺陷,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,因此一般采用横波探伤。

二、中厚板对接焊缝探伤1.探测条件的选择(1)探测面的修整表面状况,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、铿刀、三喷砂机、钢丝刷、磨石等对探测面进行修整。

光洁度一般不低于▽4。

焊缝两侧探测面的修整宽度Ｐ一般规定为：厚度为8—46mm 的焊缝探测面修整宽度1250()P KT mm ≥+厚度大于46~120mm 的焊缝探测面修整宽度250()P KT mm ≥+式中：k 一探头的K 值（S K tg β=）T 一工件厚度。

(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。

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,常用于倾斜面或垂直面探伤。

(3)频率选择焊缝的晶粒比较细小,可选用较高的频率探伤,一般为2.5—5.０MHz 。

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。

(４)Ｋ值选择探头Ｋ值的选择应从以下三个方面考虑：① 能使声束能扫查到整个焊缝截面。

②能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。

由图5.39可以看出,用一、二次波单面探测双面焊时：012,a l b d d K K+==其中一次波只能扫查到1d 以下的部分,二次波只能扫查到2d 以上的部分,因底面b 为曲面。

为保证能扫查整个焊缝截面,必须满足12a d T +≤,从而得到：a b l K T ++≥ （5.18）式中：ａ一上焊缝宽度的一半；b 一下焊缝宽度的一半；0l ―探头的前沿距离；T ―工件厚度；K 一探头的K 值, K tg β= 对于单面焊,b 可忽略不计,这时0a l K T +≥。

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,提高定位精度。

厚工件采用小K 值,以便缩短声程减少衰减和打磨宽度,提高探伤灵敏度。

实际探伤时,可按表5.1选择K 值。

在条件允许的情况下,应尽量采用大K 值探头。

实际探伤中,常利用CSK-IA 和CSK-ⅢA 试块来测定探头的K 值。

○1CSK-IA 试块测定法 探头对准CSK-IA 试块上中Φ1．5或Φ５０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。

②CSK-Ⅲ A 试块测定法探头对准CSK-Ⅲ A 试块上某一φ1×6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：l K tg dβ== （5)探测方向的选择为发现纵向缺陷,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5.40(ａ)。

２．板厚46<T≤120mm的焊缝,以两种K值探头用一次被在焊缝两面双侧进行探测。

如图5.40(b)３．板厚T>1201mm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探头在焊缝单面双侧进行串列式探测。

如图5.40(c)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值探头用一次波在焊缝两面作正、反两个方向的全面扫查,如图5.41(α)②用一种(或两种)K值探头以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10 如图5.41(b)。

③对于电渣焊中的人字形横裂,可用一种(或两种)K 值探头在45 方向以一次波在焊缝两面双侧进行探测。

如图5.41（c）2.扫描速度(扫描线)的调节第四章中介绍了三种调节横波扫描速度的方法z 声程定位法、水平定位法和深度定位法。

在焊缝探伤中最常用的是后两种。

当板厚小于20mm时,常用水平定位法,当板厚大于20mm时,常用深度定位法。

（1)声程定位法此方法是把荧光屏上的横轴数值调整成声程读数的一种方法。

常用CSK-IA试块、半圆试块、IIW试块等来调整。

我们只介绍两种试块调节方法。

①CSK-IA试块法该法是利用两个半径不同的曲面作为标准反射体来进行声程定位的。

其调整方法如下：将探头放在CSK-I A型试块上,见图5.42。

移动探头找出最大反射波,调整"增益"旋钮,使两个曲面的最大反射波同时出现在示波屏上,用"水平'和"微调"将两反射波调至50和100,这时声程扫描速度为l:1②半圆试块法该法是以曲面的多次反射进行声程定位。

与CSK-I A 型试块法不同点是只利用一个曲面。

当探头在半圆试块圆心时(见图 5.43),声波入射到A点后产生反射,在荧光屏上出现一次声程(R)的反射波。

声波继续传播,经过圆心反射到B点由于反射方向改变,探头接收不到这个回波,所以在荧光屏上没有2R的反射波。

声波又经圆心向A点传播,并反射至探头在荧光屏上出现3R的反射波。

调整方法与CSK-IA型试块法相同。

(2)水平定位法该方法是使荧光屏横轴刻度板的读数与探头入射点距反射体水平距离形成一定比例的定位方法。

这里仅介绍几种1：1水平定位法。

①CSK-ⅢA试块法该方法是利用几个不同距离的 1×6短横孔来调整时间扫描线,调整方法如下(见图5.44)。

A.测出探头的入射点和K值。

B .把荧光屏上的始脉冲先左移1０ｍｍ。

C .把探头放在横孔试块上前后移动,找出的孔的最大反射波,量出d孔的水平1距离l,用仪器上的"微调'旋钮调整该孔至荧光屏刻1度板l的位置,并作好标记（可用仪器上的标距点标1出）。

D .后移探头,找出d孔的最大反射波,量出2l值。

若2d孔反射波在荧光屏上出现的读数(ｙ)与2l值不相符2时,应找出二者之间的差(x〉x=l－y2若差(x)为正值时,应转动微调把d孔最大反射波2向大读数移动,如两孔距探测面的垂直距离之比值为2,以顺时针方向转动微调旋钮,将d孔最大反射波调2至Y+2ｘ处。

若差(x )为负值时,则将d孔最大反射波向小读2数方向移动,使读数为y-2ｘ。

再用水平旋钮,把马孔撮大反射波移动到l值的2位置。

这样水平距离的时间扫描线已调整完毕。

若按上述方法调整后,d1孔与刻度板有误差时应再进行调整,直至读数相符为止。

但要注意仪器水平线性的误差,否则会给时间扫描线的调整带来困难。

例如:己知d=1l=40mnb 2d=2l=80mm,按上述方法调1整时间扫描线。

可首先用微调把d孔的最大反射波调1节到40mm处,然后探头向后移动找出d孔的最大反射2波。

.若该波不是80mm处,而是y =78mm,则ｘ=80一78=+2。

这时,转动微调,把d.孔最大反射波向大读数移动,即使它到82处,再用水平旋钮把d孔的最大反2射波从82处移回到80处即可。

边角水平定位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,调整步骤如下：将探头放在试块上前后移动,找出下边角的最大反射波,量出水平距离l,如图5.45所示,用"微调"旋钮,1把该波调至l处,然后移动探头,找出上边角的最大反1射波,量出水平距离l,然后用"微调"、"水平"旋钮使2该波在荧光屏上的读数等于l．2(3)深度定位法此方法是以荧光屏刻度板的读数代表探头至反射体的垂直距离(d )。

若已知垂直距离d(或深度),可用l=Ｋd求出水平距离。

用深度调整时间扫描线的方法与水平定位法相似。

1.双孔标定法选择A、B两个横孔,A孔的探测声程应在探头的近场区以外,B孔的声程应接近所需探测的最大声程,反复调节"水平'旋钮和"微调"旋钮,使两孔的最大回波各处于示披屏上与深度d和2d相对应的位置。