1、第七章第七章 焊缝超声波探伤焊缝超声波探伤 锅炉、压力容器、压力管道和各种钢结构主要是采用焊接方法制造的。为了保证焊接质量，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，不仅要求检测人员具备熟练的超声波探伤技术，检测人员还应了解有关焊接的基本知识，如焊接接头形式、焊接坡口形式、焊接方法及工艺、焊接缺陷等。只有这样，探伤人员才能针对各种不同的焊接接头，采用适当的检测方法，获得比较正确的检测结果。本章主要结合JB/T4730.3-2005来详细介绍焊接接头的超声波检测方法。7.1 7.1 焊接加工及常见缺陷焊接加工及常见缺陷
2、 锅炉压力容器及一些钢结构主要是采用焊接加工成形的。焊缝内部质量一般利用射线和超声波了检测。对于焊缝中的裂纹、未熔合等危险缺陷，超声波探伤比射线更容易发现。7.1.1 7.1.1 焊接加工焊接加工1 1）焊接过程）焊接过程 常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、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熔化，形成熔池，熔融金属在熔池中经过冶金反应后冷却，将两母材牢固的结合在一起。为了防止空气中的氧、氮进入熔融金属，在焊接过程中通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。埋弧自动焊和电渣焊是
3、利用液体焊剂作保护层。气体保护焊是利用氩气或二氧化碳等保护气体作保护层。焊接是指通过加热或加压，或两者兼用，并且用或不用填充材料，使工件达到原子结合的一种加工方法。常用的焊接方法有熔焊、压焊、钎焊和特种焊接等。虽然新焊接方法不断出现，但应用最广泛的仍是熔焊，特别是在特中设备生产过程中。所以，超声检测的主要对象是熔焊焊接接头，如焊条电弧焊（Shielded Metal Arc Welding），埋弧焊（Submerged Arc Welding）、气体保护焊（Gas Metai Arc Welding）、钨极氩弧焊（TIG）等形成的焊接接头。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
4、形式的能量产生高温是金属熔化，形成熔池，熔融金属在熔池中经过冶金反应后冷却，将两种工件牢固地结合在一起。焊条电弧焊（SMAW）是指用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。焊条由焊芯和药皮两部分组成，焊接时焊芯可作为电极和填充材料，药皮在高温下分解产生中性或还原性气体作为保护层，防止空气中的氧、氮进入熔融金属，同时药皮可对焊缝金属起脱氧、脱硫，向焊缝渗入合金元素，调节焊缝金属凝固和冷却速度等作用。焊条电弧焊应用广泛，主要不足是通常每条焊道焊后都必须清除熔渣，劳动强度大；焊接质量受焊工操作水平和体力影响严重。值得注意的是，其形成的焊接接头是特种设备超声检测的重要对象 埋弧焊（SAW）是利用焊剂做保护层
5、，电弧在焊剂层下加热并熔化金属，利用电气和机械装置控制送丝和移动电弧的焊接方法。主要用于碳素钢、低合金钢、耐热钢及不锈钢焊缝的水平位置焊接，适用与厚度20mm以上的纵缝、环缝焊接，也可进行不锈钢和低合金钢的带极堆焊，在锅炉、压力容器和船舶制造中应用广泛。气体保护焊（GMAW）是利用氩气或二氧化碳等保护气体作保护层的电弧焊方法。其中，氩弧焊通常适用于0.55mm范围的薄板或管子的全位置焊接和堆焊，还经常使用与锅炉及压力容器重要受压元件焊缝根部的打底焊，从而确保焊缝根部质量。用二氧化碳气体或其他混合气体作为保护气体的电弧焊，在锅炉、压力容器制造中，如一些支座角焊缝、容器附件、膜式水冷壁的焊接，已逐
6、步取代电弧焊。2 2）接头形式）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7.1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，搭接少见。3 3）坡口形式）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，坡口各部分的名称如图7.2所示。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。常见对接和角接的坡口形式如图7.3所示。7.1.2 7.1.2 焊缝中常见焊接缺陷焊缝中常见焊接缺陷 焊缝中常见缺陷有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等，如图7.4所示。1.气孔 气孔是在焊接过程中焊接熔池高温
