【超声二级取证】第9章焊接接头超声检测

• 探头K值计算
a b l0 K 双面焊焊缝： T
a l0 单面焊焊缝： K T
• K值（角度）的选取 根据焊缝母材的板厚选取 薄板：采用大K值，以避免近场区检测，提高定位、定 量精度。 厚板：采用小K值，以便缩短声程，减少衰减，提高检 测灵敏度；减少探头移动区，减少打磨宽度。
母材厚度8～46mm
※ 用两种K值探头，采用直射法和一次反射法在焊接 接头的单面双侧进行检测。
※ 两种探头的折射角相差应不小于10°，其中一个折 射角应为45°。
母材厚度46～400mm ※ 用两种K值探头采用直射法在焊接接头的双面双侧 进行检测。 ※ 两种探头的折射角相差应不小于10°。 ※ 对于单侧坡口角度小于5°的窄间隙焊缝，如有可能 增加对检测与坡口表面的有效检测方法。 进行横向缺陷的检测。 ※ 检测时，将探头放在焊缝及热影响区上作两个方向 的平行扫查。
• 不同的检测技术等级对质量的保证是不一样的，应根据承 压设备产品的重要程度进行选取。
• JB/T 4730.3-2005规定超声检测技术等级分为A、B、C三 个检测级别。
1. A级检测 • 适用于与承压设备有关的支承件和结构件焊接接头检测。 • 技术要求 适用于母材厚度8～46mm的焊接接头检测。 一般用一种K值探头，可采用直射法和一次反射法在 焊接接头的单面单侧进行检测。 一般不要求进行横向缺陷的检测。
3. 检测横向缺陷的扫查方式 • 采用平行、斜平行和交叉扫查 方式，同时将扫查灵敏度适当 提高6dB。
4. 双探头扫查方式 • 串列扫查：对厚壁焊缝检测时， 检测垂直检测面的缺陷。 • V形扫查：检测平行于检测面 的缺陷。
• 交叉扫查：检测横向缺陷。
9.2.8 扫查速度和扫查间距
1. 扫查速度 • 检测时，探头与检测面相对运动的速度。 • 与探头的有效直径以及仪器的重复频率有关。 • 数字式探伤仪，与仪器的采样频率和显示屏的刷新率有关。
2. 传输损失差的测定
ΔV = H1－H2－Δ1－Δ2
式中： Δ1 —— 不考虑材质衰减时，工件与试块因声程不同引起的扩散 衰减dB差。 Δ1= 20lgS1/S2 Δ2 —— 工件与试块中因衰减系数和声程不同引起的材质衰减 db差。 Δ2 =α2 S2-α1S1
9.2.7 扫查方式
• 扫查目的：寻找和发现缺陷。
1. 锯齿形扫查 • 最常用的扫查方式，是检测纵向缺陷的初始扫查方式。
• 锯齿形扫查时，斜探头应垂直于焊缝中心线放置在检测 面上。
• 探头前后移动的范围应保证扫查到全部焊接接头截面。
• 在保持探头垂直焊缝作前后移动的同时，作10°~15 ° 的左右转动。
• 每次前进的齿距不得 超过探头晶片直径的 85%。
检测方法：接触式脉冲反射法。
检测灵敏度：B2幅度为显示屏满刻度100%。 记录要求：缺陷信号幅度超过满刻度20%的部位。
9.2.3 标准试块
• 标准试块：用来校准仪器探头系统性能和检测灵敏度。 • 焊接接头用的标准试块：CSK—ⅠA、CSK—ⅡA 、 CSK—ⅢA、CSK—ⅣA。
9.2.4 超声检测仪扫描速度的调节
母材厚度120～400mm ※ 采用两种K值探头，采用直射法在焊接接头的双面双 侧进行检测。 ※ 两种探头的折射角相差应不小于10°。
对焊接接头及热影响区的横向缺陷进行斜平行扫查。
3. C 级检测 • 适用于重要承压设备对接焊接接头检测。 • 技术要求 将焊接接头的余高磨平，对焊接接头两侧斜探头扫查 经过的母材用直探头进行检测。
4. 固体夹杂 • 夹渣 残留在焊缝金属中 的熔渣。
按形态分为点状夹 渣、块状夹渣、条 状夹渣。 • 金属夹杂
残留在焊缝金属中 的外来金属颗粒。
最常见的是钨夹杂。
9.2 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测 9.2.1 焊接接头超声检测技术等级选择 • 由于不同焊接接头的重要性、失效后果严重性和危害性、 超声检测的有效性和成本存在的差异，需采用不同的检测 技术等级。 • 根据检测面的数量、检测探头的多少、是否检测横向缺陷、 焊缝余高是否磨平等要求划分技术等级。
