焊缝的超声波探伤培训课件

焊缝超声波探伤（一）超声波探伤基本原理焊接结构件的超声检测技术是利用超声波在材料中的传播特性非破坏性地检测焊缝内部的各种缺陷的方法。

1、超声波及其波形超声波是在弹性介质中传播的机械波，频率超过人耳能听到的物体振动的声音的频率范围，即大于20000Hz。

超声波检验常用的频率范围是0.5～10MHz。

超声波检验常用的超声波波形（声振动质点振动的模型）有纵波（压缩波）、横波（剪切波）、表面波（瑞利波）和板波（兰姆波）。

（1） 纵波（L）当弹性介质受到交替变化的拉应力或压应力作用时,就会产生交替变化的伸长或压缩形变，质点产生疏密相间的纵向振动，并在介质中传播，质点的振动方向与波的传播方向相同，如图4-1所示，这种波称为纵波，又称压缩波。

固体、液体、气体能在拉深或压缩时均能发生变形，所以都能传播纵波。

（2） 横波（S）固体介质既具有体积弹性，又具有剪切弹性。

当固体介质受到交变剪切应力作用时，将发生相应的剪切形变，介质质点产生具有波峰和波谷的横向振动，这时质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，如图4-1所示，这种波称为横波，又称为剪切波。

由于液体和气体（统称流体）中只具有体积弹性，而不具有剪切弹性，所以，在流体中不能传播横波。

图4-1 纵波、横波（3） 表面波（R）当固体介质表面受到交替变化的表面张力作用时，质点在介质表面的平衡位置附近作椭圆轨迹的振动，这种振动又作用与相邻的质点而在介质表面传播，这种波称为表面波，又称为瑞利波，如图4-2所示。

表面波可以看作是一种特殊的“横波”，仅限于材料的表面传播，表面波的能量随传播深度的增加而迅速减弱，当传播深度超过两个波长的深度时，表面波的能量已经很小了，故表面波只能发现距工作表面2倍波长深度的缺陷。

图4-2 表面波（4） 板波板波是在薄板状固体（含细棒材等）中传播的超声波，声波的波动情况较为复杂，它包含有纵波和横波的分量。

在板波的传播中，按板中振动波节的形式分为对称型（S型）和非对称型（A型）两种。

§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。

超声波探伤是利用超声波在物质中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种探伤方法。

与射线探伤相比，超声波探伤具有灵敏度高、探测速度快、成本低、操作方便、探测厚度大、对人体和环境无害，特别对裂纹、未熔合等危险性缺陷探伤灵敏度高等优点。

但也存在缺陷评定不直观、定性定量与操作者的水平和经验有关、存档困难等缺点。

在探伤中，常与射线探伤配合使用，提高探伤结果的可靠性。

超声波检测主要用于探测试件的内部缺陷。

1、超声波：频率大于20KHZ的声波。

它是一种机械波。

探伤中常用的超声波频率为0.5~10MHz，其中2~2.5MHz被推荐为焊缝探伤的公称频率。

机械振动：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。

振幅A、周期T、频率f。

波动：振动的传播过程称为波动。

C=λ*f2、波的类型：（1）纵波L：振动方向与传播方向一致。

气、液、固体均可传播纵波。

（2）横波S：振动方向与传播方向垂直的波。

只能在固体介质中传播。

（3）表面波R：沿介质表面传播的波。

只能在固体表面传播。

（4）板波：在板厚与波长相当的薄板中传播的波。

只能在固体介质中传播。

3、超声波的传播速度（固体介质中）（1） E：弹性横量，ρ：密度，σ：泊松比，不同介质E、ρ不一样，波速也不一样。

（2）在同一介质中，纵波、横波和表面波的声速各不相同 CL ＞CS＞C R钢：CL =5900m/s， CS=3230m/s，CR=3007m/s4、波的迭加、干涉、衍射⑴ 波的迭加原理当几列波在同一介质中传播时，如果在空间某处相遇，则相遇处质点的振动是各列波引起振动的合成，在任意时刻该质点的位移是各列波引起位移的矢量和。

几列波相遇后仍保持自己原有的频率、波长、振动方向等特性并按原来的传播方向继续前进，好象在各自的途中没有遇到其它波一样，这就是波的迭加原理，又称波的独立性原理。

⑵ 波的干涉两列频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇时，介质中某些地方的振动互相加强，而另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象叫做波的干涉现象。