第9章 焊接接头超声波检测

1、第9章 焊接接头超声波检测特种设备的加工制造主要是采用焊接的方式。为了保证焊接的质量，焊缝内部缺陷一般采用射线检测与超声波检测方法。而对于焊缝中裂纹、未熔合等危害性缺陷，在中厚板的焊缝中，超声波检测的灵敏度高于射线检测。焊缝采用超声波检测时,为了合理地选择检测方法和检测条件，为了保证检测结果的准确性，不但要求无损检测人员具备熟练的超声波检测技术，而且要求无损检测人员了解焊接的基本知识，如焊接接头形式、焊接坡口形式、焊接方法及工艺、焊接缺陷等。这样，无损检测人员才能针对不同的焊接接头，采用合理的检测方法，获得正确的检测结果。9.1焊接加工及常见缺陷焊接加工特种设备加工过程中，常用的焊接方法有手工

2、电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊和电渣焊等。.1焊接过程焊接过程实际上是一个冶炼和铸造的过程，焊接首先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，熔融的金属在熔池中经过冶金反应后冷却凝固，将两部分材料牢固地结合在一起。为了防止空气中的氧、氮等气体进入熔融金属，影响焊接质量，在焊接过程中通常采用一定的保护措施。手工电弧焊是利用焊条外层药皮高温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焊剂受热融化后覆盖在熔融金属上作保护层。气体保护焊是利用氩气或二氧化碳等气体作保护层。.2焊接接头形式 金属熔化焊焊接部位的总称叫焊接接头，包括焊缝、热影响区和临近母材。焊接接头的形式主要有对接

3、、角接、T型及搭接焊接接头等几种。对接接头常用于板材和管道的焊接，角接接头常用于箱型部件的边角焊接，T形接头常见于压力容器内外部辅助结构与壳体的焊接及燃油燃气锅炉（卧式内燃锅炉）炉胆与管板的焊接；需要进行超声检测的焊接接头主要是对接形式的,角焊缝形式和T型焊接接头也经常遇到。.3坡口形式：图9.1 焊接接头常见的坡口形式根据板厚、焊接方法、接头形式和要求不同，可采用不同的坡口形式，坡口形式主要有I型（直边）、V型、X型、U型、单V型及K型等。如图9.1所示焊缝中常见缺陷焊缝中常见缺陷有:气孔、夹渣、未焊透、未熔合与裂纹等。9.2钢制承压设备对接焊接接头的超声检测 对接焊接接头超声检测.1超声检

4、测技术等级JB/T4730.3-2005标准中规定，钢制承压设备对接焊接接头的超声检测技术等级分为A、B、C三个检测级别。超声检测技术等级选择应符合制造、安装、在用等有关规范、标准及设计图样规定。.2不同检测技术等级的要求1.A级检测 A级检测技术适用于与承压设备有关的支承件和结构件焊接接头检测。其技术要求如下：适用于母材厚度为8mm46mm的对接焊接接头。可用一种K值探头采用直射波法和一次反射波法在对接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。2.B级检测 B级检测技术适用于一般承压设备对接焊接接头的检测。其技术要求如下：1）母材厚度为8mm46mm时，一般用一种K值探头采用

5、直射波法和一次反射波法在对接焊接接头的单面双侧进行检测，如图9.2（a）所示。2）母材厚度大于46mm120mm时，一般用一种K值探头采用直射波法在焊接接头的双面双侧进行检测，如受几何条件限制，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。3）母材厚度大于120mm至400mm时，一般用两种K值探头采用直射波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°，如图9.2(b)所示。图9.2（a） 单面双侧检测示意图图9.2(b) 双面双侧检测示意图4）应进行横向缺陷的检测。检测时，可在焊接接头两侧边缘使探头与焊接接头中心线成10°20°

6、;角作两个方向的斜平行扫查。如焊接接头余高磨平，探头应在焊接接头及热影响区上沿着焊缝作正反两个方向的平行扫查。3.C级检测C级检测技术适用于重要承压设备对接焊接接头检测。采用C级检测时应将焊接接头的余高磨平。其技术要求如下：1）母材厚度为8mm46mm时，一般用两种K值探头采用直射波法和一次反射波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°。2）母材厚度大于46mm至400mm时，一般用两种K值探头采用直射波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

7、焊缝，如有可能应增加检测与坡口表面平行缺陷的有效检测方法（如串列式扫查）。3）应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沿着焊缝作两个方向的平行扫查。4）对于C级检测，斜探头扫查声束通过的母材区域，应先用直探头检测，以便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。该项检测仅作记录，不属于对母材的验收检测。母材检测的要点如下：检测方法：接触式脉冲反射法，采用频率2MHz5MHz的直探头，晶片直径10mm25mm。检测灵敏度：将无缺陷处第二次底波调节为显示屏满刻度的100%。凡缺陷信号幅度超过显示屏满刻度20%的部位，应在工件表面作出标记，并予以记录。检测条件的选择.1检测

8、区域（检测部位）的确定检测区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，这个区域最小为5mm，最大为10mm，如图9.3所示。.2探头移动区域（扫查区域）的确定图9.3检测区域和探头移动区域探头移动区域应清除焊接飞溅、氧化皮、锈蚀、凹坑、油垢及其他杂质。检测表面应平整，便于探头的扫查移动，其表面粗糙度Ra值应小于或等于6.3m，一般应使用砂轮机、锉刀、喷砂机、钢丝刷或砂纸等对检测面进行打磨修整。1.采用一次反射法检测时，探头移动区应大于或等于1.25P（即2.5KT）：P=2KT 或P=2Ttan （9.1）式中：P跨距，mm； T母材厚度，mm； K探头K值； 探头折

