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§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。
焊缝内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。
培训教材之理论基础第一章无损检测概述无损检测包括射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）和涡流检测（ET）等五种检测方法。
主要应用于金属材料制造的机械、器件等的原材料、零部件和焊缝，也可用于玻璃等其它制品。
射线检测适用于碳素钢、低合金钢、铝及铝合金、钛及钛合金材料制机械、器件等的焊缝及钢管对接环缝。
射线对人体不利，应尽量避免射线的直接照射和散射线的影响。
超声检测系指用A型脉冲反射超声波探伤仪检测缺陷，适用于金属制品原材料、零部件和焊缝的超声检测以及超声测厚。
磁粉检测适用于铁磁性材料制品及其零部件表面、近表面缺陷的检测，包括干磁粉、湿磁粉、荧光和非荧光磁粉检测方法。
渗透检测适用于金属制品及其零部件表面开口缺陷的检测，包括荧光和着色渗透检测。
涡流检测适用于管材检测，如圆形无缝钢管及焊接钢管、铝及铝合金拉薄壁管等。
磁粉、渗透和涡流统称为表面检测。
第二章超声波探伤的物理基础第一节基本知识超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。
物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动。
振动的传播过程，称为波动。
波动分为机械波和电磁波两大类。
机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。
超声波就是一种机械波。
机械波主要参数有波长、频率和波速。
波长?：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离称为波长，波源或介质中任意一质点完成一次全振动，波正好前进一个波长的距离，常用单位为米(m)；频率f：波动过程中，任一给定点在1秒钟内所通过的完整波的个数称为频率，常用单位为赫兹(Hz)；波速C：波动中，波在单位时间内所传播的距离称为波速，常用单位为米/秒（m/s）。
由上述定义可得：C=? f ，即波长与波速成正比，与频率成反比；当频率一定时，波速愈大，波长就愈长；当波速一定时，频率愈低，波长就愈长。
次声波、声波和超声波都是在弹性介质中传播的机械波，在同一介质中的传播速度相同。
第四章 焊缝超声波探伤第三节 焊缝超声波探伤定位超声波探伤定位的方法是利用已知尺寸的试块(或工件)作为反射体来调节探伤仪的时间轴，然后根据反射波出现在时间轴上的位置，确定缺陷的位置。
一、斜探头定位与直探头定位的区别纵波探伤时定位比较简单，如探测100mm 厚的工件，可把底面回波调在10格，则每格代表工件中的声程(或垂直距离)为100/10=10(mm)。
(因耦合层极薄，可忽略不计)。
探伤时，若在6格出现缺陷波，则缺陷离工件表面的距离为6×10=60mm 。
横波探伤时的定位比较复杂(见图5–7所示)，与纵波探伤相比有三点区别：① 超声波射到底面时无底面回波(故时间轴需在试块上预先调节)；② 有机玻璃斜楔内一段声程OO '(称斜探头本体声程)在中薄板焊缝探伤定位时不能忽略，必须加以考虑。
③ 超声波的传播路线为O 'OAB(或O 'OB)折线，定位时，必须得用三角公式进行计算。
二、斜探头探伤定位基本原理焊缝探伤前，一般先进行斜探头入射点和折射角的测定，以及时间轴的调节。
故入射点O 和折射角β是已知的，示波屏上扫描线每格所代表的距离(可以是水平距离、垂直距离或声程)也是可知的。
这样，在直角三角形中，知道一只角、一条边、则其他两条边也可求出，故缺陷位置(缺陷离探头入射点的水平距离和深度)便可确定。
根据时间扫描线调节方法的不同，可分三种定位法： 1. 水平定位法即时间扫描线与水平距离成相应的比例关系。
2. 垂直定位法即时间扫描线与深度距离成相应的比例关系。
3. 声程定位法即时间扫描线与声程距离成相应的比例关系。
一般板厚≤24mm 时，用水平定位法、板厚≥32mm 时用垂直定位法。
时间轴的调节，其最大测定范围应在1S ～1.5S 之间(1S 为一个跨距的声程距离)。