7、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。2.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。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。
8、未熔合分为坡口面未熔合和层间未熔合。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逸出而形成的。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
9、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。7.2 中厚板对接焊缝超声波探伤中厚板对接焊缝超声波探伤7.2.1 探测条件的选择探测条件的选择 1）探测面的修整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Ra一般不大于6.3m。焊缝两侧探测面的修整宽度P一般根
10、据母材厚度确定。厚度为846mm的焊缝采用二次波（一次反射法）探伤，探测面修整宽度为 P12KT+50（mm）（7.1）厚度大于46mm的焊缝采用一次波（直射法）探伤，探测面修整宽度为 P2KT+50（mm）（7.2）JB/T4730.3-2005中5.1.4条规定如下：采用一次反射法检测时，探头移动区应大于或等于1.25P；或 中：P跨距，mm;T母材厚度，mm;K探头K值；探头折射角，（0）。2PKT2 tanPT 采用直射波法检测时，探头移动区应大于或等于0.75P。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
11、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）频率选择 焊缝的晶粒比较小，可选用较高的频率探伤，一般为2.55.0MHz。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)使声束能扫查到整个焊缝截面；(2)使声束中心线应尽量与主要危险性缺陷垂直；(3)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、K值选择不当时才会出现扫查不到的情况。由图7.5可以看出
12、，用一、二次波单面探测双面焊缝时 d1=(a+l0)/K,d2=b/K其中一次波只能检测到d1以下的部分（受上部余高的限制），二次波只能检测到d2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 d1d2T，从而得到：0ablKT(9-3)式中 a上焊缝宽度的一半，mm；b下焊缝宽度的一半，mm；l0探头的前沿长度，mm；T焊缝母材厚度，mm；K斜探头K值。对于单面焊焊缝，b可忽略不记，此时：0alKT 一般斜探头K值（角度）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、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
13、以减小探头移动区域、减小打磨宽度。实际探伤时，可按表7.1选择K值。在条件允许的情况下，应尽量采用大K值探头。表7.1 斜探头K值选择T（mm）825 2546 46 K 3.02.0 2.51.5 2.01.0 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-A和CSK-A等试块来测定探头的K值。5）探测方向的选择(1)纵向缺陷：为了发现纵向缺陷，常采用以下三种方式进行探测。a:板厚T=846mm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7.6（a）b:板厚46T120mm的焊