9、射角，（º）2.采用直射法时，探头移动区应大于或等于0.75P（即1.5KT）。 .3对焊缝余高的要求去除余高的焊缝，应将余高打磨到与邻近母材平齐。保留余高的焊缝，如果焊缝表面有咬边、较大的隆起和凹陷等也应进行适当的修磨，并作圆滑过渡以免影响检测结果的评定。.4检测时机的确定焊接接头区域的危害性缺陷，特别是延迟裂纹，是构件在焊后冷却到室温时所产生的裂纹，有的具有延迟现象，它并不是在构件焊后立即产生，通常是在焊后数小时或者更长时间产生。而检测必须在延迟裂纹产生后进行。因此，把握好焊后的检测时机，对防止延迟裂纹的漏检是十分重要的。对于一般材质的焊接接头，检测时机规定在焊后冷却至室温经打磨

10、合格后即可进行。但如果焊接接头很厚，刚度和焊接应力比较大、有延迟裂纹倾向的材料，焊后实施检测时间应适当延长；低合金高强钢焊接构件，检测时机一般规定在焊完24小时以后；对于强度很高的低合金高强钢焊接构件，或者刚度和焊接应力极大的焊接构件，焊后实施检测的时间可以延长至5-7天以后。上述规定也适合于焊缝返修以后的检测。.5耦合剂的选择耦合剂一般有下列几种：水、甘油、机油、变压器油、化学浆糊、纤维素水溶液等。在焊缝的自动检测系统中常采用水作为耦合剂，上述其它耦合剂都具有一定的粘度，有利于粗糙面和曲面的检测。从超声波传播特性来看，使用甘油效果比较好，机油、变压器油和化学浆糊差别不大。不过后者有较好的粘性

11、，可以用于任意扫查方式和检测位置的检测，并且同甘油一样具有水洗性。但在检测过程中要防止化学浆糊过快地干燥，以保证探头与被检测面之间始终有湿润的耦合剂以便取得良好的耦合接触，并且其对工件具有一定的腐蚀性。纤维素是后来被经常采用的耦合剂，根据检测位置和表面粗糙度的不同可以调制成任意浓度，满足不同检测的需要，但其对工件也有一定的腐蚀性。注意，在调试仪器和实际检测时一定要采用同一种耦合剂。仪器与探头选择.1仪器选择1.仪器的性能、仪器与探头的组合性能等，必须符合JB/T4730.3-2005标准以及JB/T10061-1999标准的规定。2.超声探伤仪的几个主要指标，如水平线性、垂直线性、动态范围等，

12、应按标准进行定期校验。并经检定合格，发现故障要及时予以修理，使仪器始终保持良好的工作状态。.2探头选择1.探头频率选择探头频率是超声检测中一个很重要的参数。焊接接头超声检测选用何种频率，要考虑下述因素：被检测面的粗糙度、材质、晶粒大小、超声的穿透能力、分辨力、检测精确度、检测速度等因素。关于焊接接头检测推荐表9.1所列频率供读者参考。表9.1 焊接接头检测推荐频率母材厚度（mm）频率（MHZ）t505或2.550t755或2.5t752.5晶粒粗大的铸件和奥氏体钢焊缝1.0、2.02.探头晶片选择中厚板、厚板焊接接头检测，若被检测面很平整，使用大晶片探头进行检测也能达到良好的接触，在此种情况下

13、，为了提高检测速度，可以使用晶片尺寸较大的探头。如果板较薄且变形较大，或者具有一定曲率的结构件焊接接头检测，为了使探头与被检测面之间很好的接触，以达到良好的耦合效果，应选择晶片尺寸较小的探头。3.探头K值选择探头K值的选择应遵循以下三方面原则1.使斜探头的声束能扫查到整个检测区截面；2.使斜探头的声束中心线尽量与该焊缝可能出现的危险性缺陷垂直；3.尽量采用一次波判别缺陷，减少误判并保证有足够的检测灵敏度。图9.4焊缝检测K值计算示意图焊接接头超声检测要求探头声束具有良好的指向性、较高的接收灵敏度、始波占宽小、杂波少、探头的前沿尺寸（L0值）小以及合适的K值。为保证声束能扫查到整个检测区截面，探

14、头K值的选择最低必须满足下述要求，即当探头前沿紧贴焊缝边缘时，如图9.4所示，主声束应扫查到远离探头的焊缝下焊角。为保证直射波与一次反射波能扫查到整个检测区截面，K值应满足下式： K （9.2）式中：a上焊缝宽度之半b下焊缝宽度之半T焊缝母材厚度LO探头前沿值在实际检测时所选的探头K值，应尽量大于上述值。对于单面焊、上述b 可以忽略不计，则：K （9.3）式中：a上焊缝宽度之半T焊缝母材厚度LO探头前沿值 备注：以上公式只有当LO焊缝的热影响区宽度（510mm）时适用，当LO焊缝的热影响区宽度（510mm）时，公式中的LO应直接代入焊缝热影响区宽度的数值。K值可根据工件的厚度来选择。薄板焊接接

15、头超声检测为避免近场区的影响，提高定位定量精度，一般采用大K值探头。大厚度焊接接头检测为缩短声程、减少衰减、提高检测灵敏度以及减少打磨宽度，一般采用K值较小的探头。但大量实践证明，低合金高强钢大厚度焊缝中的裂纹，采用较大和较小的两种K值探头分别检测，尽管两者检测灵敏度完全相同，但K值较小的探头很难甚至根本发现不了此种裂纹，很容易漏检。因此，尽管焊缝母材很厚，但在条件允许的情况下，也应尽量采用K值大的探头，或者同时采用较大和较小的两种K值探头联合检测。表9.2所列为焊接接头检测探头K值的选择，供参考。表9.2推荐采用的斜探头K值板厚T，mmK值6 253.0 2.0（71.5° 63.

