焊缝超声波检测

四川东科管道制造有限公司 质检部 宋煜珑 2011-11-15 焊缝超声波检测 四川东科管道制造有限公司 | 焊缝超声检测 2 焊缝超声检测

一、 焊接加工及常见缺陷 锅炉压力容器及一些钢结构件主要是采用焊接加工成形的，因此作为焊缝检验人员了解一些焊接有关知识是有必要的。 利用电能或其他形式的能转化成热能，使接头的金属形成熔化或半熔化状态，通过熔化金属的冶金反应或施加外力等将两母材牢固结合在一起的过程，叫做焊接。 1. 熔化焊焊接方法常见有: 1) 手工电弧焊; 2) 埋弧自动焊; 3) 气体保护焊; 4) 电渣焊; 2. 坡口型式和接头形式: 1) 焊接接头形式：主要有对接、角接、搭接和T型接头等几种。 2) 常见的坡口型式：Ⅰ型、V型、单V型、U型、X型、双U型、K型等。

3) 坡口各部分名称见右图： 3. 焊缝中常见缺陷－气孔 1) 气孔:是在焊接过程中焊接熔池吸收了过量的气体或治金反应产生的气体， 焊缝超声波检测 四川东科管道制造有限公司 | 焊缝超声检测 3 在冷却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：焊

接前焊条或焊剂未烘干；焊件表面污物清理不净；焊接过程中熔池保护不良等。 2) 气孔形状：大多呈球形或椭圆形，也有针孔等其他形状的气孔。 3) 气孔种类：单个气孔、链状气孔(多发生在自动焊中)、密集气孔。 4. 焊缝中常见缺陷－未焊透 1) 未焊透：是指母材金属之间未熔化焊合。 2) 未焊透产生的主要原因：焊接电流过小、运条速度过快或焊接规范不当（如坡角度过小、根部间隙过小或钝边过大）等。 3) 未焊透存在的部位：双面焊中间，单面焊根部，即钝边与钝边之间的未熔化焊合。 5. 焊缝中常见缺陷－未熔合 1) 未熔合：是指填充金属与母材之间或填充金属与填充金属之间未熔化焊合。 2) 产生未熔合的主要原因：坡口清理不干净、运条速度过快、焊接电流过小、焊条角度不当等。 3) 未熔合存在的部位：坡口未熔合、根部未熔合和层间未熔合。 6. 焊缝中常见缺陷－夹渣 1) 夹渣：是指焊后残留在焊缝金属内部的熔渣或非金属夹杂物。 2) 产生夹渣的主要原因：焊接电流过小、焊速过快、焊接过程清渣不干净等。 3) 夹渣的存在形式：点状夹渣和条状夹渣。 7. 焊缝中常见缺陷－裂纹 1) 裂纹：是指在焊接过程中或焊后或焊后热处理中，在焊缝或焊接接头热影响区产生的局部破裂或缝隙。 2) 按裂纹成因分为：热裂纹、冷裂纹和再热裂纹等。热裂纹是由于焊缝中的低 焊缝超声波检测 四川东科管道制造有限公司 | 焊缝超声检测 4 熔点物质在焊接应力作用下产生的；冷裂纹是由于焊缝中存在淬硬组织、焊接应力过

高、焊条焊剂中含氢量过高造成的，常在焊缝冷却到一定温度后产生，因此又称为延迟裂纹：再热裂纹一般是焊件在焊后再次加热（消除应力或改善组织的加热过程）而产生的。 3) 按裂纹的取向分为：纵向裂纹、横向裂纹、星形裂纹。 8. 焊缝中常见缺陷的危害性 1) 裂纹、未熔合和未焊透均为平面型缺陷，应力集中程度高，易造成焊接接头破坏，因此危害性较大。而气孔和夹渣是体积型缺陷应力集中程度较低，危害性较小。 2) 焊缝中常见缺陷的危害程度的顺序为：裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔。

二、 对接焊缝超声波检测 1. 超声检测技术等级 分为A、B、C三个检测级别。原则上根据承压设备产品的重要程度决定。检出概率大小是不同的。A级适用于承压设备有关的支承件和结构件焊接接头检测；B级适用于一般承压设备对接焊接接头检测；C级适用于重要承压设备对接焊接接头检测。A、B、C三种级别主要不同点: 1) 适用的厚度范围，A级适用于母材厚度≥8mm～46mm，B级和C级适用于母材厚度≥8mm～400mm。 2) 使用的探头数量，A级用1种K值探头，B级用1种或2种K值探头,C级用2种K值探头。 3) 检测面，A级为单面单侧，B级C级为单面双侧或双面双侧。 4) 对横向缺陷的检测，A级一般不需检测横向缺陷，B级、C级应检测横向缺陷。 5) 对焊接接头余高的要求，A级、B级不要求将焊接接头的余高磨平，而C级 焊缝超声波检测 四川东科管道制造有限公司 | 焊缝超声检测 5 要求磨平。