14、缝，以一种或两种K值探头用一次波在焊缝双面双侧进行探测，如图7.6（b）c:板厚T100mm的焊缝，除以两种K值探头用一次波在焊缝两侧进行探测外，还应加用K1.0探头在焊缝单面双侧进行串列式探测，如图7.6（c）。(2)横向缺陷：为了发现横向缺陷，常采用以下三种方式探测：a: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7.7（a）。b:用一种（或两种）值探头的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100，如图7.7（b）。c:对于电渣焊中的“八字”形横裂，可用K1探头在450方向以一次波在焊缝两面双侧进行探测，如
15、图7.7（c）。7.2.2 7.2.2 扫描速度（时基线比例）的调节扫描速度（时基线比例）的调节 前面第四章中介绍了三种调节扫描速度的方法，即声程法。水平法和深度法。在用K值探头探伤焊缝时，最常用的是后两种。当板厚小于20mm时，常用水平法。当板厚大于20mm时，常用深度法。声程法多用于非K值探头。1.1.声程法声程法声程法是使示波屏水平刻度值直接显示反射体实际声程。焊缝探伤中常用CSK-A、W2和半圆试块来调整，具体方法见第四章第四节。2.2.水平法水平法该方法能使示波屏水平刻度值直接显示反射体的水平投影距离。焊缝探伤中常用CSK-A、CSK-A、CSK-A和半圆试块等来调整。下面介绍利用C
16、SK-A试块来调节扫描速度的方法，其他试块的调节方法见6.5.1。（1）CSK-A试块横孔反射法 该方法是利用CSK-A试块上不同距离的1mm6mm两个短横孔来调整时间扫描线，如图910所示。为了减小误差，其中A孔应在近场外，B孔接近最大声程。具体调整方法如下：1）测出探头的入射点和K值。2)把示波屏上的始脉冲先左移约10mm。3）将探头对准横孔A，找到最高回波A，量出水平距离L1、调微调旋钮使A波前沿对准水平刻度L1，并作好标记（可用仪器上的标距点标出）。4）后移探头，找到B孔最大回波B，量出水平距离L2，若B波的读数Y和L2不符，应算出二者差值：X=L2-Y 若X为正值，应将B波向大读数移
17、动，当B、A两孔深度比为2时，顺时针转动微调旋钮，将B波调至Y+2X。若X为负值，应将B波向小读数移动Y2X。5）用脉冲移位旋钮将B波调至L2，再前移探头，找到A波，若A波正对L1，这时水平1：1就调好了。若A波不是正对L1，则应利用A、B波反复调至与读数相符。该法同时调好了零位。3.深度法此方法是使示波屏水平宽度值直接显示反射体的垂直深度。焊缝探伤中常用CSK-A、CSK-A、CSK-A、RB和半圆试块等来调整。下面介绍利用CSK-A来调整的方法，其他试块法见第四章第四节。探头分别对准A、B两横孔，如图7.8所示。反复调节脉冲位移和微调，使两孔的最高回波分别对准水平刻度d1、d2即可。如果要
18、求精确，应扣除横孔半径对应的深度值7.2.3 7.2.3 距离波幅曲线的绘制与应用距离波幅曲线的绘制与应用 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。它是AVG曲线的特例。距离波幅曲线由定量线、判废线和评定线组成，如图7.10所示。评定线和定量线之间（包括定量线）称为区，定量线与判废线之间（包括定量线）称为区，判废线及其以上区域称为区。不同板厚范围的距离波幅曲线的灵敏度见表7.2。距离波幅曲线有两种形式。一种是波幅用dB值表示作为纵坐标，距离为横坐标，称为距离dB曲线。另一种是波幅用mm（或）表示
19、作为纵坐标，距离为横坐标，实际探伤中将其绘在示波屏面板上，称为面板曲线。表7.2 距离波幅曲线的灵敏度试块型式板厚（mm）评定线定量线判废线CSK-A 64646120 24018dB24014dB 24012dB2408dB2404dB240+2dB CSK-A 815154646120 1612dB169dB166dB 166dB163dB16 16+2dB16+5dB16+10dB 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，但三倍近场区内只能实测得到。由于实际探伤中经常是利用试块实测得到的，因此这里仅以CSK-A试块为例介绍距离dB曲线的绘制方法及