16、4°）> 25 462.5 1.5（68.2° 56.3°）> 46 1202.0 1.0（63.4° 45°）> 120 4002.0 1.0（63.4° 45°）试块的准备超声仪器性能的测试、探头性能的测试、探头与仪器组合性能的测试以及距离波幅曲线的绘制等，都离不开标准试块。不同标准都规定采用不同的标准试块和对比试块，JB/T4730.3-2005标准规定采用CSK-IA、CSK-A、CSK-A以及CSK-A作为标准试块。具体采用那种试块，视被检工件而定。若采用其它标准时，一定要用该标准指定的试块。横波

17、探头及仪器扫描速度的校准众所周知，目前检测焊接接头的超声探伤仪，不管是模拟式或是数字式仍然以A型脉冲显示为主。呈现在仪器时基扫描线上的回波，不仅有缺陷回波，而且还有各种干扰回波，比较复杂，判断较困难。因此，为了识别真伪缺陷，必须对探头进行校核；对仪器时基扫描线比例（扫描速度）进行校准，以便对各种反射波准确定位。.1横波探头入射点、K值的测定1.CSK-IA标准试块上测量首先在CSK-IA标准试块25mm宽的检测面上涂布耦合剂，然后将探头在R100圆弧面的圆心附近前后平稳地移动，找到圆弧面的最高反射波（此时说明探头入射点与R100圆弧面的圆心重合）。用钢板尺测量探头前沿至R100mm圆弧端面距离

18、L，则入射点至探头前沿的距离为L0（入射点测量应进行三次，取平均值，误差0.5mm）。如图9.5所示。图9.5 CSK-IA标准试块上测量 (9.5)式中：L0入射点至探头前沿的距离 L探头前沿至R100mm圆弧端面距离的测量值将探头的前沿对准50mm孔的圆弧面平稳地前后移动，当主声束扫查至圆弧面且其延长线通过圆心时，找到50圆弧面的最高反射波，此时测量探头前沿至试块端部距离L，如图9.5所示，就可以利用公式9.6求出K值的大小，即： （9.6）式中：L，探头前沿至左端面距离的测量值 L0入射点至探头前沿的距离K值测量也应进行三次，取其平均值，误差0.01当探头置于A位置附近用50mm圆孔测量

19、时，可以测定折射角为35° 60°（K值为0.71.73）；当探头置于B位置附近用50mm圆孔测量时，可以测定折射角为60° 75°（K值为1.733.73）；当探头置于C位置附近用1.5mm通孔测量时，可以测定折射角为75° 80°（K值为3.735.67）；在检测时间较长的情况下，应每隔4小时测量一次，以保证检测过程中入射点及K值的准确性。测量时如室温与现场条件下的温度相差较大时，应该在检测现场进行测量，尽量减少误差。2.CSK-A标准试块上测量将探头首先对准20mm深的孔，前后左右移动探头，找出其最高波，测量探头前沿至试块端部的

20、距离L1，再将探头对准40mm深的孔，前后左右移动探头，找出其最高波，测量探头前沿至试块端部的距离L2，（用其他深度的孔也可，但不可以使用下列公式）则探头的前沿长度和K值分别为： 探头前沿为： （9.7）探头K值为： （9.8）入射点测量应进行三次，取其平均值，误差0.5mm。注：下图为示意图，CSK-A试块上20mm深的孔和40mm深的孔分别位于试块的两端，此图为了表达直观将两孔画在了试块一端。双孔测定探头前沿及K值的示意图由相似三角形的相似比得： 整理后得： 将基准孔的深度值的h1=20，h2=40数值代入，即可得到上述公式的结果。.2仪器扫描速度(时基扫描线)校准的方法使用标准试块，选择

21、标准试块上两个反射体，并根据两个反射体回波或一个反射体的两次回波进行调节。下面介绍CSK-IA标准试块和CSK-A标准试块校准仪器扫描速度(时基扫描线)的方法。1.CSK-IA标准试块调节法（注：仪器显示屏的水平满刻度按100刻度值标定）CSK-IA标准试块三种校准扫描速度方法如图9.6所示。图9.6 CSK-A标准试块三种调整扫描速度方法示意图1）按声程比例法校准通过调节深度范围、深度微调和水平位移（脉冲移位）旋钮，如下图所示，使R50、R100两个回波的前沿分别对准标尺50和100刻度值处，此即声程1：1定位。使R50、R100两个回波的前沿分别对准水平刻度的40和80处，此即声程1：1.

