板材焊缝超声波探伤测试终极版


     毕业设计(论文) 题目: 板材焊缝超声波探伤测试 系 别 信息工程系 专业名称 测控技术与仪器 班级学号 098201226 学生姓名 刘经奎 指导教师 李志农 二O一三 年 五 月 毕业设计(论文)任务书 I、毕业设计(论文)题目: 板材焊缝超声波探伤测试 II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求: 原始资料:于建军.焊缝的超声波检测技术研究.硕士学位论文.新疆:新疆农业大学,2005. 设计技术要求:1.熟悉超声探伤基本原理、国内外研究现状以及本课题的研究意义; 2.熟悉板材超声波探伤的基本方法; 3.板材超声波探伤的方案设计; 4.根据板材参数选择适当的探伤方法。 III、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间: 1、查找相关文献资料,撰写开题报告 第1—4周 2、翻译英文资料,撰写任务书 第5—6周 3、学习板材焊缝超声波探伤相关理论 第7—8周 4、对板材焊缝超声波探伤进行设计 第9—10周 5、总结研究成果,撰写毕业论文 第11—12周 6、撰写毕业论文,准备答辩事宜 第13—14周 4月28日—5月11日: Ⅳ 、主 要参考资料: 1. 陈文革, 魏劲松. 超声无损检测的应用研究与发展[J]. 无损探伤,2001,4: 1-3. 2. 张勋.超声探伤技术在无损检测中的应用[J].上海计量测试,2012,232:9-11. 3. 沈伟.焊缝检测影响因素分析[J].无损探伤,2000,1:41-43. 4. 郑晖,林树青.超声检测[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2008. 5. 郑中兴.超声检测中的灵敏度和分辨力[J].无损检测,1993, 13(12) : 353 6. 姚来风, 冯益华, 王丽.超声波及超声检测[J]. 山东轻工业学院学报, 2007, 21(2): 67-73. 7. Hudg ell R. J. & Wor rall G. M . Ultraso nic Char acterization and Inspection o f Austenit ic Welds[J] .Int. J.Pr es. Ves. & Piping , 1989, 39( 4) : 247. 信息工程 系 测控技术与仪器 专业类 0982012 班 学生(签名): 填写日期: 2013 年 3 月 8 日 指导教师(签名): 助理指导教师(并指出所负责的部分): 系主任(签名): 附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。 学士学位论文原创性声明 本人声明,所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名: 日期: 年 月 日 导师签名: 日期: 年 月 日 板材焊缝超声波探伤测试 学生姓名:刘经奎 班级:0982012 指导老师:李志农 摘要:本毕业设计的课题是板材焊缝超声波探伤测试。主要任务是在掌握过程设备制造流程和焊接缺陷及其产生原因的基础上,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,并给出焊缝返修的具体方案。 本文详述了国内外超声检测技术的发展和现状,并在简述过程设备制造、焊接及无损探伤的基础上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注意事项。 针对给定的板材焊缝,通过实验检测该焊缝的缺陷,本文详细介绍了试块选用,设备调试,现场探伤中的常见问题及解决方法。同时给出了现场探伤、缺陷定位和长度测量的具体方法,并通过JB4730-2005标准对试验中检测到的缺陷进行了等级评定。 关键词:焊缝 超声波探伤 试块 缺陷评定 指导老师签名: Plate weld ultrasonic flaw detection test Name: Liu jing kui Class: 0982012 Supervisor: Li zhi nong Abstract:This graduation design topic is the plate weld ultrasonic flaw detection test. The Main task is in process equipment manufacturing process and welding defects and its causes, based on the research of ultrasonic flaw detection technology in steel pressure vessel flaw detection, the application of butt weld and weld repair . This article details the development of ultrasonic testing technology and current situation both at home and abroad, and introduces the process of equipment manufacturing, welding and NDT are introduced in detail on the basis of ultrasonic testing technology and its application in nondestructive flaw detection and rating and matters needing attention. Sheet for a given weld, the weld defect detection by the experiments, this paper introduced the block selection, equipment debugging and on-site inspection of the common problems and solutions. At the same time gives the field inspection, defect location and length measurement of specific methods, and through the JB4730-2005 standard to detect thedefects in the experiment a rating. Keywords: weld Ultrasonic flaw detection block Defect evaluation Signature of Supervisor: 目录 1 绪论 1 1.1 选题的背景及意义 1 1.2 超声检测技术的发展历程和现状 2 1.2.1 