20、应用。1距离dB曲线（设板厚T30mm）(1)距离dB曲线的绘制a.测定探头的入射点和K值，并根据板厚按水平或深度调节扫描速度，一般为1：1，这里按深度1：1调节。b.将探头置于CSK-A试块上，衰减48dB（假定），调增益旋钮使深度为10mm的16横孔最高回波达基准60高，记下这时衰减器的读数和孔深。然后分别检测不同深度的16横孔，增益旋钮不动，用衰减器将各孔的最高回波调至60，记下相应的dB值和孔深填入表7.3中。并将板厚T=30mm对应的定量线、判废线和评定线的dB值填入表中（实际检测中，只要测到60mm深的横孔即可）。c.利用表7.3中所列数据，以孔深为横坐标，以dB值为纵坐标，在坐标
21、纸上描点绘出定量线、判废线和评定线，标出区、区和区，并注明所用探头的频率、晶片尺寸和K值，如图7.11所示。表7.3 举例数据表 孔 深(mm)10203040506070809016dB 52504744 41 38 36 34 32165dB（判废线）57555249 46 43 41 39 37163dB（定量线）4947 44 41 38 35 33 21 29169dB（评定线）4341 38 35 32 29 27 25 23d.用深度不同的两个孔校验距离波幅曲线，若不相符，应重测。(2)距离波幅曲线的应用.了解反射体波高与距离之间的对应关系。.调整检测灵敏度：标准要求焊缝检测灵敏
22、度不低于评定线。这里T30mm，评定线为169dB，二次波检测最大深度为60mm。由距离波幅曲线可知扫查灵敏度为29dB，因此将衰减器调到29dB时灵敏度就调好了。若考虑耦合补偿3dB，那么灵敏度为26dB。实际探伤过程中还应定期利用某一深度的孔来校验探伤灵敏度。例如d40mm的16横孔回波是否为44dB。.比较缺陷大小：例如，检测中发现两个缺陷，缺陷1：df1=30mm，波高为45dB，缺陷2：df2=50mm，波高为40dB，试比较二者的大小。由距离波幅曲线可知，d=30mm，16横孔波高为47dB，所以缺陷1当量为164547162dB。d=50mm，16横孔波高为41dB，所以缺陷2#
23、当量为164041161dB。不难看出缺陷1#小于缺陷2#。.确定缺陷所处区域：例如检测中发现一缺陷df1=20mm，波高为45dB，另一缺陷df2=60mm，波高为40dB。由距离波幅曲线可知，d=20定量线为47dB，缺陷1的波高为45dB（47dB)，在定量线以下，即区。d=60mm，定量线为35dB,判废线为43dB，缺陷2波高为40dB（35dB），在定量线以上和判废线以下，即区，2面板曲线面板曲线（设板厚T30mm）实际检测中，使用距离dB曲线比较麻烦，而面板曲线使用方便，可根据缺陷波高直接确定缺陷当量和区域，目前国内外应用很广。(1)面板曲线的绘制测定探头的入射点和K值，根据板厚
24、按深度或水平调节扫描速度，这里按深度1：1调节。2探头对准CSK-A试块上深度为10mm的16横孔找到最高回波，调至满幅度的100（但不饱和），在面板上标记波峰对应的点1，并记下此时的dB值N（假定N=30dB）。.固定增益旋钮和衰减器，分别检测深度为20、30、40、50、60mm的16横孔，找到最高回波，并在面板上标记相应波峰对应的点2、3、4、5、6，然后连接1、2、3、4、5、6得到一条16的参考曲线，这就是面板曲线，如图7.12所示。(2)面板曲线的应用.灵敏度的调节：若工件厚度在1546mm范围内，评定线为169dB，只要在N30dB的基础上再提高9dB，即衰减器读数为21dB，这
25、时灵敏度就调好了。如果考虑补偿，应再提高需要补偿的dB数。设补偿5dB，则衰减器读数为16dB即可。.确定缺陷区域：检测时若缺陷波高低于参考线，则说明缺陷波低于评定线，可以不予考虑。若缺陷波高于参考线，则用衰减器将缺陷波调至参考线，根据衰减的dB值求出缺陷的当量和区域。例如：4dB，则缺陷当量为1694165dB，在区。8dB，则缺陷当量为1698161dB，在区。16dB，则缺陷当量为16916167dB，在区。应用上述面板曲线时，只要记住6dB和14dB即可。6dB表示缺陷达定量线，注意测长。14dB表示缺陷达判废线，应判废。若将判废线、定量线、评定线都绘在示波屏面板上，使用起来将更加方便