9.2.6 传输修正
• 传输修正：声能传输损耗补偿
• 工件本身影响反射波幅的因素：材料的材质衰减、工件表 面粗糙度及耦合状况造成的表面声能损失。
1. 横波超声材质衰减的测量
α H =（H1－H2－Δ）/S
式中： S —— 声程差，S=2δ/cosβ;
Δ—— 不考虑材质衰减时，声程S1、S2大平面的反射波幅dB差。
9.1.2 接头形式 • 焊接接头 金属熔化焊焊接部位的总称。 包括焊缝、热影响区和临近母材。
• 接头形式
• 对接、角接、T形和搭接接头。
9.1.3 坡口形式
• 根据设计或工艺需要，焊前将母材焊口边缘加工并装配成 一定的几何形状。
9.1.4 常见焊接缺陷
• 不连续性缺陷（超声检测对象）
• Ⅲ区：判废线及其以上区域。
2. 不同壁厚的距离—波幅曲线灵敏度的选择 （JB/T 4730.3—2005） • 灵敏度的选择与被检件的壁厚有关 壁厚为6～120mm的焊接接头，表9-3 。
壁厚为120～400mm的焊接接头，表9-4 。
* 灵敏度的选择与所使用的试块（CSK—ⅡA或 CSK—ⅢA）相对应。
2. 耦合剂的选择
• 耦合的好坏决定着超声能量传入工件的声强透过率高低。 3. 探头频率和K值（角度）的选择 • 频率 一般为 2.5～5MHz 母材厚度较大或材质衰减较明显的焊缝，用较低的频率。
• K值选取应考虑的三方面因素
斜探头的声束应能扫查到整个检测区截面。 斜探头的声束中心线应尽量与该焊缝可能出现的危险性 缺陷垂直。 尽量使用一次波判别缺陷，减少误判并保证有足够的检 测灵敏度。
• 测定探头入射点和K值，根据板厚按水平或深度调节扫 描速度。
• 在CSK—ⅢA试块上，测定并记录不同深度Φ1×6横孔 最高回波达基准高（80%满刻度）时的衰减器dB值读数。
• 根据测取的数据以及标准规定的灵敏度要求，在坐标纸 上绘制Φ1×6孔和判废线、定量线、评定线的距离—波 幅曲线，并标出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区，注明测试条件。 • 用深度不同的两个孔校验曲线。
裂纹：纵向裂纹、横向裂纹、放射性裂纹、弧坑裂纹、 支状裂纹 等。
孔穴：气孔、结晶缩孔、弧坑缩孔等。
夹杂：夹渣、氧化物夹杂、金属夹杂等。 未焊透及未熔合。
• 形状和尺寸不良：咬边、缩沟、下塌、焊瘤、错边、烧穿、 未焊满等
• 其他缺陷：电弧擦伤、飞溅等。
• 根据影响断裂机理分类：
平面缺陷：裂纹、未熔合。危害性较大。 非平面缺陷：气孔、夹渣。危害性较小。
• 大尺寸晶片：用于板厚较大、板面平整且具有良好的耦合。
• 小尺寸晶片：用于板厚较薄、变形较大。
5. 母材的检测
• 焊缝的边缘母材内的分层或夹 层缺陷影响声束传播路径。
• C 级检测的规定
在斜探头扫查声束通过的母 材区域，先用直探头检测是 否有影响斜探头检测结果的 分层或其他种类缺陷存在。
仅作记录，不属于对母材的验收检测。 • 母材检测要点
• 声程法：示波屏水平刻度直接显示反射体实际声程。 • 水平法：示波屏水平刻度直接显示反射体的水平投影距离。
• 深度法：示波屏水平刻度直接显示反射体的垂直深度。
• 板厚小于20mm时，常用水平法；板厚大于20mm时，常用 深度法。
水平调节法 深度调节法
声程 调节 法
9.2.5 距离—波幅曲线和灵敏度调节
3. 孔穴
• 气孔
在焊接过程中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 焊缝金属内形成的空穴。 球形、条形、虫形、表面、均布、链状、局部密集气 孔等。 • 缩孔： 结晶缩孔：冷却过程 中在焊缝中心形成的 长形收缩孔穴 弧坑缩孔：焊道收弧 处的凹陷。
2）距离 — dB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：检测灵敏度不低于评定线。 • 比较缺陷大小。 • 确定缺陷所在的区域。