国际超声检测技术的发展历程和现状 2 1.2.2我国超声无损检测发展现状 4 1.3 本论文研究内容 6 2 超声检测基础知识 7 2.1超声检测原理和方法的分类 7 2.2超声检测优缺点和局限性 9 3 焊接接头超声检测 10 3.1坡口形式 10 3.2常见焊接缺陷 11 3.3钢制承压设备对接焊接接头的超声检测 12 3.3.1焊接接头超声检测技术等级的选择 12 3.3.2检测方法和检测条件选择 13 3.3.3标准试块 16 3.3.4 超声检测仪扫描速度的调节 18 3.3.5 距离-波幅曲线和灵敏度调节 19 3.3.6 传输修正 20 3.2.7 扫查方式 22 3.2.8 缺陷的评定和质量分级 23 4 钢板对接焊缝超声探伤实验 26 4.1探伤实验与数据记录 26 4.2 实验数据分析与处理 32 5 结论 34 参考文献 35 致谢 36 1绪论 1.1 选题的背景及意义 过程设备是各个工业部门不可缺少的重要生产设备,用于供热、供电和储存各种工业原料及产品,完成工业生产过程必需的各种物理过程和化学反应。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,质量要求比较高。焊缝质量直接决定着压力容器的使用安全和使用寿命,因此在制造和使用过程中的焊缝检测显得尤为重要。因此,迫切需要寻找一种高效、经济、简便可行的无损检测技术及缺陷评定方法。无损检测技术主要包括射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、声发射等方法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,在过程设备制造和在役检测工作中得到越来越多的应用。 由于历史的原因,在用过程设备的检验、检测及缺陷评定仍存在很大的问题。具体表现在:1、在役过程设备(其中包括国外进口设备)由于设计、制造与安装等所采用的标准不统一,其检验、检测要求难以统一,制造质量难以保证,给设备的维护和在用管理带来很大难度。2、过去对过程设备的验收管理不严,导致了现今在役设备焊缝中存着大量超标缺陷。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。3、国内外关于缺陷评定的标准不统一。这些缺陷如不进行定期检查及有效的安全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的精确定位、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。焊缝超声检测一方面以其较为经济、操作轻便灵活而在质量控制和在役设备安全性能检查中得到广泛的应用,而在另一方面由于焊缝超声检测的不直观性,以及检测人员、检测对象、仪器探头等诸多因素,可能产生漏检或误判。因此,针对超声检测技术显示不直观,探伤技术难度大以及探伤结果不便保存等技术难点,深入学习和掌握超声检测技术,在搞清原理、掌握使用的同时发挥创新精神探索超声检测过程中的出现的问题并加以解决。针对焊缝内部缺陷的超声波检测及安全评定过程中所涉及的关键性问题进行系统的分析,并依据缺陷检测所得到的结果进行缺陷评定具有重要意义。基于以上原因,本文重点研究焊接缺陷的成因及焊缝内部缺陷的超声波检测方法,并选用JB/4730-2005标准进行缺陷评定和质量分级,从而对焊接缺陷进行有效的安全评定。 1.2 超声检测技术的发展历程和现状 无损检测技术已经历一个世纪,尽管无损检测技术本身并非一种生产技术,但其技术水平却能反映该部门、该行业、该地区甚至该国的工业技术水平。无损检测技术所能带来的经济效益十分明显。统计资料显示,经过无损检测后的产品增值情况大致是,机械产品为5%,国防、宇航、原子能产品为12%-18% ,火箭为20%。例如,德国奔驰公司汽车几千个零件经过无损检测后,整车运行公里数提高了一倍,大大提高了产品在国际市场的竞争能力:日本小汽车生产中30%零件采用无损检测后质量迅速超过美国。德国科学家认为,无损检测验技术是机械工业的四大支柱之一。美国前总统里根曾说:“没有先进的无损检测技术,美国就不可能享有在众多领域的领先地位”。可见现代工业是建立在无损检测基础上的说法并不为过。世界各国都对超声无损检测给予了高度的重视。 超声无损检测技术(UT)是五大常规检测技术之一,与其它常规无损检橄技术相比,它具有被测对象范围广,检测深度大:缺陷定位准确.检测灵敏度高:成本低,使用方便:速度快,对人体无害以及便于现场使用等特点。因此.超声无损检测技术是国内外应用最广泛、使用颇率最高且发展较快的一种无损检测技术,体现在改进产品质量、产品设计、加工制造、成品检验以及设备服役的各个阶段,体现在保证机器零件的可靠性和安全性上。世界各国出版的无损检测书籍、资料、文献中,超声探伤所占的数量都是首屈一指的。有关资料表明,国外每年大约发表3000篇涉及无损检测的文献资料,全部文献资料中有关超声无损检测的内容约占45 %。前几届世界无损检测会议论文集收录的论文中有关超声检测的论文数遥遥领先于其它检测方法,特别是2000年10月在罗马召开的第十五届世界无损检测会议(WCNDT)收录的663篇论文中,超声检测就占250篇(2000年WCNDT会议收录的论文分布情况)。这些都说明超声无损检测的研究势头和其在无损检测中的重要地位。 1.2.1 国际超声检测技术的发展历程和现状 20世纪70 年代以来,超声检测的数宇化、自动化、智能化和图象化成为超声无损检测技术研究的热点,标志着超声无损检测的现代化进程。近年来,随着传感技术、电子技术、自动控制技术、记算机技术的发展,现代无损检测技术已经进人到以计算机控制为主的信息加工时代。表现在:生产过程实时监控和产品运行过程的监督(如对轧钢的生产线的监控)。对涂有各种厚度的防腐材料和保温层的工程检测技术:能自动扫描、自动定位与跟踪检测对象的各种检测机器人:对缺陷的自动识别与记算机模拟技术的深入研究等。其中计算机模拟或仿真技术就是可以不通过制造试件(顶埋有各种人工与自然缺陷).获得各种缺陷信号。采用计算机软件方法模拟检测过程,要对检测系统的结构与缺陷参数建立准确的数学模型比较困难,所以在实际生产中应用还相当少。 国外工业发达国家的无损检测技术已逐步从NDI和NDT向NDE过渡。无损探伤、无损检测和无损评价是无损检测发展的三个阶段。超声无损探伤是初级阶段,它的作用仅仅是在不损害零部件的前提下,发现其人眼不可见的内部缺陷,以满足工业设计中的强度要求。超声无损检测是近20年来应用最广泛的术语,它不仅要检测最终产品,而且还要对生产过程的有关参数进行监测。超声无损评价是超声检测发展的最高境界,不但要探测缺陷的有无,还要给出材质的定量评价,也包括对材料和缺陷的物理和力学性能的检测及其评价。无损检测的另一个发展是从一般无损评价向自动无损评价和定量无损评价发展(即从NED向ANED和QNED发展)。逐步减少人为因素的影响,改用计算机进行检测和分析数据,以提高检测的可靠性。 超声检测仪器性能直接影响超声检测的可靠性,其发展与电子技术等相关学科的发展是息息相关的。