26、。不过这时要求仪器的动态范围较大，垂直线性要更好一些。对于现在广泛使用的数字式超声检测仪，只需测出不同距离处的16最高回波，输入评定线、定量线和判废线与16波幅的差值，仪器即可同时将各线显示于示波屏上，使用起来很方便。7.2.47.2.4声能损失差的测定声能损失差的测定 在焊缝探伤中，试块与工件上相同反射体的回波往往不同，其原因是二者声能传输损失存在差异：1.二者表面粗糙度不同、曲率不同引起的表面耦合损失不同。2.二者材质不同引起的材质衰减不同。3.二者底面状况不同引起的底面反射损失不同（二次波检测）。实际检测中，当用试块调灵敏度对工件进行检测时，为了保证在工件中发现规定大小的缺陷，应测定试块
27、与工件声能传输损失差，然后进行适当的补偿。下面介绍测定声能传输损失的几种方法。.薄板焊缝声能损失差的测定 制作与被检工件材质相同或相近、厚度相同的平面型试板，其上下表面光洁度与CSK-A试块相同，如图7.13。用同型号的两个斜探头沿探伤方向置于工件上（不通过焊缝）。探头间距为3P（三次波探伤）。作一发一收测试，使其最大穿透波幅为示波屏上3格高。在同样条件下，用与上述相同的方法，将两探头置于平面型试板上3P处，调节衰减器，使其最大穿透波幅也为3格高，此时工件与试板的衰减dB差，即为薄板焊缝的声能损失差。不难看出，这样测得的声能损失包括了表面耦合损失差、底面反射损失差和材质衰减损失差。这种方法是J
28、B1152-81标准推荐的方法,适用与试板与工件材质相同或相近，厚度相同的薄板。2.中厚板焊缝声能损失差的测定(1)试板与工件材质相同:作平面试板，A面粗糙度与被检工件相同，B面粗糙度与CSK-A试块相同，试板材质、厚度与工件相同，见图7.14。用同型号的两个斜探头沿探伤方向置于焊缝两侧的探伤面上，作一发一收测试，使其最大穿透波幅为示波屏上3格高。在同样条件下，用与上述相同的方法，将两探头置于平面型试板B面上，调节衰减器，使其最大穿透波幅也为3格高，此时工件探测面与试板的衰减dB差，即为上表面耦合声能损失差，见7.14（a）。重复上述步骤，按图7.14（b）测出被检工件（不通过焊缝）与平面型试
29、板A面的衰减dB差。因探伤时声束两次触及下表面，取其dB差的两倍，即为下表面反射声能损失差，上、下表面声能损失差之和，即为反射法探伤声能损失差。同样这里测得的声能损失差包括了表面耦合损失差、材质衰减损失差和底面反射损失差。这种方法也是JB115281标准推荐的方法，适用于试板与工件材质相同或相近，厚度相同的中厚板。(2)试板与工件材质、厚度不同：当试板与工件材质、厚度不同时，需要采用如下方法来测试声能传输损失差。（参阅JB/T4730.3-2005附录F）7.2.57.2.5扫查方式扫查方式 在焊缝探伤中，扫查方式有多种，常用的扫查方式有以下几种。(1)锯齿形扫查：如图7.17，探头沿锯齿形路
30、线进行扫查。扫查时探头作100150转动，这是为了发现与焊缝倾斜的缺陷。此外，每次前进齿距d不得超过探头晶片直径。这是因为间距太大，会造成漏检。(2)左右扫查与前后扫查：如图7.18，当用锯齿扫查发现缺陷时，可用左右扫查和前后扫查找到回波的最大值，用左右扫查来确定缺陷沿焊缝方向的长度；用前后扫查来确定缺陷的水平距离或深度。(3)转角扫查：如图7.18，利用它可以推断缺陷的方向。(4)环绕扫查：如图7.18，它可用于推断缺陷的形状。环绕扫查时，如果回波高度几乎不变，则可判断为点状缺陷。(5)平行或斜平行扫查：为了校验焊缝或热影响区的横向缺陷，对于磨平的焊缝可将斜探头直接放在焊缝上作平行移动；有加
31、强高的焊缝可在焊缝两侧边缘，使探头与焊缝成一定夹角（100450）作平行或斜平行移动，如图7.19，但灵敏度要适当提高。（JB/T4730.32005中5.1.5.2中规定提高6dB）。(6)串列式扫查：在厚板焊缝探伤中，与探伤面垂直的内部未焊透，未熔合等缺陷用单个斜探头很难探出。一般采用两种探头探伤，即小K值探头和大K值探头。有时还要采用串列式扫查才能发现缺陷，如图7.20。但是要注意，这种方法会有探测不到的区域（常称为死区），对于死区，可以用单斜探头探测。7.2.6 7.2.6 缺陷位置的测定缺陷位置的测定 探伤中发现缺陷波以后，应根据示波屏上缺陷波的位置来确定缺陷在焊缝中的位置。缺陷定位
32、方法分为声程定位法、水平定位法和深度定位法三种，参见图4.19。1.声程定位法 当仪器声程按1：n调节扫描速度时，应采用声程法来确定缺陷的位置。用一次波探伤发现缺陷时 lf=sin=nfsin (7.8)df=xfcos=nfcos (7.9)用二次波探伤发现缺陷时 lf=xfsin=nfsin(7.10)df=2T-xfcos=2T-nfcos (7.11)式中 xf缺陷的横波声程；f缺陷波前沿所对应的刻度值；探头的折射角；T板厚；lf缺陷的水平距离；df缺陷至探测面的深度。2.水平定位法 当仪器按水平1：n调节扫描速度时，应采用水平定位法来确定缺陷的位置。若仪器按水平1：1调节扫描速度，那
33、么示波屏上缺陷前沿所对应的水平刻度值f就是缺陷的水平距离lf。用一次波探伤发现缺陷时 lf=nf (7.12)df=lf/K (7.13)用二次波探伤发现缺陷时 lf=nf (7.14)df=2T-lf/K (7.15)式中 K探头的K值，Ktan。3.深度定位法 当仪器按深度1：n调节扫描速度时，应采用深度定位法来确定缺陷的位置。若仪器按深度1：1调节扫描速度，示波屏上缺陷前沿所对应的水平刻度值为f。用一次波探伤发现缺陷时 df=nf (7.16)lf=Kdf (7.17)用二次波探伤发现缺陷时 df=2T-nf (7.18)lf=Knf (7.19)7.2.7 7.2.7 缺陷大小的测定缺
34、陷大小的测定1.缺陷幅度与指示长度的测定 探伤中发现位于定量线或定量线以上的缺陷要测定缺陷波的幅度和指示长度。缺陷幅度的测定：首先找到缺陷最高回波，测出缺陷波达基准波高时的dB值，然后确定该缺陷波所处于的区域。缺陷指示长度的测定：JB1152-81与JB/T4730.3-2005标准规定：当缺陷只有一个高点时，用6dB法测其指示长度。当缺陷有多个高点，且端部波高位于区时，用端点6dB法测其指示长度（GB1134589钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级标准规定用端点峰值法测其指示长度）。当缺陷位于区，如有必要，可用评定线作为绝对灵敏度测其指示长度。2.缺陷长度的计量(1)当焊缝中存在两个或两
35、个以上的相邻缺陷，要计量缺陷的总长。JB1152-81与GB11345-89标准规定：当相邻两缺陷间距8mm时，以两缺陷指示长度之和作为一个缺陷的指示长度（不含间距）。JB/T4730.3-2005标准6.1.8.2条规定：当相邻两缺陷在一条直线上，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）。(2)缺陷指示长度小于10mm时，按5mm计。7.2.8 7.2.8 焊缝质量评级焊缝质量评级缺陷的大小测定以后，要根据缺陷的当量和指示长度，结合有关标准的规定评定焊缝的质量级别。JB/T4730.3-2005标准将焊缝质量级别分为、三级，其中
36、级质量最高，级质量最低。具体分级规定如下。(1)焊缝中不允许存在以下缺陷：1）反射波幅位于区者；2）检验人员判定为裂纹等危害缺陷者。(2)位于区的缺陷按表23评定焊缝的质量级别。(3)位于区的非危害性缺陷评为级。7.3 7.3 管座角焊缝和管座角焊缝和T T型焊缝探伤型焊缝探伤7.3.1管座角焊缝探伤1.结构特点与探伤方法管座角焊缝的结构型式有插入式和安放式两种。插入式管座角焊缝是接管插入容器内焊接而成，如图7.21所示，可采用以下几种方式探测。(1)采用直探头在接管内壁进行探测，如图中探头位置1。(2)采用斜探头在容器筒体外壁利用一、二次波进行探测，如图中探头位置2。(3)采用斜探头在接管内
37、壁利用一次波探测，如图中探头位置3。也可在接管外壁利用二次波探测，但后者灵敏度较低。安放式管座角焊缝是接管安放在容器筒体上焊接而成，如图7.22所示。可采用以下几种方式探测(1)采用直探头在容器筒体内壁进行探测，如图中探头位置1。(2)采用斜探头在接管外壁利用二次波进行探测，如图中探头位置2。(3)采用斜探头在接管内壁利用一次波探测，如图中探头位置3。由于管座角焊缝中危害最大的缺陷是未熔合和裂纹等纵向缺陷（沿焊缝方向），因此一般以纵波直探头探测为主。对于直探头扫查不到的区域，如安放式焊缝根部，需要另加斜探头进行探测。此外，凡产品制造技术条件中规定要探测焊缝横向缺陷的插入式管座角焊缝，应将容器筒