22、25调节。使R50、R100两个回波的前沿分别对准水平刻度的25和50处，此即声程1：2调节。使R50、R100两个回波的前沿分别对准水平刻度的20和40处，此即声程1：2.5调节。2）按水平比例法校准若K值为2，则sin=0.894；R50×sin=50×0.894=44.7mm、R100×sin=100×0.894=89.4mm。则通过调节深度范围、深度微调和水平位移（脉冲移位）旋钮将上述两个回波分别对准水平刻度的44.7和89.4处，即完成了水平距离1：1定位。3）按深度比例法校准K值为2时的cos=0.447；R50×cos=50

23、15;0.447=22.35mm、R100×cos=100×0.447=44.7mm。通过调节深度范围、深度微调和水平位移（脉冲移位）旋钮将上述两个回波分别对准水平刻度的22.35格和44.7处，即为深度1：1定位。图9.6所示为声程、水平和深度1：1定位示意图。2.CSK-A标准试块校准以深度为20mm为A孔与40mm深的B孔两个1×6短横孔进行校准；采用K2探头，若按水平1：1的比例进行调节，则校准步骤如下： 20mm深孔的反射波位置在2×1×20mm=40mm，即显示屏水平刻度的40处。40mm深孔的反射波位置在2×1×

24、;40mm=80mm，即显示屏水平刻度的80处。校准过程中，将探头分别对准深20mm 与深40mm的孔，找出其最高波幅，利用“深度范围”、“深度微调”及“脉冲移位（水平位移）”旋钮进行调节。调节过程：先前后移动探头找到深20mm孔的最高回波，再用“脉冲移位（水平位移）”旋钮将20mm深的孔最高回波的前沿调至水平刻度40处，再调转探头找到深40mm孔的最高回波，若此时深40mm孔的最高回波前沿位于水平刻度78处，则X=80782，那么调节【深度微调】旋钮使深40mm孔的最高回波前沿移至82刻度值处，保持探头位置不动，然后，用【脉冲移位】旋钮将水平刻度82处的波移回到水平刻度80处，再回来看深20

25、mm孔的最高回波前沿位置是否对准在水平刻度40处；若没有对准，则重复上述操作过程，直至对准为止；若两次反射波的前沿分别出现在显示屏上的40刻度值与80刻度值处，则横波检测水平1：1比例校准完毕。深度调节法（条件同前）：探头分别对准深20mm及40mm两横孔，反复调节【脉冲移位】和【深度微调】，使两孔的最高回波前沿分别对准显示屏水平刻度位置20和40处，具体调节的过程与水平调节法过程相同，只是两次反射波的位置不同。以上是以模拟仪器为例说明了仪器扫描比例的校准方法。不同型号的数字仪器校准方法有所不同，但其基本原理是完全一致的，这里不再叙述；不过数字仪器确定最高波位置时是以最高波波峰位置对应的水平刻

26、度值来计的。距离波幅曲线的绘制及检测灵敏度选择距离波幅曲线的绘制过程就是对仪器系统灵敏度校准的过程。距离波幅曲线有仪器面板曲线和坐标曲线两种，数字仪器在系统灵敏度校准过程中自动生成的距离波幅曲线就是面板曲线。在规定的标准试块上进行距离波幅曲线实测绘制完成后，必须对声能耦合损失差进行补偿，如此才完成实际检测前仪器系统灵敏度的校准过程。实际检测仪器系统灵敏度校准后，针对不同母材厚度的焊缝进行检测前，必须依据标准等规范选择相应的基准灵敏度 ，针对JB/T4730.3-2005标准规定如表9.3。也就是说，在实际检测距离波幅曲线绘制完成后实施检测之前，必须对仪器的增益状态值进行设定，以确保实际检测过程

27、符合标准规范要求，有效避免检测过程中基准灵敏度未设定而使缺陷漏检。距离波幅曲线应按所选用的探头和仪器在试块上实测的数据绘制而成，该曲线族由评定线、定量线和判废线组成。评定线与定量线之间（包括评定线）为I区，定量线与判废线之间（包括定量线）为区，判废线及其以上区域为区，参见如图9.7所示坐标曲线。如果距离波幅曲线绘制在显示屏上，则在检测范围内的评定线灵敏度不得低于显示屏满刻度的20%。图9.7 距离一波幅曲线.1距离波幅曲线的灵敏度选择1.壁厚为6mm120mm的焊接接头，其距离波幅曲线灵敏度按表9.3的规定。表9.3 距离波幅曲线的灵敏度试块型式板厚（mm）评定线定量线判废线CSK-A6 46

28、>46 1202×40-18dB2×40-14dB2×40-12dB2×40-8dB2×40-4dB2×40+2dBCSK-A8 15>15 46>46 1201×6-12dB1×6-9dB1×6-6dB1×6-6dB1×6-3dB1×61×6+2dB1×6+5dB1×6+10dB2.）壁厚大于120mm至400mm的焊接接头，其距离波幅曲线灵敏度按表9.4的规定。表9.4 距离波幅曲线的灵敏度试块型式板厚,mm评定线定量线判废

29、线CSK-A>120 400d-16dBd-10dBd注：d为横孔直径，见JB/T4730.3-2005标准表17。注：1.检测横向缺陷时，应将各线灵敏度均提高6dB。2.灵敏度的校准应依据表9.3和表9.4中的评定线、定量线、判废线的基准反射体当量进行选择。检测面曲率半径RW2/4时，（W为探头与工件接触面宽度：环缝检测时为探头宽度，纵缝检测时为探头长度）距离波幅曲线的绘制应在与检测面曲率相同的对比试块上进行。工件的表面耦合损失和材质衰减应与试块相同，否则应按JB/T4730.3-2005标准附录F（规范性附录）的规定进行传输损失补偿。在一倍跨距声程内最大传输损失差小于或等于2dB时可