三、焊缝超声波探伤定位的常用方法多年来，不少厂矿企业中的检测人员根据自己产品的特点，经过不断摸索、反复实践，已总结出了好多简便、有效的定位方法，下面仅介绍几种常用的定位方法。
§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。
焊缝内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。
培训教材之理论基础第一章无损检测概述无损检测包括射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）和涡流检测（ET）等五种检测方法。
主要应用于金属材料制造的机械、器件等的原材料、零部件和焊缝，也可用于玻璃等其它制品。
射线检测适用于碳素钢、低合金钢、铝及铝合金、钛及钛合金材料制机械、器件等的焊缝及钢管对接环缝。
射线对人体不利，应尽量避免射线的直接照射和散射线的影响。
超声检测系指用A型脉冲反射超声波探伤仪检测缺陷，适用于金属制品原材料、零部件和焊缝的超声检测以及超声测厚。
磁粉检测适用于铁磁性材料制品及其零部件表面、近表面缺陷的检测，包括干磁粉、湿磁粉、荧光和非荧光磁粉检测方法。
渗透检测适用于金属制品及其零部件表面开口缺陷的检测，包括荧光和着色渗透检测。
涡流检测适用于管材检测，如圆形无缝钢管及焊接钢管、铝及铝合金拉薄壁管等。
磁粉、渗透和涡流统称为表面检测。
第二章超声波探伤的物理基础第一节基本知识超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。
物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动。
振动的传播过程，称为波动。
波动分为机械波和电磁波两大类。
机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。
超声波就是一种机械波。
机械波主要参数有波长、频率和波速。
波长λ：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离称为波长，波源或介质中任意一质点完成一次全振动，波正好前进一个波长的距离，常用单位为米(m)；频率f：波动过程中，任一给定点在1秒钟内所通过的完整波的个数称为频率，常用单位为赫兹(Hz)；波速C：波动中，波在单位时间内所传播的距离称为波速，常用单位为米/秒（m/s）。
由上述定义可得：C=λ f ，即波长与波速成正比，与频率成反比；当频率一定时，波速愈大，波长就愈长；当波速一定时，频率愈低，波长就愈长。
次声波、声波和超声波都是在弹性介质中传播的机械波，在同一介质中的传播速度相同。
第四章 焊缝超声波探伤第二节 平板对接焊缝的超声波探伤方法由于焊缝有增强量、表面凹凸不平，以及焊缝中危险性缺陷(裂缝、未焊透)大多垂直于板面，所以，对接焊缝超声波探伤基本方法一般都利用斜探头在焊缝两侧与钢板直接接触后所产生的折射横波进行探测，见图4–4所示。
一、探测面的修整为保证整个焊缝截面都被超声波束扫查到，探头必须在探测面上左右、前后移动，为此，通常要对探测面进行修整。
探测面上的焊接飞溅、氧化皮、锈蚀等应清理掉。
清理的方法可用铲刀、钢丝刷、砂轮等使钢板露出金属光泽。
探测面的修整宽度按GB11345–89标准规定：a. 用一次(直射)波法扫查，则焊缝两测的修整宽度(探头移动区)应大于0.75P ：P=2TK (4–1)式中：T 为母材厚度；K 为斜探头折射角的正切(K=tg β)。
b. 用一次反射波法，在焊缝两面两侧扫查，故修整宽度大于1.25P ： 二、耦合剂的选用为使超声波能顺利传入工件，在探伤前必须在探测面上涂上耦合剂，常用的耦合剂有机油、化学浆糊、水、甘油等。
耦合剂的选用应考虑：① 工件表面光洁度和倾斜角度 ② 探测频率③ 耦合剂的声透性能④ 保存和使用的方便性⑤ 经济性和安全等各种耦合剂在工件表面光洁度较高时，其声透性能一般相差不大，当工件表面光洁度较差时，选用声阻抗较大的耦合剂，如甘油，可获得较好的声透性能。
三、探头的选择探头选择主要指探头角度和频率的选择 1. 探头角度的选择对于钢质材料，为保证纯横波探测，探头的入射角应在第一临界角(27.5°)和第二临界角(57°)之间，即27.5°＜α＜57°。