38、体内壁加工平，利用大K值探头在筒体内壁沿焊缝方向进行正反两个方向的探测，如图7.23所示。2.探测条件的选择(1)探头：在管座角焊缝探伤中，探测频率为2.55.0MHz。采用单晶直探头或双晶直探头实测时由于容器筒体或接管表面为曲面，探头表面为平面，二者接触面小，耦合不良。为了实现较好的耦合，探头的尺寸不宜过大。一般推荐探头与工件接触面尺寸，式中R为探测面曲率半径。W2 R采用斜探头探测时，探头与工件接触面尺寸应满足以下要求：2Dab（或）(7.20)式中 a斜探头接触面长度（周向探测）；B斜探头接触面宽度（轴向探测）；D探测面曲率直径。(2)耦合剂：管座角焊缝探伤中，常用的耦合剂有机油、化学浆
39、糊等。探测面应打磨使之平整光洁，表面粗糙度Ra6.3m。(3)试块：直探头探伤用试块如图7.24所示,试块中S、b见表7.6。试块材质、曲率半径、表面粗糙度同工件。该试块用于调整探伤灵敏度和对缺陷定量。表7.6 曲面平底孔试块S、b尺寸S(mm)100 125 150 175 b(mm)50 50 60 60 斜探头探伤用试块同平板对接焊缝探伤。3.仪器的调整(1)时基线比例调整：直探头探测时，可利用工件上或试块上已知尺寸的底面来调整。斜探头探测时，可利用CSK-A或W2试块按声程调整仪器时基线比例，是最大探测声程位于仪器时基线后半部分。(2)灵敏度调整：直探头探伤时，常利用工件的圆柱曲底面的
40、底波来调节。具体调整方法同锻件探伤。此外也可利用图7.24所示的曲面平底孔试块了调整。直探头探伤灵敏度要求不低于2平底孔。斜探头探伤时，按平板对接焊缝探伤中的方法调整。4.距离波幅曲线直探头探伤时，平底孔距离波幅曲线可在CS-1或CS-2试块上测试。距离波幅曲线的灵敏度按表7.7确定。标 准 GB11345-89 JB4730-94JB3144-82 A B C 评定线(EL)3 2 2 2(3-7 dB)3-6dB 定量线(SL)4 3 3 3 3 判废线(RL)6 4 6 6 6 JB/T4730.3-2005中表21确定表21 管座角焊缝直探头距离波幅曲线的灵敏度评定线 定量线 判废线
41、2mm平底孔 3mm平底孔 6mm平底孔 由表7.7和表21可知，JB/T4730.3-2005标准的评定线、定量线及判废线灵敏度与GB11345-89标准B级相同。JB3144-82标准的定量线、判废线灵敏度同JB/T4730.3-2005，评定线灵敏度高于JB/T4730.3-2005标准。340lg72dB同距离处3与2平底孔的回波差为:所以，JB/T4730.3-2005标准中评定线灵敏度2与37dB相当。而JB3144-82标准的评定线灵敏度为36dB。可见JB3144-82标准的评定线灵敏度高于JB/T4730.3-2005标。斜探头探伤时，距离波幅曲线的测试同平板对接焊缝 5、缺
42、陷的测定探伤过程中发现超过定量线的缺陷时，要测定缺陷的位置、当量大小和指示长度。缺陷当量大小：直探头探伤时，可用当量计算法或试块比较法来确定。斜探头探伤时，按平板对接焊缝方法处理。缺陷指示长度：当缺陷反射波只有一个高点时，用半波高度法测长。当缺陷有多个高点时，用端点半波高度法或端点峰值法测长。同深度的两个相邻缺陷间距小于其中较小者时作为同一缺陷处理，以各缺陷指示长度之和作为该缺陷的指示长度，若间距大于较小者时，则分别计算其长度。6.质量验收JB3144-82标准规定按以下原则评定管座角焊缝质量。(1)不允许存在下列缺陷1.缺陷反射当量超过或达到判废灵敏度时。2.缺陷反射当量超过或达到当定量线灵
43、敏度，并且纵向缺陷指示长度LfT/3。且最小可为10mm，但最大不超过30mm。横向缺陷指示长度Lf15mm。3.危险性缺陷，如未熔合、裂纹等。(2)以下缺陷不予返修，但应记录1.缺陷反射当量超过定量线灵敏度但低于判废线灵敏度，且指示长度小于判废长度（指示长度小于10mm者不计）者。2.缺陷反射当量超过测长线灵敏度但低于定量线灵敏度，而指示长度大于或等于判废长度者。对可疑信号建议使用其他手段及探伤方法验证，并进行综合分析。对于不允许存在的缺陷应予返修，返修后复探的部位向两端各延伸50mm。JB/T4730.3-2005、GB11345-89标准规定管座角焊缝质量评定方法同平板对接焊缝。7.3.