计算机的介入,一方面提高了设备的抗干扰能力,另一方面利用计算机的运算功能,实现了对缺陷信号的定量、自动读数、自动识别、自动补偿和报警。20世纪80年代,新一代的超声检测仪器——数字化、智能化超声仪问世,标志着超声检测仪器进入一个新时代。 超声无损检测仪器将向数字化、智能化、图象化、小型化和多功能化发展。在第十三、十四世界无损检测会议仪器展览会、1996年中国国际质量控制技术与测试仪器展览会、1997年日本无损检测展览会等大型国际会议会展中,数字化、智能化、图象化超声仪最引人注目,显示了当今世界无损检测仪器的发展趋势。其中以德国Krautraemer公司、美国Panametrics公司、丹麦Force Institutes公司与美国PAC公司的产品最具代表性。真正的智能化超声仪应该是全面、客观地反映实际情况,而且可以运用频谱分析,自适应专家网络对数据进行分析,提高可靠性。提高超声检测中对缺陷的定位、定量和定性的可靠性也是超声检测仪器实现数字化、智能化急待解决的关键技术问题。 扫查装置也在向智能化方向发展。扫查装置是自动检测系统的基础部分,检测结 果准确性、可靠性都依赖于扫查装置。例如采用声藕合监视或藕合不良反馈控制方式提高探头与工件表面的耦合稳定度以及检测的可靠性。从20世纪90年代以来,出现的各种智能检测机器人,已经形成了机器人检测的新时代及工程检测机器人的系列与商业市场。例如日本东京煤气公司的蜘蛛型机器人,移动速度约60m/h ,重约140kg,采用16个超声探头可以对运行状态下的球罐上任意点坐标位置进行扫描。日本NKK公司研制的机器人借助管道内液体推力前进,可以测量输油管道腐蚀状况,其检测精度小于1mm。丹麦Force研究所的爬壁机器人,重约10吨,采用磁吸附与预置磁条跟踪方式可检测各类大型储罐与船体的缺陷。 超声成象技术是在电视技术、计算机技术和信息技术的基础上发展起来的,经历了一个漫长发展历程。早在20年代,人们就开始探索超声成象的原理及方法,使超声成象成为最早实现的超声无损检测技术。其后由于技术上的原因,早期的超声成象检测技术很快被其它超声无损检测技术所取代。20世纪60年代,激光的发明和光学全息技术的成就极大地刺激了人们对声象研究的兴趣。然而,在声学领域,简单地模仿光全息等光学成象方法遇到了极大的障碍,迫使人们在新技术基础上,根据声波的特点,发展出以扫描成象技术为主流的各种新成象方法。 在现代无损检测技术中,超声成象技术是一种令人瞩目的新技术。超声图象可以提供直观和大量的信息,直接反映物体的声学和力学性质,有着非常广阔的发展前景。现代超声成象技术都是计算机技术、信号采集技术和图象处理技术相结合的产物。数据采集技术、图象重建技术、自动化和智能化技术以及超声成象系统的性能价格比等发展直接影响超声检测图象化的进程。现代超声成象技术大多有自动化和智能化的特点,因而有许多优点,如检测的一致性好,可靠性、复现性高,存储的检测结果可随时调用,并可以对历次检测的结果自动比较,以对缺陷做动态检测等。总之,超声成象技术克服了传统超声检测不直观、判伤难,无记录的缺陷,减少了检测中人为干扰,有效地提高无损检测的可靠性,是定量无损检测的重要工具。 目前已经使用和正在开发的成象技术包括:超声B扫描成象,超声C扫描成象、超声D扫描成象, P扫描成象,超声全息成象,超声CT成象等技术。 1.2.2我国超声无损检测发展现状 近年来我国超声无损检测事业取得了巨大进步和发展。超声无损检测已经应用到 了几乎所有工业部门,其用途正日趋扩大。超声无损检测的相关理论和方法及应用的基础性研究正在逐步深入,已经取得了许多具有国际先进水平的成果。许多不同用途的微机控制自动超声检测系统已经应用于实际生产。我国在这方面开展的主要研究有:计算机化超声设备;用户友好界面操作系统软件;超声数字信号处理,包括人工智能、神经网络、模式识别、相位补偿等;高频超声无损检测技术:各种扫描成象技术:多坐标、多通道的自动超声检查系统:超声机器人检测系统:复杂构件的自动扫描超声成象检测(如5维以上多维探头调节结构等辅助设备的开发研究)等。这其中许多成果已经达到国际先进水平,这些研究为我国超声无损检测技术的持续发展提供了保证。 无损检测的标准化和规范化,检测仪器的数字化、智能化、图象化、小型化和系列化工作也都取得了很大发展。我国已经制订了一系列国标、部标及行业标准,而且引进了ISO、ATSM、DIN、SS、BS、NF、JIS等一百多个国外标准。无损检测人员的培训也逐渐与国际接轨。 但是,我国超声无损检测事业从整体水平而言,与发达国家之间存在很大差距。具体表现在以下几个方面: 1.检测专业队伍中高级技术人员和高级操作人员所占比例较小,极大阻碍了超声无损检测技术自动化、智能化、图象化的进展。由于经验丰富的老一辈检测工作者缺乏把实践经验转化为理论总结,而年轻的检测人员虽拥有丰富的计算机等现代技术,却缺乏切实的实践经验.这有可能导致现有的超声检测软件系统不同程度的缺陷,降低了检测的可靠性。特别像专家系统软件,以及有自动判伤。自动评定缺陷级别功能的软件编写应该引起足够的重视。组织一定的人力、才力对超声无损检测的现场经验进行收集和总结,不断充实检测理论和检测规范,把无损检测技术人员和计算机技术人员有机结合起来,才能开发出实用的无损检测软件。另外,应该树立对各类无损检测软件的正确观念,任何软件都是依靠正确的检测方法、检测状态和在一定的适用范围限制下得到的结果。 2.专业无损检测人员相对较少,现有无损检测设备利用率低。我国无损检测技术经过40年的发展,虽然应用已经遍及近30个系统领域,直接从事无损检测技术方面的人员已近20万左右,但是高技术专业人员较少。目前我国的投入不比日本少,国民生产总值只有日本的三分之一左右,这主要是由于我国产品质量上存在问题而导致大量产品报废所致。据测算,我国不良品的年损失约2000亿元。更严重的后果是产品的竞争能力差,影响产品进入国际市场。我们调研的几个大型机械制造企业,都拥有为数不少的无损检测设备,但由于对无损检测重要性认识不够,专门从事无损检测的人员缺乏等因素,无损检测在生产中并未发挥其应有的作用。无损检测方面的书籍缺乏,很不利于无损检测后继人员的培养。 3.重视对无损检测技术领域的信息技术应用。当信息技术和无损检测结合以后,人们就可以最大限度地从检测过程中获取大量信息。我国对无损检测信息技术的建设工作还处在相当薄弱的阶段。目前国内已经建立的无损检测专业网站或涉及无损检测技术范畴内容的网站的初步估算超过50个,但是专业的无损检测技术资讯综合网站少,仅有无损检测资讯网(http://www.ndtinfo.net)几家,其余网站的内容大多局限于其自身的生产经营、服务业务等,范围相对比较狭窄。重视无损检测技术领域的信息技术应用,建立无损检测各类相关技术、设备仪器等方面的专业的、综合性的资讯网站,是当前无损检测技术发展所必须的。要使超声检测的专业队伍技术水平普遇得到提高,就要认识到信息技术应用必要性。 总之,当前迫切需要解决的问题是涉及实际工程应用中亟待解决的问题,如检测方法的规范化,判伤的标准化,检测和验收标准的制订,操作步骤的程序化.检测技术领域的信息化。另外.应该注重对无损检测人员资格进行全国统一的培训、鉴定和考核,力争使无损检测人员的培训与国际接轨。 