T型接头焊缝的超声波检测

1、毕业论文毕业设计论文设计（论文）题目： T型焊缝的超声波检测 下 达 日 期： 2011 年 12 月 5 日开 始 日 期： 2011 年 12 月 5 日完 成 日 期： 2011 年 1 月 5 日指 导 教 师： 李红莉 学 生 专 业： 检测技术及应用 班 级： 检测0901 学 生 姓 名： 安克珍 教 研室主任： 张博 材 料 工 程 系 陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书毕业设计题目： T型焊缝的超声波检测 进 程 计 划 表（安克珍）序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查签名12011.12.512.7查资料、分组完成22011.12.812.9课外查资料为撰写论文

2、做准备完成32011.12.1212.15模拟机仪器性能的测试完成42011.12.162011.12.18距离-波幅曲线的绘制完成52011.12.192011.12.20探伤工艺的选择和确定完成62011.12.212011.12.23对工件进行超声波检测完成72011.12.242011.12.28整理各类资料,将论文撰写完毕,进行初稿修正完成82011.12.292012.1.5修改论文准备答辩完成T型焊缝的超声波检测摘 要：介绍了T型角焊缝超声波探伤的两种方法:单直探头法和单斜探头法。对直探头探测频率和斜探头K值选择及模拟机的基本性能测试进行了简单论述; 着重分析了探伤中出现的波形及

3、依据波形特征确定缺陷位置, 并对缺陷性质作出判断的分析方法,为实际检测提供依据，并通过检验实例来证明检测效果。关键词： 超声波检测，T型角焊缝，探头，波形，缺陷 T TYPE ULTRASONIC TESTING OF WELDSABSTRACT：Introduced T ultrasonic flaw detection of two kinds of methods: single straight probe method and monoclinic probe method. On straight beam probe detection frequency and K value

4、 of angle probe selection and simulation machine basic performance test is simply discussed; analyzes the flaw in the waveform and based on the waveform characteristics determine the defect position, and on the nature of defect judgement analysis method, provide the basis for the actual testing, and

5、 through the test example to demonstrate the detection effect.KEY WORDS: Ultrasonic testing, T type fillet weld, probe, wave, 前言：T 型角焊缝是一种常见的焊接结构,在金属结构件中应用非常广泛。这种结构一般要求有较大的载能力, 所以必须保证其焊接质量,对焊缝要进行探伤检查。鉴于其结构特点,不便于射线检测和磁粉检测, 而渗透检测又只能发现其表面缺陷, 所以在实际检测中, 一般采用超声波探伤法, 充分利用超声波的特点和优点, 可以既经济又迅速地检测出焊缝中存在的缺陷1。1.

6、T型接头焊缝中缺陷的分布规律图2-1 T型焊缝缺陷及分布T型接头焊缝由翼板和腹板焊接而成，破口开在腹板上。T型接头焊缝中的缺陷主要有裂纹，未融合，未焊透，夹杂和气孔。焊缝中裂纹位于裂纹中心，约与腹板呈45度；翼板侧裂纹位于翼板的熔合线附近，呈层状撕裂；焊接裂纹位于焊缝近表面的腹板及翼板侧的熔合线附近；翼板侧未融合缺陷位于翼板的熔合线附近；腹板侧未熔合缺陷位于腹板的坡口的钝边附近；夹杂，气孔在焊缝任何部位都有可能产生2。2.检测方法的选择 对于焊缝中的裂纹、焊趾裂纹以及靠近焊缝表面的腹板、翼板侧的未融合，只要探头的K值选择恰当并采用直射波，一二次发射波检测既可以得到比较满意的检测效果。（1） 对

7、于腹板与翼板间未焊透或翼板侧焊缝下层状撕裂等缺陷，采用直探头在翼板的外侧较为有利，声束可垂直入射缺陷表面。（2） 对于夹杂气孔，由于其方向不十分敏感，无论检测面在腹板还是翼板，只要声束能扫查到整个焊缝的截面，采用常规方法既可保证缺陷的检测率。（3） 对于焊缝中的横向缺陷，采用单斜探头在翼板上沿焊缝的长度方向扫查，即可有效的检出。同时也可结合斜探头在翼板外侧或内侧进行探测，探头置于翼板外侧时利用一次波探测，探头与内测时利用二次波探测。比较而言，外侧一次波探测灵敏度较高，定位方便。不但可以检测出横向缺陷，而且可以检测出纵向缺陷。不足之处在于外侧看不到焊缝探测前要先测定并标出焊缝的位置。 腹板厚度较

