超声波探伤第8讲

§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。

(3)未熔合

熔合主要是指填充金属与母材之间没有熔合在一起或填充金属层之间没有熔合在一起。产生未熔合的主要原因是坡口不干净,运条速度太快,焊接电流过小,焊条角度不当等。未熔合分为坡口面表熔合和层间未熔合。

(4)夹渣

夹渣是指焊后残留在焊缝金属的熔渣或非金属夹杂物。产生夹渣的主要原因是焊接电流过小,速度过快,清理不干净,致使熔渣或非金属夹杂物来不及浮起而形成的。夹渣分为点状和条状。

(5)裂纹

裂纹是指在焊接过程中或焊后,在焊缝或母材的热影响区局部破裂的缝隙。按裂纹成因分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹等。热裂纹是由于焊接工艺不当在施焊时产生的。冷裂纹是由于焊接应力过高、焊条焊剂中含氢量过高或焊件刚性过大造成的，常在焊件冷却到一定温度后才产生,因此又称延迟裂纹。再热裂纹一般是焊件在焊后再次加热(消除应力热处理或其他加强过程)而产生的裂纹。

按裂纹的分布分为焊缝区裂纹和热影响区裂纹。

按裂纹的取向分为纵向裂纹和横向裂纹。

焊缝中的气孔、夹渣是立体型缺陷,危害性较小,而裂纹未熔合是平面型缺陷,危害性大。

在焊缝探伤中,由于加强高的影响及焊缝中裂纹、未焊透、未熔合等危险性大的缺陷往往与探测面垂直或成一定的角度,因此一般采用横波探伤。

二、中厚板对接焊缝探伤

1.探测条件的选择

(1)探测面的修整

表面状况,直接影响探伤结果。因此,应清除焊接工件表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等。一般使用砂轮机、铿刀、三喷砂机、钢丝刷、磨石等对探测面进行修整。光洁度一般不低于▽4。

焊缝两侧探测面的修整宽度Ｐ一般规定为：

厚度为8—46mm 的焊缝探测面修整宽度

1250()P KT mm ≥+

厚度大于46~120mm 的焊缝探测面修整宽度

250()P KT mm ≥+

式中：k 一探头的K 值（S K tg β=）

T 一工件厚度。

(2)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。

从耦合效果看,浆糊同机油差别不大,不过浆糊有一定的粘性,可用于任意姿势的探伤操作,并具有较好的水洗性,常用于倾斜面或垂直面探伤。

(3)频率选择

焊缝的晶粒比较细小,可选用较高的频率探伤,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。

(４)Ｋ值选择

探头Ｋ值的选择应从以下三个方面考虑：

① 能使声束能扫查到整个焊缝截面。

②

能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。

由图5.39可以看出,用一、二次波单面探测双面焊时：

012,a l b d d K K

+==

其中一次波只能扫查到1

d 以下的部分,二次波只能扫查到2

d 以上的部分,因底面b 为曲面。为保证能扫查整个焊缝截面,必须满足12a d T +≤,从而得到：

a b l K T ++≥ （5.18）

式中：ａ一上焊缝宽度的一半；

b 一下焊缝宽度的一半；

0l ―探头的前沿距离；

T ―工件厚度；

K 一探头的K 值, K tg β= 对于单面焊,b 可忽略不计,这时0a l K 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,以便避免近场区探伤,提高定位精度。厚工件采用小K 值,以便缩短声程减少衰减和打磨宽度,提高探伤灵敏度。实际探伤时,可按表5.1选择K 值。在条件允许的情况下,应尽量采用大K 值探头。

实际探伤中,常利用CSK-IA 和CSK-ⅢA 试块来测定探头的K 值。