国内过去使用的探头均以入射角标称，如、30°、40°、45°、50°、55°等。
近年来，考虑到为使缺陷定位计算方便，故均改用K 值探头(K=tg β)如K=0.8、K=1、K=1.5、K=2、K=2.5、K=3等。
AWS
焊缝超声波探伤细则（AWS D1.1/D1.1M）
焊缝超声波探伤精华
一.适用范围
板厚8~200mm（5/16 in~8in）之间的坡口焊缝和热影响区的超声波检测。
二．探伤仪、探头及系统的性能
1.设备要求
超声波探伤仪应通过计量检定合格，为A型脉冲及反射式探伤仪，配1~6MHz的探头，增益至少60dB，每档1~2 dB可调。
2.水平线性偏差在2%以内，分辨力能分辨RC试块上三个孔的峰值。
3.直探头（纵波）
探头晶片不小于161mm2（1/2in2），同时不大于645mm2（1in2）的工作面积。
4.斜探头
4.1频率：2~2.5MHz之间（包括2和2.5MHz）
4.2尺寸：晶片尺寸宽度15~25mm，高度15~25mm，最大宽度比1.2：1，最小宽度比1：1。
4.3折射角：应为70°、60°、45°三种，允许误差±2°。
4.4探头内部杂波
①增加校准的增益值，高出基准高度20 dB；
②在12mm以上的声程和基准高度以上区域无任何杂波；
③在标准试块上进行。
三．试块
采用国际焊接学会（I I W）标准试块，用于校准水平距离和灵敏度，也可以用其它等效试块。
四．焊缝探伤前的准备
1.探头扫查区应无焊接飞溅、油污、油漆、松散氧化皮，扫查面应平滑。
2.扫查区域母材探伤。
2.1在A面检测（参见表-1中的附图）；
2.2水平距离校准；
水平距离至少应有两个板厚长度。
2.3灵敏度调整
在母材无缺陷处，底板第一次反射回波调至50%~75%的高度，用此灵敏度检测母材层状缺陷。
2.4缺陷的记录
有如下情况影响（干扰）需记录；
a. 底部反射全部消失；
b. 缺陷波高等于或大于底部反射波高。
有以上缺陷应记录其尺寸大小、位置和距A面的深度。
五．焊缝探伤
1.斜探头的选择：
1.1探头频率：2~
2.5MHz
1.2探头尺寸：宽15~25mm，高15~20mm
1.3折射角度选择（见表-1）
检测角度选择（表-1）
工艺卡
材料厚度in.[mm]
焊缝类型5/16[8]
~
≤
＞
1-1/2[38]
~
≤
＞
1-3/4[45]
~
＞
2-1/2[60]
~
＞
3-1/2[90]
~
＞
4-1/2[110]
~
＞5[130]
~
≤
＞
6-1/2[160]
~
＞
7[180]
~
1-1/2[38]1-3/4[45]≤
2-1/2[60]≤
3-1/2[90]
≤
4-1/2[110]
≤5[130]6-1/2[160]≤7[180]≤8[200]
*********对
接10
1F
1G
或
4
F
1G
或
5
F
6
或
7
F
8
或
10
F
9
或
11
F
12
或
13
F12F
T
型10
1
F
或
XF
4
F
或
XF
5
F
或
XF
7
F
或
XF
10
F
或
XF
11
F
或
XF
13
F
或
XF
--
角接10
1
F
或
XF
1G
或
4
F
或
XF
1G
或
5
F
或
XF
6
或
7
F
或
XF
8
或
10
F
或
XF
9
或
11
F
或
XF
13
或
14
F
或
XF
--
气电
焊和
电渣10
10
1G
或
4
1**
1G
或
3
P1
或
P3
6
或
7
P3
11
或
15
P3
11
或
15
P3
11
或
15
P3
11
或
15**
P3
焊
符号说明：
X —从“C”面检验。
G —焊缝打磨平齐。
O —无要求。
A面—材料上的扫查开始面（T型和角接接头见上图）。
B面—A面的对面（同一块板上）。
C面—在T型或角接接头所连接构件焊缝的外侧面。
*只有从表中第一栏中选取一项基本方式作搜索扫查,发现在焊缝金属和母材界面处有不连
续的基准高度指示时,才作此项检测。
** —用15in.[400mm]或20in.[500mm]屏幕距离校准。
P —此符号表示用串列法检测，即用同规格45°或70°探头使用扫查夹具，做一收一发检查。
F —必须选用70°、60°或45°换能器之一，对焊缝金属及热影响区进行检测，按声束近
似垂直于坡口面选择探头角度。
表—1中的符号说明见表—2。
工艺符号说明（表-2）
焊缝厚度区域
顶部1/4中部1/2底部1/4
NO
.