8、大探测的接近长度（前沿）较小时，在翼板的外侧用直探头扫查；在腹板上用直射波和一次反射波扫查（见图3-1） 腹板厚度较小时，在腹板外侧用直探头扫查(见图3-2)3 图3-2 腹板厚度较小时的扫查方式图3-1 腹板厚度较大时的扫查方式 2.检测条件的确定（1） 直探头频率直探头探测要尽量避开近场 ( N ) ,所以选用探头的直径和频率应注意下列关系 ；N=D²/4 式中=c/f 所以N=D²f/4c 为保证探伤灵敏度 ,应使近场长度小于翼板厚度 ,即满足 D²f/4c<b 式中 N -近场长度 ,mm ;c -钢中纵波声速 ,m/ s ; -波长 ,m ;f -

9、探测频率 , Hz ;D -探头晶片直径 ,mm ;b -翼板厚度 ,mm。 综上所述，我们选2.5MHz晶片尺寸 原则上应使探头的近场区长度小于翼板厚度，因为翼板厚度有限探头的晶片尺寸不宜过大。(2)斜探头 K值 T型焊接接头的腹板厚度均为22mm,焊缝坡口角度约为45度。为有效的检测其焊缝中的缺陷我们选择K=2的斜探头。若K值偏大，焊缝的漏检区大，K值偏小，虽然漏检区降低，但不利于腹板侧的未熔合、热影响区及翼板侧的热影响区裂纹的检出，对于焊趾裂纹也造成漏检或误判。 斜探头频率焊缝表面的干扰信号给探伤带来较大的困难，改善超声声场的指向性是解决问题的关键。解决的办法增加晶片尺寸和提高探头频率。

10、但晶片尺寸的增加会带来探头接近长度（前沿）和进场长度的增加，显然度检测不利，而提高探头的频率将使探头在其他参数不变的前提下就可使半扩散角减小，声场指向性变好。通过不同频率探头检测波形清晰，缺陷易辨。 斜探头的晶片尺寸 以一次反射声束扫查到焊缝的钝边根部为原则，我们采用14×14mm. 探头的前沿长度前沿长度大小直接影响缺陷的检出，前沿长度值大，焊缝漏检区大；前沿值小，声波在探头楔块内将产生固定波，显示在荧光屏上，经过我组测量其前沿长度为12-13mm,符合要求。 （3）耦合剂 耦合剂我组选择良好的透声性和流动性较好的机油。 （4）探伤面 检测前必须对探伤面进行清理，除去扫查区内的焊接

11、飞溅、铁屑、油污等，对比试块灵敏度损耗一般为34dB. （5）检验标准 我组采用JB/47302005 （6）我组选用CSK-A CSK-A和对比试块5、仪器性能的测试（1） 水平线性的测试  调有关旋钮使时基线清晰明亮，并与水平刻度线重合。  将探头通过耦合剂置于CSKIA试块上，如图5-1A处。   调微调、水平或脉冲移位等旋钮，使荧光屏上出现五次底波B1B5，且使B1、B5前沿分别对准水平刻度值2.0和10.0，如图5-2。图5-1 水平、垂直线性的测试 图5-2 水平线型测试波形观察记录B2、B3、B4与水平刻度值4.0、6.0、8.0的偏差值。计算水平线

12、性误差：= =1.25% <2% 式中 中最大者；b荧光屏水平满刻度值。所以仪器合格。（2）垂直线性的测试   抑制至“0”，衰减器保留30dB衰减余量。   探头通过耦合剂置于CSKIA或IIW试块上，如图5-1B处，并用压块恒定压力。   调(增益使底波达荧光屏满幅度100%，但不饱和，作为0dB。   固定增益，调衰减器，每次衰减2dB，并记下相应回波高度Hi填入表5-3中，直至消失。表5-3衰减量idB02468101214161820理论波高%10074.96

13、3.150.139.831.625.120.015.812.510.0测定波高%10072634942342422181512偏差%0-2.9-0.1-1.12.22.4-1.12.02.22.52.0 (1.3) 计算垂直线性误差：d=d-d=-2.92.4=5.3%<8%所以仪器垂直线性合格（3） 动态范围的测试   抑制至“O”，衰减器保留30dB。   探头置于图5-1A处，调增益使底波B。达满幅度100%。   固定增益，记录这时衰减余量N1，调衰减器使底波B1降至1mm，记录这时的衰减余

14、量N2。   计算动态范围：=N2一N1=38 dB -4dB=34 dBdB=34dB26dB所以仪器的系统合格.（4） 盲区的测试    盲区的精确测定是在盲区试块上进行的，由于盲区试块加工困难因此通常利用CSKIA或IIW试块来估计盲区的范围。   抑制至“O”，其他旋钮位置适当。将直探头置于图5-4所示的I、 图5-4 盲区和分辨力的测试   调增益、水平等旋钮，观察始波后有无独立的回波。 盲区范围估计：探头置位I处有独立回波，盲区小于5mm。探头置于I处无独立回波，于I处有独

