陕西科技大学过程设备制造与检测课程设计说明书模板

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业目录TOC\o"1-3"\h\u一，制造背景1.1液化石油气，英文名称：Liquefiedpetroleumges，主要成分：乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等。随着石油化学工业的发展，液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到人们的重视。在化工生产方面，液化石油气经过分离得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用来生产合塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等产品。用液化石油气作燃料，由于其热值高、无烟尘、无炭渣，操作使用方便，已广泛地进入人们的生活领域。此外，液化石油气还用于切割金属，用于农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等。而液化石油气储罐是具有较大危险性的储存容器，一旦出现问题，将给人民的生命、财产带来极大的损失。吉林、西安等地的液化气储罐事故给人们以深刻的教训。为了保证液化石油气储罐的安全运行，避免事故发生，必须从个方面严格把关，其中，筒节的制作过程是关键中的关键。 产品名称：40M3液化石油气卧式储罐 产品类别：三 按照《特种设备安全监察条例》的规定，该台产品经制造单位监督检验，安全性能符合《压力容器安全基数监察规程》，《GB150-1998钢制压力容器标准》及设计图样的规定。1.2设计参数技术特性表容器类别类三设计压力MPa1.86设计温度℃-19～50最高工作压力MPa1.86水压试验压力MPa2.33气密性试验压力MPa1.86焊接接头系数1腐蚀余量量mm2操作介质液化石油气充装系数0.9设备容积立方米401.3技术要求（1）本设备按照GB150-1998《钢制压力容器》进行制造，检测与验收，并接受《压力容器安全技术监察规程》的监督。（2）制造筒体、封头、人孔接管、用16MnR钢板符合GB6654-1996及第二次改造通知单的规定，人孔法兰盖用钢板正火状态供货。帯颈对焊法兰、接管用16MnR应符合JB4726-2000，壳体用16MnR钢板应逐张进行冲击试验，方法按照GB/T229的规定，三个试样的平均值大于等于54J。（3）设备焊接工艺规程按照JB/T4709-2000，焊接工艺评定按照JB4708-2000.所有角接接头的焊接表面须打磨圆滑过渡。（4）设备中每条A、B类焊接接头应进行100%射线检测，按照JB/T4730.2-2005的规定，二级合格。所用D类焊剂接头、DN<250的接管与法兰的B类焊接接头及所有与承压件相焊接的角接接头，应进行100%表面磁粉检测，按照JB/T4730.4-2005的规定，一级合格。（5）设备应进行整体焊后消除应力热处理，热处理后不得在设备本体上进行施焊。（6)最终热处理后，对设备中A。B、D类焊接接头进行硬度检测，其硬度应小于等于200HB。检测数量按照每条A、D类焊接接头测一组，每条B类焊接接头每隔120度测一组，每组包括母材、热影响区和焊缝各一处。(7）未注明角接接头焊脚高度均等于两相焊件中之较薄件的厚度，且须为连续焊。（8)设备制造完毕后进行水压试验。水压试验应力见技术要求表。水压试验合格后应将积水排净吹干。(9）水压试验合格后，应进行气密性试验，试验应力见技术特性表。（10)设备制造完毕后除锈涂铁红醇酸底漆一遍，再涂银粉醇酸清漆一遍，沿罐体水平中心线用红漆刷一道红色色带，宽度为150mm，在筒体两侧的重心处用红色油漆喷印重新标志，应在重心标志上方喷印LPG字样，重心标志的左侧喷应严禁烟火字样，右侧喷应禁止施焊的字样，标志、字样高度不得小于200mm。(11)设备的油漆、包装、运输按照JB/T4711-2003《压力容器涂覆与运输包装》的规定。(12)本储罐安装时，其纵轴应向排污方向倾斜千分之三。(13)固定支座的连接采用一个螺母拧紧；活动支座用两个螺母，第一个螺母不拧紧，与支座的距离为1至3毫米，用第二个螺母锁紧。(14)本储罐必须在有遮阳和水喷淋装置的条件下适用。1.4储气罐的结构分析储气罐的结构储气罐是一个承受内压的钢制焊接压力容器。在规定的使用温度和对应的工作压力下，应保证安全可靠，罐体的基本结构部件应包括人孔、封头、筒体、法兰、支座。1.4.1筒体结构分析筒体材料为16MnR,公称内径为2600mm，长度的6500mm.名义壁厚为18mm。整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成，这时的简体有纵环焊缝。，纵焊缝采用埋弧焊方式焊接。查相关标准，焊缝形式采用Y形。其筒节间环焊缝亦可采用U形焊缝。应合理设计筒节坡口形式及尺寸。设计焊缝的相对位置。二，筒体材料对受内压的筒体，由于其工作介质为液化石油气，考虑其腐蚀性以及易燃易爆，选择16MnR作为材料。三．筒体具体制造工艺1.材料的进厂入库检测筒体结构材料16MnR，按技术要求符合GB6654-1996及第二次改造通知单的规定验收合格后，应按企业标准入库存放。1.1结构材料预处理钢材进入车间加工之前进行表面预处理，是金属结构制造中最重要的首要工序。可增强装备耐腐蚀能力延长其使用寿命。预处理工艺1，钢板表面净化钢板的表面净化是钢板预处理一个步骤，运用特定的方法或设备祛除表面的油污、铁锈、杂质、氧化皮等。表面净化的方法大体分两类：机械法和化学法。化学法主要有酸洗、碱洗、盐洗等。机械法主要有砂轮打磨、喷沙、喷丸处理。