170°70°70°
260°60°60°
345°45°45°
460°70°70°
545°70°70°
670°G A70°60°
760°B70°60°
870°G A60°60°
970°G A60°45°
1060°B60°60°
1145°B70°**45°
1270°G A45°70°G B
1345°B45°45°
1470°G A45°45°
1570°G A70°A B70°G B
2.探伤面的选择
一般情况下选用A进行扫查，靠近A面的焊缝即上面1/4部位需在B面用直射法检测或从A面用一次反射法检测。
靠近底部1/4的焊缝，需在A面用直射法扫查。
3.扫查方式（见图—1）
4.扫查灵敏度应在基准灵敏度基础上再提高若干dB值，提高的dB值按表—3进行。
扫查灵敏度提高值表—3
六.评定值“d”的计算方法
扫查中遇到缺陷按如下公式计算评定值d。
a―b―c=d（dB）（适用于增益型仪器）
6.1.使用按规定选择的探头在I I W试块上对准φ1.5mm孔，找到最大反射回波，并调到
50%~70%某一高度，记录dB值为“b”（基准值）。
6.2.在扫查中发现缺陷，找到最大回波并调到6.1项中的相同高度读dB值作为“a”（缺陷
指示值）。
6.3. c为1英寸以外至缺陷处声程衰减dB值。
七．缺陷测长
缺陷测长采用最大缺陷反射回波两侧平行移动，反射回高降低50%时，探头移动的中心距离为缺陷的长度。
八．合格与判废标准
A级（大缺陷）：任何这级缺陷，不管长度大小，一律判废；
B级（中缺陷）：＞20mm的缺陷判废；
C级（小缺陷）：＞50mm的缺陷判废；
D级（细小缺陷）：不计长度均合格。
8.1 A、B、C、D级的判定。
在静载荷情况下，根据评级参数d，按表—4进行。
缺陷的级别评定—验收标准表—4
对接接头焊缝尺寸必须为所连接的两个部件中较薄者的公称厚度。
注：
1.B级和C级缺陷必须至少隔开2L（L为不连续性较大者的长度），但下述情况除外：当
两个或更多个缺陷不是隔开至少2L、而是这些缺陷的总和长度与它们相隔距离的总和等于或小于B级或C级规定的缺陷最大容许长度，则这种缺陷必须被视为单个的合格缺陷。
2.B级和C级缺陷距离承受拉应力的焊缝端部的长度严禁小于2L(L为缺陷长度)。
3.如果接头完全熔透（CJP）的双面坡口焊缝在图纸上被注明“受拉焊缝”时，则该双
面坡口焊缝钝边区域中检测出的缺陷，必须要用高出4dB灵敏度的额定指示值进行判断（从指示额定值“d”中减去4dB）。
如果这一接头焊缝系背部清根至完全好金属以清除钝边并且用MT证实钝边已被清除，则严禁应用本要求。
衰减因子C公式：（声程-25）*0.08
Tab. -6 Ultrasonic Testing Record 共
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探伤灵敏度与板厚范围的关系：。