6) 对扫查区母材的检测，C级要求用直探头对斜探头扫查经过的母材区域进行检测。A级和B级则不需要。 2. 检测前准备工作 1) 检测前应了解被检对象名称、材质、规格、焊接工艺、热处理情况坡口型式等，并对焊接接头中心位置进行标定。 2) 焊接接头外观质量及对接焊缝超声波检测外形尺寸需经检验合格。对有影响检验结果评定的表面形状突变应进行适当的修磨，并做到圆滑过渡。 3) 检验面焊接移动区应清除焊接飞溅、锈蚀、氧化物及污垢，必要时，表面进行打磨平滑，打磨宽度至少为探头移动范围。 A. 采用一次反射法或串列式扫查探测时，探头移动区应大于1.25P； B. 采用直射法探测时，探头移动区应大于0.75P； P＝2Ttgβ=2TK 式中：P－跨距；T－工件厚度;β－探头折射角;K=tgβ。 4) 需要除去余高的焊缝，应将焊缝打磨到与邻近母材平齐。 3. 检验区域 1) 焊接接头检验区域的宽度应是焊缝本身再加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区域，这个区域最小5mm，最大为10mm。 2) 确定检验区域的目的是检验的范围应包括整个焊缝和热影响区。

4. 探头扫查速度与检验覆盖率的确定 1) 探头扫查速度 焊缝超声波检测 四川东科管道制造有限公司 | 焊缝超声检测 6 扫查速度的快慢直接影响到检测信号的获取和检验效率。扫查速度过快会造成因

仪器的采样速度所限引起的缺陷漏检；扫查速度过慢则会造成检验效率降低。所以一般超声波检测标准中规定不超过150mm/s。有自动报警装置扫查时,不受此限。 2) 检验覆盖率 探头的每次扫查覆盖率应大于探头直径的15%。其目的是为了确保检测时超声声束能扫查到工件的整个被检区域。 5. 探测条件的选择 由于焊缝余高影响及焊缝中裂纹、未熔合、未焊透等危险性缺陷往往与探测面垂直或成一定角度，因此一般采用横波检测。 1) 耦合剂的选择 耦合剂是施与探头和工件之间的传声介质。他应具有良好的润湿性和透声性能，且无毒、无腐蚀、易清除。目前实际检测中用得最多的是机油与浆糊。CMC是工业浆糊一种，不适用奥氏体不锈钢。 2) 探头频率的选择 一般选择频率为2～5MHz。对于板厚较小的焊缝，可采用较高的频率(如钢,壁厚T≤15mm采用5MHZ)；对于板厚较大，衰减明显的焊缝，应选用较低的频率(如钢,壁厚T＞15mm采用2.5MHZ) 。 3) 探头晶片的选择 在考虑到检测灵敏度和声束指向性的同时，一般选择原则为大工件大探头，小工件小探头。 4) 探头K值（或折射角）的选择，应从以下4个方面考虑： A. 使声束能扫查到整个焊缝截面； B. 使声束中心线尽量与危险缺陷垂直； 焊缝超声波检测 四川东科管道制造有限公司 | 焊缝超声检测 7 C. 保证有足够的检测灵敏度；

D. 尽量避免产生变形波。 5) 用一、二次波单面探测双面焊时K值应满足： a+b+l0 K≥——— T

式中：a：上焊缝半宽度；b：下焊缝半宽度；l0：探头的前沿距离；

T：工件厚度。 K值表达式推导： a:上焊缝宽度一半 b:下焊缝宽度一半 lo:探头的前沿距离 T:工件厚度 可探部分:d1=T-b/K d2=T-(a+lo)/K d1+d2≥T 代入整理得 K≥(a+b+lo)/T 6) 对于单面焊，b可忽略不计，这时K≥(a+l0)/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，以保证一次波检测，提高判断缺陷准确度和定位定量精度。厚工件采用小K值，以减小声程长度，减小衰减，提高检测灵敏度，同时还可减少打磨宽度。实际检测时一般按下表推荐选择探头。 T 6～25 ＞25～46 ＞46 K 3.0～2.0 2.5～1.5 2.0～1.0 7) 探头K值的实测与校验 A. 实际检测中，常利用CSK－ⅠA和CSK－ⅢA等横通试块来测定探头的K值。 B. 检测时要注意，K值常因工件中的声速变化和探头的磨损而产生变化，所以检测前必须在试块上实测值，并在以后的检测中经常校验。 C. 单斜探头几个重要性能:声束轴线水平偏离角不应大于20，主声束垂直方向 焊缝超声波检测 四川东科管道制造有限公司 | 焊缝超声检测 8 不应有明显双峰；远场分辨力应不小于6dB。（在CSK-IA试块上测试）

8) 探测方向的选择:按照所要求的技术等级并根据材质和壁厚选择 A. 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8 ≤T ≤46mm的焊缝，以一种K值探头用一、二次波在焊缝单面单侧进行检测; b) 板厚T≤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； c) 板厚46＜T ≤120mm的焊缝，B级一般以一种K值探头采用一次波在焊接接头双面双侧进行探测,如受几何条件限制,也可在单面双侧或双面单侧用两种K值探头进行检测；C级一般用两种K值一、二次波在焊接接头双面双侧进行探测。 B. 横向缺陷: a) 在已磨平的焊缝及热影响区表面以一种（或两种）K值探头放在焊缝或热影响区上作两个方向的平行扫查； b) 用一种（或两种）K值探头在焊缝两侧边缘作两个方向斜平行探测，声束轴线与焊缝中心线夹角10°～20°； c) 对于电渣焊中的人字形横裂，可用K1探头在45 °方向以一次波在焊缝两面双侧进行探测。焊缝侧和面的说明见图: