超声波检测焊缝

中厚板对接焊缝超声波检测实际操作要点
一. 检测前的准备
1.选择探头
1）K值的选择
（1）探头K值的选择应从以下三个方面考虑：使声束能扫查到整个焊缝截面；
（2）使声束中心线尽量与主要危险性缺陷垂直；
（3）保证有足够的探伤灵敏度
设工件厚度为T，焊缝上下宽度的一半分别为a和b，探头K值为K，探头前沿长度为L0，则有：
K （a+b+L0）/T
一般斜探头K值可根据工件厚度来选择，较薄厚度采用较大K值，如8~14厚度可选K3.0~K2.0探头,以便避免近场区探伤，提高定位定量精度；较厚工件采用较小K值，以便缩短声程，减小衰减，提高探伤灵敏度。

如15~46厚度可选K2.0~K1.5探头，同时还可减少打磨宽度。

在条件允许的情况下，应尽量采用大K值探头。

探头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。

2）频率选择
焊缝的晶粒比较细小，可选用比较高的频率探伤，一般为2.5~5.0MHz。

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。

2. 探头移动区宽度
焊缝两侧探测面探头移动区的宽度P一般根据母材厚度而定。

图1 探头移动区和检测区
厚度为8 ~46mm的焊缝采用单面两侧二次波探伤，探头移动区宽度为：P ≥ 2KT+50 (mm)
厚度为大于46mm的焊缝采用双面两侧一次波探伤，探头移动区宽度为：P ≥ KT+50 (mm)
式中K----探头的K值；T-----工件厚度。

工件表面的粗糙度直接影响探伤结果，一般要求表面粗糙度不大于6.3μm，否则应予以修整
3. 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，实际探伤中用的最多的是浆糊和机油。

二.探头测定与仪器（A型）的调节
1.探头测试
1）斜探头入射点的测试
斜探头的入射点是指其主声束轴线与探测面的交点。

入射点至探头前沿的距离称为探头的前沿长度。

测定探头的入射点和前沿长度是为了便于对缺陷定位和测定探头的K值。

将斜探头放在CSK-IA试块上，使R100的圆弧面反射回波达到达到最高时斜楔底面与试块圆心的重合点就是该探头的入射点。

这时探头的前沿长度L0为：
L0= R- M
R为试块圆弧的半径；M为探头前端部至试块圆弧面边缘的距离。

图2 用CSK-IA试块斜探头入射点的测试
2）测定斜探头K值
斜探头K值是指被探工件中横波折射角的正切值: K=tgβs
K值的测定一般常用CSK-IA试块上的Ф50孔来进行，具体方法是将探头对准试块上的Ф50孔，找到最大反射回波，并测出探头前沿至试块端面的距离L，则：
K=tgβs = （L+l0-35）/30
图3 用CSK-IA试块测定斜探头K值
斜探头K值的测定，也可以用CSK-IIIA试块在调节仪器扫描线比例时同时进行。

具体方法是在测定某一深度的ф1*6短横孔时，找到孔的最大反射回波后用入射点至该孔的水平距离除以该孔的深度值，商即为K值。

可用不同深度的孔测得数值反复计算几次求得平均值，这样较为精确。

2.扫描线比例的调节
1）按水平调节
水平调节是使示波屏的水平刻度值直接显示反射体的水平投影距离。

该方法多用于较薄厚度（8~24）焊缝的检测。

常用CSK-IA或CSK-IIIA试块进行调节。

CSK-IA试块调节方法如下：
根据所用探头的实测K值，先计算出R50 ，R100对应的水平距离l1和l2：l11+K l2 = 2l1
然后将探头同时对准CSK-IA试块上的R50和R100，调节仪器使两弧面反射波B1和B2同时分别对准水平距离刻度l1和l2如图4。

则水平距离扫描速度为1：1。

图4 调节仪器使两弧面反射波B1和B2同时分别对准水平距离刻度
CSK-IIIA试块调节方法如下：
a.先将始脉冲对准零点再左移10mm，使入射点大致对零点；
b.将探头对准试块上20深的横孔，找到最高反射回波A，量出水平距离l1，
调整微调旋钮使A波前沿对准水平刻度l1，并记住读数；
c.将探头对准试块上40深的横孔，找到最高反射回波B，量出水平距离l2，若此时示波屏上的B波读数与水平距离l2不符应计算出二者的水平读数差值Δ
Δ=l2– X
若Δ为正值，应将B波向大读数移动，顺时针转动微调旋钮将B波调至X+2Δ。

若Δ为负值，应将B波向小读数移动至X-2Δ。

d.用脉冲位移旋钮将B波调至l2。

再用探头找到A波看水平位置是否与l1相符，若相符则水平1：1调整完毕。

若不相符，则重复用A、B波反复调至与读数相符。

2）按深度调节
深度调节是使示波屏的水平刻度值直接显示反射体的垂直深度。

该方法多用于较大厚度（>24~46）焊缝的检测。

深度调节可在CSK-IA或CSK-IIIA试块上进行。

CSK-IA试块调节方法如下：根据所用探头的实测K值，先计算出R50 ，R100对应的深度数值d1和d2：
d11+K d2 = 2d1
然后将探头同时对准CSK-IA试块上的R50和R100，调节仪器使两弧面反射波B1和B2分别对准示波屏刻度值d1和d2。

例如：当K=2.0时，d1=22.4，d2=44.8，反复调节仪器的微调和脉冲位移旋钮使B1和B2分别对准示波屏刻度值22.4和44.8，则深度1：1调整完毕。

CSK-IIIA试块调节方法如下：
a.将探头对准试块上20深的横孔，找到最高反射回波A，调整微调旋钮使A 波前沿对准水平刻度20处.
b.再将探头对准试块上40深的横孔，找到最高反射回波B，，若此时示波屏上的B波读数不在40处，应计算出二者的深度读数差值Δ
Δ= 40–X
若Δ为正值，应将B波向大读数移动，顺时针转动微调旋钮将B波调至X+2Δ。

若Δ为负值，应将B波向小读数移动至X-2Δ。

c.用脉冲位移旋钮将B波调至40处。

再用探头找到A波看水平位置是否在刻度20上，若相符则深度1：1调整完毕。

若不相符，则重复用A、B波反复调至与读数相符。

三.距离-波幅(dB)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。

距离-波幅曲线(简称DAC曲线)由判废线、定量线和测长线（又称评定线）组成。

图5 距离-波幅(dB)曲线
如图5所示，测长线与定量线之间（包括测长线）称为I区，定量线与判废线之间（包括定量线）称为II区，判废线及以上区域称为III区。

不同板厚范围
表 1 JB4730不同板厚范围的距离—波幅曲线的灵敏度
1.曲线的制作（设板厚T=30）
1）先测定好探头的入射点和K值，根据板厚将扫描线比例调整为深度1：1。

2）将探头置于CSK—IIIA试块上，依次分别对准10~70mm深的ф1*6短横孔，调节衰减器，使不同深度的孔的最高反射回波达到基准高度（一般定为满屏的60%），记下不同孔深的相应dB值，依次填入表2，并将该板厚对应的判废线、
定量线和测长线灵敏度dB值再加上表面补偿-4dB一同分别依次填入表2。

3）利用表2中所列数据，以孔深为横坐标，以dB值为纵坐标，在坐标纸上依次描点连接分别绘出判废线、定量线和测长线，标出I区、II区和III区，并注明所用探头的频率、晶片尺寸和实测K值等。

表 2 不同孔深对应的判废线、定量线和测长线灵敏度dB值（表面补偿4dB）
2.距离-波幅(dB)曲线的应用
1）调整检测灵敏度：JB4730标准要求检测扫查灵敏度不低于最大声程处的测长线灵敏度。

这里T=30，二次波扫查最大深度为60，由表2 可知深度60处的测长线灵敏度为16 dB，因此将衰减器读数调至16dB，则扫查灵敏度调整完毕（同样用一次波扫查时可将衰减器读数调至26 dB即可）。

2）比较缺陷大小：例如探伤中发现两缺陷，缺陷1 、d1=10mm,波高为44dB，缺陷2 、d2=20mm,波高为42dB，试比较二者大小。

由上表可以看出，缺陷1波高44dB，比相同深度的定量线（SL）高3dB。

缺陷2波高42dB，比相同深度的定量线（SL）高6dB，所以缺陷2比缺陷1波高还要高出3dB。

因此缺陷2比缺陷1大。

3）确定缺陷所在区域：以上两缺陷均位于定量线（SL）以上，但没有超出判废线（RL），因此两缺陷均位于II区，应测定缺陷长度，再根据长度平定级别。

4）测定缺陷指示长度：以上述缺陷1为例，由上表或查曲线图可知，该深度位置的测长线（EL）灵敏度为35dB，则将仪器的衰减器调为35dB，将探头对准缺陷沿焊缝方向平行移动至波高降到基准高度即满屏的60%为止，该位置即缺陷指示长度的一端起点。