30、不进行补偿。扫查灵敏度不低于最大声程处的评定线灵敏度。.2距离波幅曲线绘制方法1.距离波幅曲线的绘制方法及分析以模拟仪器为例，用探头扫查对比试块如图9.8所示的某一组基准反射体（例如1050mm深的1×6短横孔），当10mm深的1×6孔呈现最高波幅时，通过“衰减器”和“增益”旋钮的调节，使回波幅值最高点达到某一高度（例如接近100%），并用彩色笔在回波最高点处予以标记，同时记下此时的灵敏度值（dB值）。保持此灵敏度不动，再分别扫查20、30、40以及50mm深的1×6孔，使其都呈现最高波幅，并用彩色笔予以标记。通过45点圆滑过渡连成一条曲线，此条曲线就是1

31、5;6基准线（也可以称其为灵敏度基准线）。这就是一线式距离波幅曲线，如图9.9所示。在此条曲线的基础上分别采用标准规定的灵敏度（例如CSK-A，T为815mm，则评定线为1×6-12dB，定量线1×6-6dB，判废线为1×6+2dB），则此条曲线就可以在不同的灵敏度下分别表示三条曲线，包含三种含意（三个区域的分布），如图9.10 a）、b）及c）所示。由此可以知道，一条曲线用衰减器分别调节成三种灵敏度的评定线、定量线、判废线，就可以代替三条曲线，注意：在调节相应灵敏度曲线时，检测工作进行前，必须加上灵敏度试块和工件之间的耦合差补偿值。图9.8 在对比试块上绘制距离

32、波幅曲线图9.9 一线式距离波幅曲线图9.10 一线式距离波幅曲线较厚焊接接头（例如>1546mm、>46120mm等）检测，时基扫描线采用深度1：1、1：1.25或1：2等比例校准，在面板上直接绘制一条曲线，为防止曲线在检测范围内低于显示屏满刻度的20%，可以采用分段绘制的方法，在面板上绘制二段或多段曲线，分段绘制时，只需在绘制时将后段曲线的灵敏度提高一定的dB值即可，如图9.11 （a）、（b）所示。图9.11在显示屏上绘制的多段距离波幅曲线2.距离波幅曲线的特点及应用情况距离波幅曲线可以直接绘制在面板上，比较直观，绘制方法简单，使用方便，定量准确，在任何环境下均可以使用，是一

33、种比较科学的方法。目前获得了广泛的应用。对模拟仪器来说，在面板上无论是直接绘制或者分段绘制，由于起点高（一般是屏幕高度的80%100%），所以在采用评定线灵敏度进行检测时，会在显示屏上呈现较多较高的杂波讯号，此时不利于区缺陷的判定和分析，从而给检测带来了较大的困难。另外，要经常调节衰减器变更灵敏度也比较麻烦。9.2.6.3数字式超声探伤仪距离波幅曲线绘制数字式超声探伤仪距离波幅曲线的绘制，目前，由于不同型号的数字超声波探伤仪，其操作方法有所不同，国内尚无统一规定的标准方法，在此暂不作介绍。.4焊缝检测灵敏度设定根据本教材第6章中灵敏度基本理论的阐述,应该明确认识到:凡是提及灵敏度必然涉及三个要

34、素,一是基准反射体的当量,二是反射体检测声程,三是反射体基准波高。这三个要素可直接表示为三个参数，当此三个参数集中体现在超声探伤仪上时，仪器必然有一个增益状态分贝示值与之相对应，我们称这个对应的分贝示值为灵敏度第四参数。在仪器系统灵敏度校准完成以后，必然生成一个基准灵敏度，这个基准灵敏度可以是一条线，也可以是一个点，在此我们分别称其为灵敏度基准线和灵敏度基准点。例如利用曲线比较法对仪器进行灵敏度校准时，则生成灵敏度基准线；利用波高比较法对仪器进行灵敏度校准时，则生成灵敏度基准点。无论灵敏度基准线与灵敏度基准点，均有其对应的灵敏度第四参数（仪器增益状态分贝示值），在此可以通过已知基准灵敏度的四个

35、参数，利用查曲线或计算的方法得出任意相关标准反射体的灵敏度第四参数，将这个相应的第四参数设定于已进行灵敏度校准的仪器上，即完成指定检测灵敏度的设定。例如：T20mm钢板对接焊接接头用K2探头检测，其灵敏度的校准及设定步骤如下：第一步：仪器系统灵敏度校准。 根据JB/T4730标准规定，利用CSK-A试块上1×6短横孔对仪器进行灵敏度校准，得到一条1×6灵敏度基准线，如图9.12 所示。图9.12 1×6灵敏度基准线 图9.13 数字超声波距离波幅面板曲线第二步：经参数输入得到评定线、定量线、判废线，再输入耦合补偿值，如图9.13所示。图9.14 灵敏度设定后的距离