15、立回波，盲区在510mm之间。 探头置于I处无独立回波，盲区大于10mm。 一般规定盲区不大于7mm.我组测试仪器盲区小于5mm（5）分辨力的测定(直探头)图5-5 测分辨力波形  抑制至“0”，其他旋钮位置适当。探头置于图5-4所示的CSKIA或IIW块块上m处，前后左右移动探头，使荧光屏上出现声程为85、9l、100的三个反射波A、B、C。当A、B、C不能分开时，如图5-5(a)，则分辨力F1为：              

16、0;           当A、B、C能分开时，如图5-5(b)则分辨力F2为：          我组测试仪器的分辨力为6mm图5-6灵敏度余量试块(6)灵敏度余量的测试抑制至“O”，增益最大，发射强度至强。连接探头，调节衰减器使仪器噪声电平为满幅度的10，记录这时衰减器的读数N1探头置于图5-6所示的灵敏度余量试块上(2001平底孔试块)，调衰减器使l平底孔回波达满幅度的80。这时衰减器读数读

17、数为N2。计算：灵敏度余量N=N2 N1=98dB-30dB=68dB>30dB所以灵敏度余量符合要求。6、DAC曲线的绘制测声速：选择K2横波斜探头，试块一次输入50mm,二次声称输入100mm，确定后将探头在CSK-1A试块上移动，使R50的最高回波出现，自动增益80%按确定，同理找到R100的最高回波，自动增益80%，则声速校正好。在侧试块前端到探头前端的距离为12mm,即为试块的前沿长度。 K值的测量在仪器角度测量中输入孔深分别为30mm和50mm,分别找到其最高反射回波按确定，侧的K值为2.10 绘制DAC曲线 判废线（RL）定量线（SL）评定线（EL）图6-2 距离-波幅曲线

18、图距离(mm)波幅(dB)-弱信号评定区-长度评定区-判定区在上面所述的基础上按DAC键到其界面绘制曲线，首先找到CSK-A试块埋深为1×6的10mm孔并使为最高反射回波确定，以此类推找到20mm、30mm、40mm、50mm、60mm的孔的最高回波，将标准输入JB/4730，板厚输入15-46mm并保存，则曲线绘制完成。绘制图如下； 7、对T型角焊缝进行探伤（1）直探头探伤对厚板b=22mm的T型角焊缝，选用f=2.5MHz,D=20mm的直探头进行探伤，时间扫查按深度1：1调节。探头在翼板外侧进行锯齿型扫查，探头经过的典型位置见图7-14图7-1 探头位置 探头在图7-1的、位置

19、时，声束未接触焊缝，示波器上出现翼板得多次底波，幅值递降，见图7-2（a） 当探头在图1所示的、位置时，有两种情况；一种是无缺陷，示波器一般不会出现反射波见图7-2（b）.一种是存在缺陷则出现反射波，缺陷可能是气孔、夹杂、咬边等，见图7-2（c） 当探头在图7-1所示位置时，有四种情况； a.若没有缺陷存在，则声束进入腹板，此时无反射波，见图7-2（d） b.若在示波器上与翼板厚度相等处有一回波，说明焊缝内存在缺陷，沿着焊缝方向左右移动探头波形位置不变，幅值变化不明显，垂直于焊缝。c.如果示波器上与BD1距离为L2处出现一个波幅较高的反射波且可随着探头移动一段距离，L2< b,由水平距离

20、可知此缺陷在翼板侧焊缝下层，由于缺陷面积较大，所以BD1幅值明显下降，BD2消失或很低。由以上特征可以判断此缺陷为层状撕裂见图7-2（d）。d.如果缺陷与BD1距离为L3，L3且在焊缝中，缺陷多为气孔、夹渣、裂纹、未熔合、表面咬边等。可移动探头观察其波形特征来判断缺陷性质，见图7-2（e）。图7-2在腹板上进行扫查时的波形显示 （2）K=2斜探头探伤K=2斜探头探伤位置和仪器波形见图7-3。图7-3探伤位置和波形显示在探伤过程中，F随探头的位置很大，有时 BD1降至很低 ,由此可见 ,此缺陷在钢板中 ,且面积较大 ,缺陷可能为钢板夹层或层状撕裂。但用直探头对焊缝两侧板材进行探伤 ,未发现缺陷

21、,所以将其判为层状撕裂。发现一缺陷，读出其h=16mm，又知k=2，所以计算s=kh=2.0×16=32mm即缺陷至 D1面垂直距离为 32 mm。由半波高度法测出缺陷长度 L = 31 mm ,缺陷宽度为 W = 22mm。构件返修时 ,发现缺陷位置、截面形状与超声波探伤相符。产生层状撕裂的原因是 :焊接时产生的垂直于钢材轧制方向的应力致使焊接热影响区附近产生“台阶”形的层状开裂 ,并穿晶发展。方向移动探头，波幅下降较明显，但也不是稍纵即逝，这说明此缺陷是有一定的长度和宽度的，所以将其判为未焊透，见图7-2（e）。（3）若示波器上出现等距离多次反射波与在位置时的波形相似，说明在深度b处存在一个较大的平面，