1.3 本论文研究内容 本论文主要研究超声无损检测方法及其运用,重点研究超声对钢制焊接接头的无损检测。在了解钢制焊接接头主要缺陷及产生缺陷的主要原因的基础上,对钢制焊接接头进行超声检测。对不同厚度的板材焊缝,不同的检测等级设计不同的检测工艺,并对工件中检测到的缺陷进行定性、定量、定位及评级。 2超声检测基础知识 2.1超声检测工作原理和方法的分类 一、超声检测工作原理 超声检测主要是基于超声波在工件中的传播特性,如声波在通过材料时能量会损失,在遇到声阻抗不同的两种介质分界面时会发生发射等。其工作原理是: 1.声源产生超声波,采用一定的方式使超声波进入工件。 2.超声波在工件中传播并与工件材料以及其中的缺陷相互作用,使其传播方向或特征被改变。 3.改变后的超声波通过检测设备接收,并可对其进行处理和分析。 4.根据接收的超声波的特征,评估工件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。 以脉冲反射法为例: 声源产生的超声波进入到工件中→超声波在工件中以一定的方向和速度向前传播→遇到两侧声阻抗有差异的界面时部分声波被反射→检查设备接收和显示→分析声波幅度和位置等信息,评估缺陷是否存在或存在缺陷的大小、位置等。两侧声阻抗有差异的界面可能是材料中的某种缺陷(不连续),如裂纹、气孔、夹渣等,也可能是工件外表面。声波反射的程度取决于界面两侧声阻抗差异的大小、入射角以及界面的面积等。通过测量入射声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。 二、超声检测方法的分类 1.按原理分类 脉冲反射法、穿透法和共振法 1)脉冲反射法:超声波探头发射脉冲到被检试件内,根据发射波的情况来检测试件缺陷的方法,称脉冲反射法。包括:缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。 2)穿透法:依据脉冲或连续波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷情况的一种方法,称穿透法。 3)共振法:若超声波在被检工件内传播,当时块的厚度为超声波的半波长的整 数倍时,将引起共振,仪器显示出共振频率,但试件内存在缺陷或工件厚度发生变化时,将改变试件的共振频率。依据试件的共振特性,来判断缺陷情况和工件厚度变化情况的方法称共振法。 3.按显示方式分类 根据接收信号的显示方式可分为A型显示和超声成像显示。 4.按波形分类 纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法 1)纵波法:使用直探头发射纵波,进行检测的方法。包括:单晶探头反射法、双晶探头反射法和穿透法。 2)横波法:将纵波通过楔块、水等介质倾斜入射至试件检测面,利用波型转换得到横波进行检测的方法,称横波法。 2)表面波法:使用表面波进行检测的方法,称表面波法。 4)板波法:使用板波进行检测的方法,称为板波法。 5)爬波法:(爬波是指表面下的纵波,它是当第一介质中的纵波入射角位于第一临界角附近时在第二介质中产生的表面下横波,这种表面下纵波不是纯粹的纵波,还有折射横波。)爬波对于检测表面比较粗糙的工件表面缺陷,灵敏度分辨率比表面波高。 三、按探头数目分类 1.单探头法 使用一个探头兼在发射和接收超声波的检测方法称为单探头法。 特点:对于与波束轴线垂直的片状缺陷和立体缺陷的检出效果好。与波束轴线平行的片状缺陷难以检出。 2.双探头法 使用两个探头(一个发射,一个接收)进行检测的方法称为双探头法。其主要用于发现单探头法难以检出的缺陷。 方法:并列式、交叉式、V型串列式、K型串列式、串列式等。 3.多探头法 使用二个以上的探头成对的组合在一起进行检测的方法,称为多探头法。例如:相控阵检测方法。 四、按探头接触方法分类 1.直接接触法 探头与试件探测面之间,涂有很薄的耦合剂层,这种检测方法称直接接触法。 特点:检测图形较简单,判断容易,检出缺陷灵敏度高。操作方法简单,但要求检测面光洁度高。 2.液浸法 将探头和工件浸于液体中以液体耦合剂进行检测的方法,称为液浸法。分为全浸没式和局部浸没式(喷液式、通水式、满溢式)。 五、按人工干预的程度分类 1.手工检测 一般有操作者手持探头进行的A型脉冲反射式超声检测。该方法方便实用,但检测可靠性受人为因素影响较大。 2.自动检测 使用自动化超声检测设备,在最少的人工干预下进行并完成检测的全部过程。一般采用自动扫查装置,或在检测过程中可自动记录声束位置信息、自动采集和记录数据的检测方式。该方法所要求的检测设备较复杂,但检测可靠性受人为因素影响较小。 2.2超声检测优缺点和局限性 一、优点 与其他无损检测方法相比,超声检测方法优点有: 1.适于用金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测。 2.穿透能力强,可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测。如对金属材料, 可检测厚度为1~2mm的薄壁管材和板材,也可检测几米长的钢锻件。 3.缺陷定位教准确。 4.对面积型缺陷的检出率较高。 5.灵敏度高,可检测工件内部尺寸很小的缺陷。 6.检测成本低、速度快,设备轻便,对人体及环境无害,现场使用较方便等。 二、局限性 1.对工件中的缺陷进行精确的定性、定量仍需作深入的研究。 2.对具有负责形状或不规则外形的工件进行超声检测有困难。 3.缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定的影响。 4.工件材质、晶粒度等对检测有较大的影响。 5.常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观,检测结果无法直接见证记录。 3焊接接头超声检测 在国内外,几乎各个工业行业部门都应用焊接技术制造各种重要结构,特别是锅炉、压力容器、压力管道和各种钢结构主要是才有焊接方法制造的。有资料表明,通过焊接加工的钢材占世界钢材产量的50%以上。超声检测是检测焊接接头缺陷并为焊接接头质量评价提供重要数据的主要无损检测手段之一。为了能够合理的选择检测方法和检测条件,获得比较正确的检测结果,检测人员应了解有关焊接的基本知识,如焊接坡口形式、焊接方法及工艺、焊接缺陷等。本章主要结合JB/T4730.3-2005来详细介绍焊接接头的超声检测方法。 3.1坡口形式 为保证两母材施焊后能完全熔合,焊前应把接合处的母材加工成一定的形状,这种加工后的形状称为坡口。 a) b) c) d) e) f) a) 直边 b)V型 c)X型 d)U型 e)单V型 f)K型 图3-1接接头常见的坡口形式 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。常见的坡口形式如图3-1所示。V形坡口焊接后形成的焊接接头各部分的名称如图3-2所示。 1 焊缝宽度; 2 焊道缝边; 3 母材; 4 根部; 5 焊缝金属; 6 余高; 7 热影响区; 8 焊趾 图3-2 V形坡口焊接接头各部分名称 3.2常见焊接缺陷 焊接接头中常见焊接缺陷主要有不连续性、几何偏差、冶金不均匀性,其中不连续性主要有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。在焊接接头超声检测过程,由于焊接接头余高的影响及接头中裂纹、未焊透、未熔合等危险性大的缺陷往往与被检面垂直或成一定角度,故一般采用横波斜探头法检测。 一、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内形成的空穴。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。气孔大多呈球形或椭圆形。气孔分为单个气孔、链状气孔和密集气孔。 二、未焊透 未焊透是指焊接接头部分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规范不当(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。 三、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。 四、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逸出而形成的。夹渣分为点状和条状。 五、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差异过大造成的。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热过程)而产生的裂纹。 按裂纹的分布可分为焊缝区裂纹和热影响区裂纹。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,因此一般采用横波探伤。 3.3钢制承压设备对接焊接接头的超声检测 母材厚度为8~400 mm的全熔化焊对接焊接接头是特种设备行业超声检测的主要对象之一。低碳钢、低合金钢对接接头的超声检测是焊接接头超声检测技术中最基本的一种应用,掌握了此类接头检测方法,有助于了解和掌握其他材料和形式的焊接接头超声检测方法。 3.3.1焊接接头超声检测技术等级的选择 由于不同类别焊接接头的重要性、失效后果严重性和危害性,超声检测的有效性和成本等都可能存在显著差异,有必要根据实际情况和要求采用相适应的超声检测技术等级对焊接接头进行检测。 焊接接头超声检测技术等级主要根据检测面的数量、检测探头的多少、是否检测横向缺陷、焊缝余高是否磨平等来进行划分。不同的检测技术等级对质量的保证是不一样的。因此设计、制造、安装和检验检测部门应根据承压设备产品的重要程度进行选用。JB/T 4730.3-2005《承压设备无损检测第3部分:超声检测》中规定“超声检测技术等级分为A、B、C三个检测级别。 (1)A级检测 A级检测技术适用于与承压设备有关的支承件和结构件焊接接头检测。 适用于母材厚度8~46 mm的焊接接头检测,一般用一种K值探头,可采用直射波法和一次反射波法(或称为二次波法)在焊接接头的单面单侧进行检测。一般不要求进行横向缺陷的检测。 (2)B级检测 B级检测技术适用于一般承压设备对接焊接头检测。 1) 母材厚度为8~46 mm时,一般用一种K值探头,采用直射波法和一次反射波法在对接焊接接头的单面双侧进行检测。 2) 母材厚度为46~120mm时,一般用一种K值探头,采用直射波法在焊接接头的双面双侧进行检测,如受几何条件限制。也可在焊接接头的双面单侧或单面双侧采用两种K值探头进行检测。 3) 母材厚度为120~400mm时,一般用两种K值探头,采用直射波法在焊接接头的双面双侧进行检测。两种探头的折射角相差应不小于10°。 4) 为检测焊接接头及热影响区的横向缺陷应进行斜平行扫查。检测时,可在焊接接头两侧边缘使探头与焊接接头中心线成10°~20°作两个方向的斜平行扫查,如焊接接头余高磨平,探头应在焊接接头及热影响区上作两个方向的平行扫查。 (3) C级检测 C级检测技术适用于重要承压设备对接焊接接头检测。 同A、B级相比,主要是要求将焊接接头的余高磨平并用直探头对斜探头扫查经过的母材区域进行检测,后者主要是避免在检测声束(包括斜探头和直探头)经过的母材区域存在的小缺陷影响焊接接头缺陷的检测效果。其技术要求如下: 1) 采用C级检测时应将焊接接头的余高磨平,对焊接接头两侧斜探头扫查经过的母材区域要用直探头进行检测。 2) 母材厚度为8~46 mm时,一般用两种K值探头采用直射波法和一次反射波法在焊接接头的单面双侧进行检测。两种探头的折射角相差应不小于10°,其中一个折射角应为45°。 3) 母材厚度为46~400 mm时,一般用两种K值探头采用直射波法在焊接接头的双面双侧进行检测。两种探头的折射角相差应不小于10°。对于单侧坡口角度小于 5°的窄间隙焊缝,如有可能应增加对检测与坡口表面平行缺陷的有效检测方法。 4) 应进行横向缺陷的检测。检测时,将探头放在焊缝及热影响区上作两个方向的平行扫查。 3.3.2检测方法和检测条件选择 (1)检测面的准备 工件表面状况的好坏,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、锈蚀及油污等。一般使用砂轮机、锉刀、钢丝刷、磨石、砂纸等对探测面进行修整,表面粗糙度一般不大于6.3 μm。 焊缝两侧探测面的修整宽度P一般根据母材厚度确定,JB/T 4730.3-2005规定如下:采用一次反射法检测时,探头移动区应大于或等于: (3-1) 或 (3-2) 式中: ——跨距,mm; ——母材厚度,mm; ——探头K值; ——探头折射角,(°)。 采用直射波法检测时,探头移动区应大于或等于。 (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。目前实际探伤中用的最多的是机油与浆糊(现在多为纤维素化学浆糊)。从耦合效果看,浆糊与机油差别不大,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。用于垂直面或顶面探伤具有独到的好处。 (3)频率的选择 焊缝的晶粒比较小,可选用较高的频率探伤,一般为2.5~5.0 MHz。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)值的选择 探头值的选择应从以下三个方面考虑: (a) 斜探头的声束能扫查到整个焊缝截面; (b) 斜探头的声束中心线应尽量与主要危险性缺陷垂直; (c) 尽量使用一次波判别缺陷,减少误判并保证有足够的探伤灵敏度。 一般的焊缝都能满足使声束扫查整个焊缝截面。只有当焊缝宽度较大、值选择不当时才会出现扫查不到的情况。 如图3-4所示为用一、二次波单面检测双面焊焊缝时声束覆盖情况。由图3-3可以看出,用一、二次波单面探测双面焊缝时:, 其中一次波只能检测到以下的部分(受上部余高的限制), 图3-3 一、二次波单面检测双面焊焊缝 二次波只能检测到以上部分(受下部余高的限制)。为保证能检测到整个检测区域截面,必须满足,从而得到:          (3-3) 式中: ——上焊缝宽度的一半,mm; ——下焊缝宽度的一半,mm; ——探头的前沿长度,mm; ——焊缝母材厚度,mm; ——斜探头K值。 对于单面焊焊缝,b可忽略不记,此时: 一般斜探头值(角度)可根据工件厚度来选择。薄工件采用大值,以便避免近场区探伤,提高定位、定量精度。厚工件采用小K值,以便缩短声程、减小衰减、提高检探伤灵敏度,同时还可以减小探头移动区域、减小打磨宽度。实际探伤时,可按表3-1选择值。在条件允许的情况下,应尽量采用大K值探头。 表3-1 斜探头K值选择 8~25 〉25~46 〉46 K 3.0~2.0 2.5~1.5 2.0~1.0 探伤时要注意,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。实际探伤中,常用CSK-ⅠA和CSK-ⅢA等试块来测定探头的K值。 (5)头晶片尺寸的选择 对于板厚较大的焊缝检测,若探头的移动区很平整,使用大晶片探头进行检测也能达到良好的耦合,在这种情况下,为了提高检测速度和效率,可使用晶片尺寸较大的探头。如果板厚较薄且变形较大,为了较好的耦合,应选择晶片尺寸较小的探头。 (6)母材的检测 当焊缝的边缘母材内部存在分层或夹层缺陷时,它会影响声束传播路径,从而使焊缝区域内的缺陷难以发现或造成错误的判定,如图3-4所示。 a) 母材内部存在分层可能造成漏检 b) 母材内部存在分层可能造成误判 图3-4 母材缺陷影响 因此,对于C级检测,斜探头扫查声束通过的母材区域,应先用直探头检测,以便检测是否有影响斜探头检测结果的分层或其他种类缺陷存在。该项检测仅作记录,不属于对母材的验收检测。母材检测的要点如下: (a) 检测方法:接触式脉冲反射法,采用频率2~5 MHz的直探头,晶片直径为10~25 mm; (b) 检测灵敏度:将无缺陷处第二次底波调节为荧光屏满刻度的100%; (c) 记录要求:凡缺陷信号幅度超过荧光屏满刻度20%的部位,应在工件表面作出标记,并予以记录。 3.3.3标准试块 超声检测焊接接头用的标准试块是用来校准仪器探头系统性能和检测灵敏度。JB/T4730.3-2005标准规定采用CSK-IA、CSK-ⅡA、CSK-ⅢA以及CSK-ⅣA作为焊接接头检测的标准试块。具体采用那种试块,视被检工件而定。若采用其它标准时,一定要用该标准指定的试块。 CSK-IA、CSK-ⅡA和CSK-ⅢA试块适用壁厚范围为6~120 mm的焊接接头,CSK-IA和CSK-ⅣA系列试块适用壁厚范围为120~400 mm的焊接接头。 图3-5 CSK-IA试块 图3-6 CSK—ⅡA试块 图3-7 CSK—ⅢA试块 图3-8 CSK—IVA试块 3.3.4 超声检测仪扫描速度的调节 扫描速度的调节有三种方法:声程调节法、水平调节法、深度调节法。当板厚小于20 mm时,常用水平调节法;当板厚大于20 mm时,常用深度调节法;声程调节法多用于非K值探头。 一、声程调节法 将探头置于CSK-ⅠA试块上,扫查圆弧,找到最高反射回波,向圆弧侧平移探头,在圆弧反射回波前出现圆弧反射回波。调节仪器使R50圆弧反射回波对准50,圆弧反射回波对准100,时基线按声程距离1:1调整完成。 二、水平调节法 通过公式 : (3-4) (3-5) 计算出 、对应的水平距离、 。调节仪器使 圆弧反射回波对准, 圆弧反射回波对准,时基线按水平距离1:1调整完成。 三、深度调节法 通过公式: (3-6) (3-7) 计算出 、对应的深度距离、 。调节仪器使 圆弧反射回波对准, 圆弧反射回波对准,时基线按水平距离1:1调整完成。 3.3.5 距离-波幅曲线和灵敏度调节 一、距离-波幅曲线 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。距离波幅曲线与实用AVG曲线一样可以实测得到,也可由理论公式或通用AVG曲线得到,但在3倍近场区内只能实测。焊缝超声检测的距离-波幅曲线是按所用探头和仪器在试块上实测的数据绘制而成的,该曲线族上评定线、定量线和判废线组成。评定线与定量线之间(包括评定线)为Ⅰ区,定量线与判废线之间(包括定量线)为Ⅱ区,判废线及且以上区域为Ⅲ区,如图3-11所示。 增益/dB 0 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 判废线(RL) 定量线(SL) 评定线(EL) 距离/mm 图3-9 距离-波幅曲线 二、不同壁厚的距离-波幅曲线灵敏度选择 在JB/T 4730.3-2005中,灵敏度选择和壁厚有关。 1.壁厚为6~120 mm的焊接接头,其距离一波幅曲线灵敏度选择见表3-2。 表3-2 距离-波幅曲线灵敏度 试块型式 板厚,mm 评定线 定量线 判废线 CSK-IIA 6~46 >46—120 φ2×40-18dB φ2×40-14dB φ2×40-12dB φ2×40-8dB φ2×40-4dB φ2×40+2dB CSK-ⅢA 8~15 >15~46 >46~120 φ1×6-12dB φl×6-9dB φl×6-6dB φ1×6-6dB φ1×6-3dB φ1×6 φ1×6+2dB φ1×6+5dB φl×6+10dB 2.壁厚为120~400 mm的焊接接头,其距离-波幅曲线灵敏度选择见表3-3。 表3-3 距离-波幅曲线灵敏度 试块型式 板厚,mm 评定线 定量线 判废线 CSK-IVA >120~400 φd-16dB φd-10dB φd 注:d为横孔直径。 3. 检测横向缺陷时,应将各线灵敏度均提高6dB。 4. 若工件的表面耦合损失和材质衰减与试块不同,应进行传输修正。 3.3.6 传输修正 传输修正又称为声能传输损耗补尝。工件本身影响反射波幅的两个主要因素是:材料的材质哀减、工件表面粗糙度及耦合状况造成的表面声能损失。 碳钢或低合金钢板材的材质衰减,在频率低于3 MHz。声程不超过200 mm时,或者衰减系数小于0.01 dB/mm时,可以不计。标准试块和对比试块均应满足这一要求。被检工件检测时,如声程较大,或材质衰减系数超过上述范围,在确定缺陷反射波幅时,应考虑材质衰减修正。如被检工件表面比较粗糙还应考虑表面声能损失问题。 1.横波超声材质衰减的测量 首先制作与受检工件材质相同或相近,厚度约40mm、表面粗糙度与对比试块相同的平面型试块。 图3-11超声材质衰减的测量 图3-10超声材质衰减的测量 斜探头按深度1:1调节仪器时基扫描线。 仪器调为一发一收状态。另选用一只与该探头尺寸、频率、K值相同的斜探头,两探头置于平板试块上,两探头入射点间距为时,找到最大反射波幅,记录其波幅值()。将两探头拉开到距离为处,找到最大反射波幅,记录其波幅值()。 衰减系数可用下式计算: 计算衰减系数: (3-8) (3-9) 式中: ——声程差; ——不考虑材质衰减时,声程、大平面的反射波幅dB差。可用计算或从该探头的距离-波幅曲线上查得,约为6dB。 2.传输损失差的测定 若同时考虑材质衰减与表面声能损失,可按如下方法测定传输损失差:斜探头按深度调节仪器时基扫描线。仪器调为一发一收状态。