36、波幅面板曲线第三步：扫查灵敏度不低于最大声程处的评定线灵敏度。这里灵敏度四参数分别为：1 基准反射体评定当量尺寸1×69dB；最大检测声程处深度40mm；基准波高为20%；仪器对应增益值为67.0dB。检测面的准备、声能损失差的测量、检测面划线焊接接头超声检测要取得准确的结果，必须保证其具有良好的耦合条件，包括如下几方面：.1被检测面的准备在超声检测探头移动部位，必须要有良好的表面粗糙度。对于粗糙的表面或者局部脱落的氧化皮和焊接飞溅，应采用机械打磨处理，直到露出金属光泽和平整光滑（新轧制的钢板氧化皮没有脱离，可以不用打磨）。通过耦合探头能平滑地移动。必须强调指出，不允许用提高补偿量的

37、办法来放宽表面粗糙度要求而达到检测目的。因为如果表面太粗糙、坑凹不平，超声波有可能入射不到工件内部，而在表面的凹凸不平处反射。在此种情况下检测，达不到检测的目的。另外，有了良好的表面粗糙度，还要采用声阻抗适宜、粘度较好的耦合剂，如甘油、机油、化学浆糊、纤维素水溶液等，应急时也可用洗洁精作为耦合剂，值得注意的是，为了保证检测结果的准确性，仪器调试和实际检测操作时应采用同一种耦合剂。当探头作任何扫查方式移动检测时，在探头与被检测面之间始终要有良好的耦合。.2传输损失差（声能损失差）的测量1.斜探头按深度校准仪器扫描速度。2.选用另一只与该探头尺寸、频率、K值相同的探头，两探头按图9.15（a）所示

38、方向置于对比试块的检测面上，两探头入射点距离为1P，仪器调为一发一收状态。3.在对比试块上找出最大回波，记录其波幅H1（dB）。4.在受检工件上（不通过焊接接头），同样测出接收波最大反射波，记录其波幅值H2（dB）。如图9.15（b）所示。5.传输损失差V按下式计算：V =H1H212（9.9）式中：1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，可用式20lg(S2/S1)计算或从探头的距离波幅曲线上查得，dB；S1在对比试块中的声程，mm；S2在工件母材中的声程，mm；2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。2=2 S2-1 S1，其中，2为工件母材的材质衰减

39、系数，1为对比试块的材质衰减系数。图9.15 声能损失差测量示意图 图9.16 声能损失差简易测量法 .3声能损失差简易测量法 要求：加工一个相应厚度的平板试块，其材质和表面粗糙度应和CSK-A或CSK-A试块相同。1.在试块表面放置探头处涂布耦合剂，然后选择两个相同参数的探头相对放置在试块上（仪器工作方式为一发一收），如图9.16（a）所示。用重块压住发射探头，改变接收探头的位置，使两探头入射点之间距约为1.0P左右。2.将接收探头前后左右缓慢地移动，使呈现在显示屏上的回波幅度达到最大值，并调整在满屏高度80%的位置，此时将回波端部位置用彩色笔予以标记，记作“A”点，并记下此时的dB值。3.

40、在保证dB值不变的情况下，再用和上述相同的方法，将接收探头分别移动到“B”点和“C”点附近，前后左右缓慢地移动，使回波呈现最高波幅，并用色笔予以标记；4.连接上述A、B、C三点，此即超声波在试块中的衰减曲线，如上图9.16（b）所示；5.将耦合剂涂布在焊缝边缘，在不改变仪器灵敏度的条件下，将上述两个探头移至焊缝边缘相对放置，用重块压住发射探头，移动接收探头，使两个探头入射点之间距为1.0P，如上图9.16 （c）所示；6.前后、左右缓慢地移动接收探头，使呈现在显示屏上的回波幅度达到最大值，并将回波端点位置予以标记，记作“D”点，则回波端点D上升至ABC连线上的“E”点位置所需提高的灵敏度（dB

41、值），即为检测该焊接接头时所需补偿之值，如上图9.16 （b）所示。采用此种补偿方法，直射波、一次反射波检测都可用上述方法测得的同一补偿量。当被检测焊接接头与试块厚度相同，两者声程一样，在此种情况下，在试块和焊缝边缘用1.0P声程测量即可。两者回波幅度之差即为所需补偿值。.4被检测面划线焊接接头在检测之前，可在检测面上划出0.5P和1.0P的声程检测范围线，根据线的位置，可将探头移动足够的距离，避免扫查范围不够而造成缺陷漏检。同时，根据探头和这些线的位置关系，就能知道声束通过焊接接头的那一部份，这对回波的正确判定很有帮助。扫查方式.1对接焊接接头纵向缺陷粗检测扫查方式图9.17 锯齿型扫查采用

42、锯齿形扫查方式进行扫查，如图9.17所示。探头在前后移动的范围内应保证扫查到全部焊接接头截面，在保证探头垂直焊缝作前后移动的同时，还应作100150的摆动。探头的每次扫查覆盖率应大于探头横向尺寸的15 ，左右移动的间距D（D=晶片直径）。1.全面扫查：将探头前沿紧贴焊接接头边缘，采用锯齿型扫查方式用探头将焊接接头全部扫查完，如图9.18所示。图9.18 全面扫查示意1）扫查移动速度：探头移动速度一般应不大于150mm/s。2）扫查灵敏度：不得低于评定线灵敏度。3）缺陷标记：在全面扫查测过程中，发现缺陷要随时在焊缝上予以标记，以便于对其进行精确测量。全面扫查是整个检测过程中一个极为重要的环节，它