然后将探头向相反方向平行移动，同样至波高降到基准高度即满屏的60%为止，该位置即缺陷指示长度另一端的起点。

两点间的距离就是缺陷1的指示长度。

四.扫查方式
在中厚板焊缝检测中常用如下几种扫查方式：
1.锯齿型扫查
如图 6 探头以锯齿的路线进行运动，每次前进的齿距不得超过探头晶片直径，间距过大会造成漏检。

为发现与焊缝成一定角度的倾斜缺陷，探头在做前后锯齿运动时，可同时作 10º~15º转动。

图6.锯齿型扫查
2.斜平行和平行扫查
为了发现并检出焊缝或热影响区的横向缺陷，可将探头沿焊缝两侧边缘与焊缝成一定角度（10º~30º）做斜平行扫查，见图7 。

对于磨平的焊缝可直接在焊缝及热影响区作平行移动，见图8。

图7 斜平行扫查图8 平行扫查
3.其他方式扫查
1）左右扫查与前后扫查：如图9 当用锯齿扫查发现缺陷后，可用左右扫查与前后扫查找到缺陷的最大回波，用左右扫查来确定缺陷沿焊缝方向的指示长度；用前后扫查来确定缺陷的水平距离或深度。

2）转角扫查：发现缺陷后用转角扫查可以大致推断缺陷的方向，如图9。

3）环绕扫查：发现缺陷后用环绕扫查可以大致推断缺陷的形状，如图9。

用此种方法扫查时，如果单一回波的高度变化不大，则可判断为点状缺陷，如果回波的高度变化较大，则可判断为面积缺陷。

图9 发现缺陷后的四种基本扫查方法
五. 缺陷的测定与评定
检测中发现缺陷波后，应根据示波屏上缺陷波位置以及探头与焊缝的距离，来确定缺陷在焊缝中的实际位置。

还应根据不同距离的波高确定缺陷的大小以及指示长度。

1.缺陷位置的测定
1）水平定位法：扫描线比例按水平1：1调节，发现缺陷示波屏上缺陷波前沿所对应的刻度值t f就是缺陷的水平距离l f。

.
用一次波探伤发现缺陷时：
l f =n t f
d f = l f/K
用二次波探伤发现缺陷时：
l f =n t f
d f = 2T-l f/K
例如：用K2探头探伤T=15mm的对接焊缝，按水平1：1调节扫描速度，探伤中示波屏上水平刻度50处发现一缺陷波，求此缺陷的位置。

解：由题可知一、二次波的水平距离为：
L1=KT=2*15=30
L2=2KT=2*2*15=60
30 <l f = 50 < 60
可见此缺陷是二次波发现的，它的水平距离和深度分别为：
L1 =n t f=1*50 = 50(mm)
d f = 2T-l f/K=2*15 -50/2= 50(mm)
2）深度定位法：当仪器扫描线比例按深度1：1调节时，示波屏上缺陷波前沿所对应的刻度值为t f。

用一次波探伤发现缺陷时：
d f =n t f
l f = K d f
用二次波探伤发现缺陷时：
d f = 2T- n t f
l f = K n t f
例如：用K2探头探伤T=40mm的对接焊缝，按深度1：1调节扫描速度，探伤中在示波屏上水平刻度30和60处各发现一缺陷波，求这两个缺陷的位置。

解：由题可知：t f1 = 30 < T = 40，说明F1是一次波发现的。

其深度和水平距离分别为：
d f1 =n t f1 = 30 (mm)
l f1 = K d f1 = 2*30 = 60 (mm)
又由题可知：40<t f2 = 60 < 80，说明F2是二次波发现的。

其深度和水平距离分别为：
d f2 = 2T- n t f2 =2*30= 60 (mm)
l f2 = K n t f2 =2*60 = 120 (mm)
2.缺陷大小的测定
1）缺陷波幅度与指示长度的测定：见P.4（2.距离-波幅(dB)曲线的应用）部分内容。

2）缺陷指示长度计量的规定：当焊缝中存在两个或两个以上的相邻缺陷时要计量缺陷总长。

JB4730-2005规定：当相邻两缺陷间距小于较小缺陷长度时，以两缺陷指示长度之合作为一个缺陷的指示长度（不包含间距长度）。

缺陷指示长度小于10mm 者，按5mm计。

3.焊缝质量评定
缺陷的大小测定以后，要根据缺陷的当量和指示长度按标准规定评定焊缝的质量级别。

JB4730-2005标准将焊缝质量级别分为I、II、III级。

具体的焊缝质量分级按表3执行：
表3 焊接接头质量分级
参考文献：
1.JB/T4730.3-2005承压设备无损检测第三部分：超声检测国家发展和改革委员会2005年
2.超声波探伤（试用本II、III极教材）中国锅炉压力容器安全杂志社1995年。