选用另一只与该探头尺寸、频率、K值相同的斜探头,两探头按如图3-11所示的方向置于对比试块检测面上,两探头入射点距离为。 a)对比试块 b)工件母材 图3-11传输损失的测定 计算传输损失差ΔV: (3-10) 式中: ——不考虑材质衰减时,声程、大平面的反射波幅差,可计算或从探头的距离-波幅曲线上查得,dB; ——在对比试块中的声程,mm; ——在工件板材中的声程,mm; ——试块中声程与工件中声程的超声材质衰减差值,dB。如试块材质衰减系灵敏小于0.01 dB /mm,此项可以不予考虑。 3.2.7 扫查方式 扫查的目的是为了寻找和发现缺陷。为了达到这个目的,必须采用正确的扫查方式。在焊缝检测过程中,扫查方式有多种。 1.锯齿形扫查 锯齿形扫查是手工超声检测中最常用的扫查方式,往往作为检测纵向缺陷的初始扫查方式,速度快,易于发现缺陷。 作锯齿形扫查时,斜探头应垂直于焊缝中心线放置在检测面上,如图3-12所示。探头前后移动的范围应保证扫查到全部焊接接头截面,在保持探头垂直焊缝作前后移动的同时,还应作10°~15°的左右转动。应注意每次前进的齿距不得超过探头晶片直径的85%,以避免间距过大造成漏检。 图3-12 锯齿形扫查 2.前后、左右、转角、环绕扫查 发现缺陷后,为观察缺陷动态波形和区分缺陷信号或伪缺陷信号,确定缺陷的位置,方向和形状,可采用前后、左右、转角和环绕四种探头基本扫查方式,如图3-13所示。 图3-13 四种基本扫查方式 前后与左右扫查:当用锯齿形扫查发现缺陷后,可用前后与左右扫查找到缺陷的量大回波处,用前后扫查来确定缺陷的水平距离或深度,用左右扫查来确定缺陷沿焊缝方向的长度。 转角扫查:可利用转角扫查推断缺陷的方向。 环绕扫查:可利用环绕扫查大致推断缺陷的形状。扫查时如果缺陷回波高度几乎保持不变,则可大致判断为点状缺陷。 3.检测横向缺陷的扫查方式 为检测焊缝或热影响区的横向缺陷,可采用如下扫查方式,同时将扫查灵敏度适当提高,一般提高6 dB。 1) 平行扫查 :对于磨平的焊缝,可将斜探头直接放在焊缝上作平行扫查,如图3-14a所示。 2) 斜平行扫查:对于有余高的焊缝可在焊缝两侧边缘,是探头与焊缝成一定夹角(<10°)作斜平面扫查,如图3-14b所示。 3) 交叉扫查 :对于电渣焊中的人字形横裂,可用K1斜探头在焊缝两侧45°方向作交叉扫查,如图3-14c所示。 a)平行扫查 b)斜平行扫查 c)交叉扫查 图3-14 检测横向缺陷的扫查方式 3.2.8 缺陷的评定和质量分级 焊接接头的缺陷评定包括确定缺陷的位置、缺陷性质、缺陷幅度和缺陷的指示长度,然后结合所用标准中的规定,对焊接接头进行质量分级。 超声检测发现反射波幅超过I区的缺陷以后,首先要判断缺陷是否位于焊缝中或在焊缝截面的位置,之后判断缺陷是否具有裂纹、未熔合等危害性缺陷特征。如为危害性缺陷则直接评定为最低质量级别。如不是危害性缺陷,则确定缺陷的最大反射波幅在距离-波幅曲线上的区域,非对缺陷指示长度进行测定。缺陷的幅度区域和指示长度确定之后,需要结合相关标准的规定,评定质量级别。 1.缺陷位置的判定 焊接接头中发现缺陷以后,可根据缺陷最大反射波幅在时基线上的位置,确定缺陷的水平位置与垂直深度。 但焊接接头的定位还要考虑一个特殊的问题,即确定缺陷是否在焊缝中。 在平扳对接焊缝检测时,一般情况下,探头不在焊缝上,声束经过的路径中有很大部分是通过母材的,因此,有时显示屏上出现的缺陷回波并不是焊缝中的缺陷。如果将此缺陷回波误认为是焊缝中的缺陷,就会给焊缝质量评定及焊缝返修带来错误。 所以,在焊缝检测缺陷定位时首先要确定缺陷是否在焊缝中,具体可采用如下方法: 用钢尺量出探头前沿至焊缝中心的距离,再在示波屏上的读出此时的埋深()来判断回波是母材还是焊缝上的,可根据公 (其中为焊缝宽度,为探头前沿长度)来判断,若该式成立,则在焊缝内,反之在母材上。 图3-15 焊缝检测缺陷位置的判定 2.缺陷幅度的确定 焊接接头中发现的缺陷,需确定缺陷最大反射波幅度在距离一波幅曲线上所在的区域。缺陷幅度的表示方式是:以距离-波幅曲线上某一条线为基准,用缺陷信号的最大峰值高于或低于该线的dB数表示缺陷的幅度。如缺陷信号高于定量线上同深度处人工反射体幅度3 dB,可称缺陷幅度为定量线+3 dB(SL+3 dB);按JB/T 4730-2005的规定,若定量线幅度为φ1×6-6dB,则该缺陷位于Ⅱ区,其幅度为φ1×6-3 dB。 3.缺陷指示长度的测定和计量 缺陷指示长度的测定方法有6dB法、端点6dB法、绝对灵敏度法等,均可用于焊接接头缺陷指示长度的测定。 1)JB/T 4730.3-2005中关于测长方法的规定: a) 当缺陷反射波只有一个高点,且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时,使波幅降到显示屏满刻度的80%后,用6dB法测其指示长度。 b) 当缺陷反射波峰值起伏变化,有多个高点,且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时,使波幅降到显示屏满刻度的80%后,应以端点6dB法测其指示长度。 c) 当缺陷反射波峰位于I区,如认为有必要记录时,将探头左右移动,使波幅降到评定线,以此测定缺陷指示长度。 2) JB/T 4730.3-2005中关于缺陷指示长度计量的规定: a)缺陷指示长度小于10mm时,按5mm计。 b)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指示长度(间距不计入缺陷长度)。 4.质量分级 缺陷定位定量之后,要根据缺陷的当景和指示长度结合有关标准的规定评定悍缝的质量级别。JB/T 4730.3-2005标准将焊接接头质量级别分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个等级,其中Ⅰ级质量最高,Ⅲ级质量最低。具体分级规定见表3-4。 表3-4 焊接接头质量分级 单位: mm 等级 板厚T 反射波幅 (所在区域) 单个缺陷指示长度L 多个缺陷累计长度 Ⅰ 6~400 Ⅰ 非裂纹类缺陷 6~120 Ⅱ L=T/3,最小为10,最大不超过30 在任意9T焊缝长度范围内 >120~400 L=T/3,最大不超过50 不超过T Ⅱ 6~120 Ⅱ L=2T/3,最小为12,最大不超过40 在任意4.5T缝长度范围内 >120~400 最大不超过75 不超过T Ⅲ 6~400 Ⅱ 超过Ⅱ级者 超过Ⅱ级者 Ⅲ 所有缺陷 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 裂纹等危害性缺陷 注1:母材板厚不同时,取薄板侧厚度值。 注2:当焊缝长度不足9T(Ⅰ级)或4.5T(Ⅱ级)时,可按比例折算。当折算后的缺陷累计长度小于单个缺陷指示长度时,以单个缺陷指示长度为准。 4 钢板对接焊缝超声探伤实验 4.1探伤实验与数据记录 一、实验仪器及探伤工件 1.本实验探伤工件是两个不同厚度的对接焊板如图4-1,工件参数规格如下4-1。采用的是友联PXUT-27超声波数字探伤仪如图4-2。 表4-1工件参数 工件编号 板厚 坡口形式 工件状态 材料牌号 焊接方法 长×宽 1 20mm X型 焊后毛面 16MnR 自动埋弧焊 400mm×300mm 2 10mm X型 焊后毛面 16MnR 自动埋弧焊 300mm×200mm a) 工件一 b) 工件二 图4-1 探伤工件图 图4-2 PXUT-27 超声波检测仪 2.根据实验所选的工件参数规格,确定实验探伤所用探头,本次实验选用的是斜探头,如图4-3。 图4-3实验所用的斜探头 4.本实验采用的标准试块为CSK-ⅠA试块和CSK-ⅡA试块,如图4-4所示。 图4-4 实验所用的CSK-ⅠA试块和CSK-ⅢA试块 二、实验过程 1.仪器的调整 1)反复按“探头”键,切换至所需要的通道。 2) 按“探头”键,在按“+”或“-”键,设置为“单探头”方式。 3)按“声速”键,再按“+”或“-”键,设置声速为3240m/s左右。 4)按“声速”键,再按“确认”键,直至标度设为声程标度。 5)按“声速”键,再按“+”或“-”键,将声程调到合适的范围。 2.测定斜探头参数 1)测定斜探头前沿长度。 将斜探头对准CSK-ⅠA试块的或曲面,找到最大回波,用钢尺量出试块边缘到探头前端的距离,如图4-5所示。则探头前沿长度(mm)为,测三次以上,取平均值。本实验实际测的探头前沿长度=13mm。 图4-5测定探头前沿 2)测斜探头值。如图4-6用CSK-ⅢA试块上短横孔,用斜探头在试块上找到短横孔的最大回波,然后固定好探头,用钢尺量出探头前沿到试块的边缘距离,根据公式得到实测值,其中分子的是孔到试块边缘的距离,分母是所取孔的埋深,之后可将示波屏的值调整为所求得的实测值, 实测。 图4-6 测斜探头值 3)定标 按声程 定标,所用试块为CSK-ⅠA试块。将斜探头置于试块上,移动斜探头,找到的最大回波,出现最大回波后,固定探头,调节波门框住的最大回波,再调“始波偏移”量,调节“+”或“-”键,使示波屏“”读数为。移动斜探头,找到的最大回波,调节“声速”量,使示波屏“”读数为。多次重复以上步骤,直至调准为止,即完成声程 定标。波形图如图4-7所示。 图4-7 声程定标波形图 4)因焊板的表面粗糙度与试块不同,所以需要测定焊板的表面补偿值,因实验条件限制,根据经验确定为。 5)绘制距离-波幅曲线 将斜探头置于CSK-ⅢA试块上,通过耦合剂将斜探头和试块耦合,找到埋深为的短横孔,前后左右移动探头,找到最大回波位置,固定探头,调节“增益”是短横孔,使短横孔的最大回波高度为满刻度,记忆此时的波形。按照此方法,依次找到的短横孔最大回波高度满刻度,并记忆他们的波形,距离-波幅曲线如4-8所示。 图4-8 距离-波幅曲线 6)确定起始灵敏度 根据,起始灵敏度即为距离波幅曲线上所对应的评定线的增益读数。由于工件一的厚度,所以起始灵敏度为:φ1×6-9dB(增益读数为) (含表面补偿)。工件二的厚度,所以起始灵敏φ1×6-12dB(增益读数为) (含表面补偿)。 7)缺陷扫查 根据,工件的扫查范围为,,所以工件一的扫查范围,工件二的扫查范围。 图4-9 缺陷扫查 工件一缺陷处出波形图如图4-10所示,工件二缺陷出波形图如图4-11所示。 a) 缺陷一波形图 b)缺陷二波形图 图4-10 工件一各缺陷处波形图 图4-11 工件二缺陷处波形图 8)工件缺陷实验数据如下表4-4。 表4-4 工件缺陷实验数据 工 件 序 号 缺 陷 序 号 缺陷位置 /mm 缺陷最大点位置S3/mm 探头至焊缝中心/mm 缺陷最大处(PX , PY) /mm S1 S2 一 1 45 61 52 26 (34.8,10.9) 2 252 266 258 25 (33.5,10.2) 二 1 134 145 139 21 (29.8,8.9) 4.2 实验数据分析与处理 根据中有关内容对缺陷进行评定,如下表4-5。 表4-5 工 件 序 号 缺 陷 序 号 缺陷位置S3/mm 缺陷至焊 中心距离 /mm 缺陷指示长度L /mm 缺陷在距离波幅曲线区域 缺陷 埋深 /mm 缺陷最大反射当量 /dB 缺陷 等级 一 1 52 4.2 16 Ⅱ 10.9 SL+3.2 Ⅱ 2 258 4.5 14 Ⅲ 10.2 SL+14.0 Ⅲ 二 1 139 3.2 11 Ⅱ 8.9 SL+7.0 Ⅱ 根据表4-5 ,工件一存在两处缺陷,评为Ⅲ级,不合格;工件二存在一处缺陷,评为Ⅱ级,不合格。缺陷草图如下图4-14。 52 4.2 X 16 L 258 14 L 4.5 X 单位:mm a) 工件一缺陷草图 139 11 L X 3.2 单位:mm b) 工件二缺陷草图 图4-12 工件缺陷草图 5 结论 科技在发展,焊缝无损检测技术也在向着自动化、智能化和信息化的方向发展。但是,我们也应看到,针对我国当前的实际情况,手动人工超声波探伤仍是主要的探伤方法,且应用依然相当广泛。并且在实际的超声波探伤过程中,仍在不断涌现许多新问题。针对这些实际问题,在指导老师的悉心指导下,在前人成果的基础上,本文对焊接缺陷的超声波探伤技术进行了详细介绍,并通过钢板焊缝的超声波探伤实验详细讲述了超声波探伤的操作步骤、注意事项和等级评定标准。 本课题着重做了以下工作: 1.论述了国内外超声检测进展与研究情况。 2.详细介绍了焊接过程中常见的缺陷和产生缺陷的原因。 3.详细讲述了超声波探伤技术的原理、分类、评定等级和评定标准。 4.结合实验详细介绍了超声波探伤的操作步骤和注意事项,并对给定板材焊缝进行了现场探伤和等级评定。 焊缝超声波检测作为检验焊缝质量的一种有效方法,其检测的可靠性和有效性还待进一步完善。由于超声检测的本身所固有的特点和局限性,在实际的无损检测中还须与其他检测方法配合使用。我们坚信,随着研究工作的进一步深入,此问题将会不断完善。 参考文献 [1] 陈文革, 魏劲松. 超声无损检测的应用研究与发展[J]. 无损探伤,2001,4: 1-3. 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[20]全国锅炉压力容器标准化委员会.JB/T4730-2005承压设备无损检测[S].北京:新华出版社,2005. 致谢 我首先要感谢我的毕业设计指导老师李志农教授,本文是在李志农教授的热情关怀和悉心指导下完成的。半年来,李志农老师给予了我很大的鼓励和关怀,从课题的开始到本文的最后完成,处处凝聚着李老师心血。李老师严谨求实的态度、执着追求的敬业精神、敏锐的洞察力以及平易近人的工作作风,都给我留下了深刻的印象,为我树立了很好的榜样,并将激励我在今后的工作和生活中不断前进。值此论文脱稿之际,谨向李老师表示衷心的感谢和深深的敬意。 父母在我漫长的求学历程中给予了最大的理解和支持以及无限的关怀和奉献,值此学业完成之际,特向远方的父母和家人表示深深的谢意和衷心的祝福。父母对我的爱是无私的,我无以回报,所以只能在今后的人生道路上走好每一步,不让父母操心。 最后,向所有关心和帮助过我的朋友表示衷心的感谢! 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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