43、不仅要根据回波识别真伪缺陷，而且还要按标准规定的灵敏度把缺陷检测出来。2.粗检测在对接焊接接头单面双侧或双面双侧扫查时非常重要，原因：1）缺陷具有方向性，在焊接接头一侧检测不到，而在另一侧却能检测到；2）在焊接接头一侧扫查缺陷回波幅度很低，而在另一侧扫查缺陷回波幅度很高；3）高强钢焊接接头在其两侧热影响区的任何一侧都可能产生裂纹；4）在焊接接头两侧进行检测，可以避免焊角回波的干扰；5）有些缺陷如单个气孔，单个夹渣等，其回波重复性差，需要增加检测面或检测次数，以便提高检出率；6）焊接接头母材很厚时，为避免超声能量衰减太大，保证有足够的检测灵敏度等。.2对接焊接接头精确检测采用定量灵敏度针对全面扫

44、查发现的缺陷或异常部位，作如下扫查：1垂直于焊接接头方向前后移动，用以判定真伪缺陷或缺陷的水平和深度位置；2沿焊接接头方向左右移动扫查，测量缺陷的指示长度；3根据需要作定点转角扫查，用以判定缺陷的形状、方向和类型；图9.19精确检测的四种扫查方式4根据需要作环绕扫查，也用以判定缺陷的形状和类型，如图9.19所示。当声束轴线垂直于比较光滑的未焊透反射面时，如果探头的折射角较大，会得到比较强的回波，这种回波比较单一。当探头转动一定角度（如15°20°左右）时，折射掉的声能增多而反射回波逐渐减小，造成回波很快消失。而当声束轴线垂直于表面非常粗糙（例如凹凸不平或具有锯齿形断裂面）的

45、裂缝反射面时，不但能在显示屏上呈现强烈的回波，而且回波形状多变。当探头转动较大的角度（例如20°45°左右）时，其界面仍能引起超声反射，但由于距离的增加使能量逐渐降低，因而在显示屏的较大范围内形成了回波逐渐降低的图形，其变化具有所谓“波浪”起伏的特点。由此可知，利用定点转动或环绕移动的扫查方式再结合其它有关因素，观察动态回波的变化，对判断上述的未焊透和裂纹还是比较容易的。某些焊接接头（在两面熔合线或焊缝热影响区）存在的一些缺陷，用射线透照法检查，很难发现，甚至根本发现不了。但超声检测时，其反射能量很强，回波形状多变，回波尖锐且波幅很高，具有裂纹动态回波的特点，又具有一定的或

46、者较大的指示长度。这些缺陷实际上就是结合得很紧密的微裂纹。.3对接焊接接头横向缺陷的检测1.带余高的对接焊接接头（平行扫查或斜平行扫查）将探头放置在对接焊接接头同一面的两侧边缘并将探头平行于焊缝轴线或与焊缝轴线呈10°20°左右的角度作两个方向移动扫查，如图9.20所示。探头在焊缝边缘顺着焊缝前后平行扫查，主要检测母材热影响区及其附近部位的横向裂纹。探头与焊缝轴线的斜平行扫查，主要是检测焊缝部位的横向裂纹。实践证明，只要扫查灵敏度和探头与焊缝轴线之间的角度合适，对接焊接接头中的横向裂纹是完全能够发现的。图9.20焊缝边缘的平行扫查和斜平行扫查示意图 2.余高磨平的对接焊接接

47、头（平行扫查）磨平焊缝余高后，将探头放置在焊缝及热影响区上并沿焊缝轴线方向做两个方向的平行扫查，如图9.21所示。在此种情况下，焊缝的整个宽度和深度方向全部为声束所覆盖。声束轴线与裂纹界面垂直或接近垂直，扫查横向裂纹方向最佳。因而此种扫查方式对横向裂纹最为有效。图9.21 焊缝上平行扫查示意图缺陷位置的测定检测中发现缺陷回波以后，应根据显示屏上缺陷波的位置来确定缺陷在实际焊缝中的位置。缺陷定位方法分为声程定位法、水平定位法和深度定位法三种。如图9.6所示。.1声程定位法当仪器按声程1：n调节扫描速度时，应采用声程定位法来确定缺陷的位置。此时，显示屏上缺陷波前沿(模拟机)所对应的水平刻度值f表示

48、反射体的声程xf即：xfnf用直射法（一次波）检测发现缺陷时 （9.10） （9.11）用一次反射法（二次波）检测发现缺陷时 (9.12) (9.13)式中： xf 缺陷的横波声程；f 缺陷波前沿所对的刻度值；探头的折射角；T板厚；缺陷的水平距离；缺陷至检测面的深度。例1：用=40º的斜探头检测T=30mm的对接焊缝，仪器按声程1：1调节扫描速度，检测中在显示屏水平刻度60处出现一缺陷波，求此缺陷在焊缝中的位置？解：由已知得一、二次波的声程为1 =T/cos=30/cos40º=39.22 =21=2×39.2=78.4 39.2(f =1×60)78.