44、2 7.3.2 管节点焊缝探伤管节点焊缝探伤7.3.2.1 管节点焊缝的结构与探伤方法管节点焊缝的结构型式有多种，归结起来基本型式有T型、Y型和K型等三种，如图7.25所示。其中T型是Y型的特例。即主支管轴线夹角=900的Y型。K型可以视为两个Y型的组合 7.3.2.2 探测条件的选择(1)探头：由于管节点焊缝的主支管直径较小，探测面曲率较大，因此探头的尺寸小一点好，以便改善耦合效果。又由于不同探测位置的截面曲率半径不同，如图7.26(b)所示，所以探头斜契要修成与支管表面相吻合的曲面。实验证明，在Y型管节点焊缝探伤中，采用折射角450、600、700的斜探头较好，其中700的斜探头缺陷检出率
45、最高。管节点焊缝的主支管材质晶粒较小，为了提高探伤灵敏度和分辨力，宜选用较高的频率，一般为5MHz。(2)试块：Y型管节点焊缝探伤中，采用的试块有如图7.27所示的对比试块和如图7.28所示的模拟试块。(3)耦合剂：Y型管节点焊缝探伤中，一般采用粘度较大的耦合剂，如黄油、浆糊等。因为这里的探测面大多是倾斜式，耦合剂粘度低，容易流失，对探伤不利。7.3.2.3 仪器的调整(1)时基线比例的调整：在Y型管节点焊缝探伤中，一般采用声程法调节仪器的时基线比例，不用深度法或水平法调整。因为声程法定位比较方便。(2)灵敏度调整：Y型管节点焊缝探伤前，常用对比试块或模拟试块来测试距离波幅曲线，如图7.29所
46、示。7.3.2.4 缺陷的测定与判别7.3.3 T7.3.3 T型焊缝探伤型焊缝探伤7.3.3.1 T型焊缝结构及探伤方法(1)采用直探头在翼板上进行探测，如图中探头位置1，用于探测T型焊缝中腹板与翼板间未焊透或翼板侧焊缝下层状撕裂等缺陷。(2)采用斜探头在腹板上利用一、二次波进行探测，如图中探头位置2。此方法与平板对接焊缝探伤方法相似。(3)采用斜探头在翼板外侧或内侧进行探测，如图中探头位置3。探头于外侧时用一次波探测，探头于内侧时利用二次波探测。比较而言，外侧一次波探测灵敏度较高，定位方便。不但可以检测纵向缺陷，而且可以检测横向缺陷，不足之处在于外侧探测，看不到焊缝，探测前要先测定并标出焊
47、缝的位置。7.3.3.2 探测条件的选择(1)探头：采用直探头探伤时，探头的频率为2.5MHz，探头的晶片尺寸不宜过大。采用斜探头探伤时，斜探头的频率为2.55.0MHz。在腹板上探伤的探头折射角根据腹板厚度来选择，见表7.8。板厚较小时，选用大K值的探头探伤，目的在于避免近场区探伤。翼板外探伤，常用斜探头的折射角为450。探伤角接接头的斜探头的折射角一般也为450。(2)耦合剂：T型焊缝探伤中常用的耦合剂有机油、浆糊等。7.3.3.3 仪器的调整(1)时基线比例的调整：直探头探伤时，利用T型焊缝的翼板或试块调整。斜探头探伤时，调整方法同平板对接焊缝。(2)灵敏度调整：直探头探伤时，利用翼板底
48、波或平底孔试块调整。灵敏度要求同管座角焊缝。斜探头探伤时，按同平板对接焊缝的方法调整。7.3.3.4 扫查探测(1)确定焊缝的位置：(2)扫查方式：7.3.3.5 缺陷的判别7.4 7.4 堆焊层超声波探伤堆焊层超声波探伤7.4.1 堆焊层中常见缺陷7.4.2 堆焊层晶体结构特点7.4.3 探伤方法7.5 7.5 奥氏体不锈钢焊缝超声波探伤奥氏体不锈钢焊缝超声波探伤7.5.1 组织特点7.5.2 探测条件的选择7.5.3 仪器的调整与探测7.6 7.6 铝焊缝超声波探伤铝焊缝超声波探伤7.6.1 铝焊缝特点与常见缺陷7.6.2 探测条件的选择7.6.3 探伤准备7.6.4 缺陷的测定与评级7.7 7.7 小径管对接焊缝超声波探伤小径管对接焊缝超声波探伤7.7.1 概述7.7.2 探测条件的选择7.7.3 仪器的调整7.7.4 扫查探测与缺陷判别7.7.5 质量评定7.8 7.8 焊缝探伤中缺陷性质与伪缺陷判别焊缝探伤中缺陷性质与伪缺陷判别7.8.1 缺陷性质的估判1）气孔2）夹渣3）未焊透4）未熔合5）裂纹6）咬边反射7.8.2 伪缺陷波的判别1）仪器杂波2）探头杂波3）耦合剂反射波4）焊缝表面沟槽反射波5）焊缝上下错位的反射波6）其它伪缺陷波