(2) 面板曲线
1）面板曲线的绘制 • 测定探头入射点和K值，根据板厚按水平或深度调节扫描 速度。 • 探头对准 CSK—ⅢA试块上深为10mm的 Φ1×6横孔找到 最高回波，调节增益至满刻度的100%。 • 固定增益和衰减器，在试块上 检测其他深度Φ1×6横孔的最 大回波，在面板上标记并连接 相应波峰对应的点。 • 面板曲线的应用 检测灵敏度的调节 确定缺陷所在区域
2. 未熔合及未焊透 • 未熔合：焊缝金属与母材之间或焊道金属和焊道金属之间 未完全熔化结合的现象。
分为侧壁未熔合、层间未 熔合、根部未熔合。
未熔合是一种面积型缺陷， 危害性仅次于裂纹。 • 未焊透：实际熔深小于公称熔 深而形成的差异部分。 双面焊未焊透和单面焊未 焊透。 是否视为缺陷应根据产品 技术规范或设计要求评价。
1. 距离—波幅曲线： • 描述某一确定反射体回波高度随距离变化的关系曲线。 • 焊缝超声检测的距离—波幅曲线 所用的探头和仪器在试块上的实测数据绘制。
由评定线（EL）、定量线（SL）和判废线（RL）组成。
• Ⅰ区：评定线与定量线之间 （包括评定线）。 • Ⅱ区：定量线与判废线之间 （包括定量线）。
JB/T 4730.3-2005推荐使用的斜探头K值（角度） 板厚T（mm） K值（°）
8～25 ＞ 25～46 ＞ 46～120
＞ 120～400 4. 探头晶片尺寸的选择
3.0～2.0（72 ° ～60 °） 2.5～1.5（68 ° ～56 °） 2.0～1.0（60 ° ～45 °）
2.0～1.0（60 ° ～45 °）
• 检测横向接头时，应将各线灵敏度均6dB。
• 工件的表面耦合损失和材质衰减与试块不同，应进行传输 修正。
3. 距离—波幅曲线的绘制方法及其应用
• 曲线形式 距离—dB曲线：纵坐标为波幅dB值，横坐标为距离， 绘制在坐标纸上。 面板曲线：以%表示的波幅作为纵坐标，距离为横坐 标，绘制在示波屏面板上。 (1) 距离—dB曲线的绘制及应用 1）距离—dB曲线的绘制
1. 裂纹 • 裂纹产生时机 焊接过程中产生的焊接裂纹。 焊后热处理时产生的裂纹。
服役期间在环境作用下产生的裂纹。
• 裂纹取向分类 纵向裂纹、横向裂纹。 • 裂纹产生原因 热裂纹：焊接过程中在高温阶段产生。 冷裂纹：焊件在室温阶段产生。 再热裂纹：焊后对焊接接头再次加热时产生。
2. 前后、左右、转角、环绕扫查
• 目的：发现缺陷后，为观察缺陷动态波形和区分缺陷信号 或伪缺陷信号，确定缺陷的位置、方向和形状。
• 前后扫查：找到缺陷的最大回波处，确定缺陷的水平距离 或深度。 • 左右扫查：确定缺陷沿焊缝方向的长度 • 转角扫查：推断缺陷的方向。 • 环绕扫查：推断缺陷的形状。
9.2.2 检测方法和检测条件选择
1. 检测面的准备 • 检测面：包括检测区和探头移动区。 • 检测区宽度 焊缝本身宽度，加上焊缝两侧的热影响区宽度。
直射法：0.75P
一次法：1.25P P=2TK 或 P=2Ttanβ
• 检测面表面应符合检测要求
清除探头移动区表面 焊缝余高处理
第9章 焊接接头超声检测
9.1 焊接加工及常见缺陷
9.1.1 焊接过程 • 焊接 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。 • 焊接方法 熔焊、压焊、钎焊和Leabharlann 种焊接等。 • 超声检测的主要对象
熔焊焊接接头
熔焊：冶炼和铸造过程，利用电能或其他形式的能量产 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，将两工件牢固地结合在一起。
2. B级检测 • 适用于一般承压设备对接焊接接头检测。 • 技术要求 母材厚度8～46mm ※ 采用一种K值探头，直射法和一次反射法在焊接接 头的单面双侧进行检测。 母材厚度46～120mm ※ 采用一种K值探头，直射法在焊接接头的双面双侧 进行检测 ※ 受几何条件限制，也可在焊接接头的双面单侧或单 面双侧采用两种K值探头进行检测。