49、4因此此缺陷是二次波发现的，所以有=1×60×sin40º38.6(mm) =2×30cos40º14(mm)答：此缺陷的水平距离为38.6mm，深度为14mm。.2 水平定位法当仪器按水平1：n调节扫描速度时，应采用水平定位法来确定缺陷的位置。若仪器按水平1：1调节扫描速度时，那么显示屏上缺陷波前沿(模拟机)所对应的水平刻度值就是缺陷的水平距离用直射法（一次波）检测发现缺陷时 （9.14） （9.15）用一次反射法（二次波）检测发现缺陷时 (9.16) (9.17)式中：K探头的K值，K=tan缺陷的水平距离缺陷的埋藏深度例2：用K2探头检测

50、T=15mm的对接焊缝，仪器按水平1：1调节扫描速度，检测中显示屏上水平刻度50处发现一缺陷波，求此缺陷的位置？解：由已知可得一、二次波的水平距离为=2×15=30=2×2×15=6030（=1×50）60因此此缺陷是二次波发现的，它的水平距离和深度分别为=1×50=50（mm）=2×1550/2=5（mm）答：水平距离为50mm，深度为5mm。.3深度定位法当仪器按深度1：n调节扫描速度时，应采用深度定位法来确定缺陷的位置。若仪器按深度1：1调节扫描速度时，那么显示屏上缺陷波前沿(模拟机)所对应的水平刻度值就是缺陷的深度 用直射法（

51、一次波）检测发现缺陷时 （9.18） (9.19)用一次反射法（二次波）检测发现缺陷时 (9.20) (9.21)例3：用K2.0探头检测T=40mm的焊缝，仪器按深度1：1调节扫描速度，检测中在显示屏水平刻度30和60处各出现一个缺陷波，求这个缺陷的位置？解：由已知条件可知：一、二次波的深度分别为： 因此，40mm，为一次波发现的 40mm（）80mm，为二次波发现的30处缺陷的深度和水平距离分别为：=1×30=30（mm）=2×1×30=60（mm）60处缺陷的深度和水平距离分别为： =2×401×60=20（mm）=2×1

52、15;60=120（mm）缺陷大小的测定 测定缺陷大小及波幅时应将灵敏度调至定量线灵敏度。对所有反射波超过定量线的缺陷，均应确定并记录其位置、最大反射波幅和缺陷当量。缺陷定量时，应根据缺陷波幅记录缺陷当量和缺陷指示长度。斜探头检测，确定缺陷的指示长度，一般采用下述两种方法：.1相对灵敏度测长法所谓相对灵敏度测长法，是以缺陷的最大回波为相对基准，沿缺陷的长度方向移动探头，直至缺陷回波幅度降低至一定的dB数。用探头移动的距离来表示缺陷的指示长度。1. 6dB法(半波高度法)JB/T4730.3-2005标准规定，当缺陷其只有一个高点，且位于定量线或定量线以上时，用6dB法测定其指示长度，如图9.2

53、2所示。当缺陷只有一个高点时，移动探头找到缺陷的最高回波，沿着缺陷的延伸方向左右移动探头，使缺陷的最高回波高度降低一半时探头左右移动的距离即为缺陷的指示长度。当一个理想的均匀反射体遮住声束截面一半时，其反射声压正好等于缺陷全部遮住声束时反射声压的一半。此时缺陷的端部正好位于声束的中心线上，因而探头移动的长度就等于缺陷的长度。图9.22 6dB法测量缺陷指示长度示意图2. 端点6dB法（端点半波高度法）当缺陷反射波具有多个高点，且位于定量线或定量线以上时，采用端点6dB法测定其指示长度，如图9.23（a）（b）所示。当端点缺陷回波幅度超过显示屏满刻度难以观察时，可以适当降低一下灵敏度，移动探头使

54、其呈现最高波幅于显示屏满刻度以内（例如80%90），再左或右移动探头，使其回波幅度降低一半（例如40%45）时，此即为缺陷的端点。寻找缺陷端部高点时，可以使探头沿着缺陷的延伸方向移动至缺陷波消失，再回头寻找端点最高回波，可以既准确又迅速地找到端部最高回波。 图9.23 端点6dB法测长示意图.2绝对灵敏度测长法用一个规定的检测灵敏度（如评定线灵敏度）扫查缺陷时，当探头移至缺陷的两端，其回波幅度降低至一定的高度，则两探头之间的移动距离，称为该缺陷的指示长度。此法规定，缺陷回波降至一个绝对高度进行测长，所以称为绝对灵敏度法。用绝对灵敏度法测长，测得的指示长度取决于测长线灵敏度的高低，测长灵敏度高，

55、测得的缺陷指示长度长，测长灵敏度低，测得的缺陷指示长度短。对于小缺陷，所测得的值一般比实际尺寸要长得多。但对粗细不均匀两端很细的长缺陷（如裂纹），则可测得与实际尺寸比较接近的值。在JB/T4730.3-2005标准中规定，位于I区（即介于评定线与定量线之间）的缺陷，认为有必要记录时，可以将探头沿缺陷长度方向平行移动，当缺陷回波高度降到评定线时探头移动的距离，即为缺陷的指示长度。.3测长时应注意的几个问题测长时一定要注意定量灵敏度（包括补偿量）的准确校准；1.在对接焊接接头单面双侧或双面双侧检测，缺陷回波的幅度或其指示长度的测定，应以呈现最高波幅或测得最大指示长度的焊缝那一侧为准；2.一次波和二次波检测，缺陷回波的幅度或其指示长度的测定，应以呈现最高波幅或测得最大指示长度的那一次波为准；3.在使用两种不同K值的探头分别对同一焊接接头检测时，缺陷回波的幅度或其指示长度的测定，应以呈现最高波幅或测得最大指示长度的K值探头为准。对接焊接接头超声检测真伪缺陷回波的识别判断焊缝中有