本钢板选用喷沙作为表面净化的处理方式，除去铁锈和氧化皮。用喷砂法做表面净化，所得钢板质量好，且效率高，但是，粉尘太大，所以一般都是在密闭的喷砂室里进行操作。需要注意的是，近年来钢板出厂时，大都会喷一层防护漆，来避免它的腐蚀，防护漆不影响以后的加工和焊接，此时，表面净化这一工序就可省略。矫形钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支承不当或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、翘曲、波浪变形及表面不平等变形。当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成形后零件的尺寸和几何形状的精度，从而又会影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以在划线下料前应予以矫形。钢材在加工过程中，也会由于受力不均等工艺原因和其他原因而使工件产生变形，为不影响下道工序的加工和确保加工质量，也需进行矫形。另外，在装配一焊接之后，工件也会因焊接等原因，产生某些变形，亦需矫形，此为成品矫形。矫形就是使钢材或工件在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、不平等现象，从而获得正确形状的过程。矫形的实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长，以恢复原状，或是使其他部分的纤维也拉长或缩短，产生与局部纤维相同的变形。从而达到矫形的目的。矫形的方法按操作方法的不同，可分为手工矫形、机械矫形和火焰矫形三种。本设计采用多辊矫平机进行机械矫形。多辊矫板机矫平钢板，是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间，在辊子压力的作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀的拉长，使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。此处采用GYX-3M钢材预处理装置。利用抛丸机械除锈的先进大型机械设备，钢材经此处理，并经喷保护底漆，烘干处理等工序后，即可保证钢材在生产和使用过程中不在生锈，有不影响机械加工和焊接质量。2，矫形钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支承不当或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、翘曲、波浪变形及表面不平等变形。当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成形后零件的尺寸和几何形状的精度，从而又会影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以在划线下料前应予以矫形。钢材在加工过程中，也会由于受力不均等工艺原因和其他原因而使工件产生变形，为不影响下道工序的加工和确保加工质量，也需进行矫形。另外，在装配一焊接之后，工件也会因焊接等原因，产生某些变形，亦需矫形，此为成品矫形。矫形就是使钢材或工仵在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、不平等现象，从而获得正确形状的过程。矫形的实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长，以恢复原状，或是使其他部分的纤维也拉长或缩短，产生与局部纤维相同的变形。从而达到矫形的目的。矫形的方法按操作方法的不同，可分为手工矫形、机械矫形和火焰矫形三种。本设计采用多辊矫平机进行机械矫形。多辊矫板机矫平钢板，是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间，在辊子压力的作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀的拉长，使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。下图为多辊式矫平机的工作原理图。本设计中，钢材16MnR，板厚为18mm。选用九辊矫正机，其参数情况见下表矫正机参数表辊数辊距（mm)钢板最小厚度（mm)辊径（mm)最大矫正度（m/s)主电机最大功率（kw)925052200.3180应注意的是，不是所有的钢板都能一次矫平，是否容易矫平除与矫平机有关外，还与其本身的性质和厚度有关。2.放样，划线与号料放样，划线与号料是决定焊接坯料形状与尺寸公差的重要工艺，也是焊接过程中主要的质量控制点之一。放样是在制造金属结构之前，按照设计图样，在放样平台上用1：1的比例尺寸，划出结构或者零件的图形和平面展开尺寸。号料和划线采用划针或者磨尖的石笔、粉线作线。三部分操作内容和步骤：放样，展开、制作样杆样板、在钢材上进行号料。号料尺寸公差是反映钢板的划线、号料划线和号料就是根据施工图样及工艺上的要求，正确地确定一个欲加工零件的配料尺寸和形状，并用划线的方法在钢材上号料，同时标注上必要的加工符号及其他必要内容，用以指导以后各道工序的加工。它直接决定着零件的尺寸和几何形状的精度，而且对以后的装配和焊接工序也有很大的影响。总体来看，划线和号料大致可以分为以下整个划线工序的最终允许公差，根据GB/T9019-2001，压力容器公称直径标准的规定，长×宽及其他外廓尺寸线为+lmm，超过一米的为L/lOOO，但不超过3mm;中心线、基准线为士0.5mm;正方形或长方形，其对角线Ll-L2之差<2mm。应注意的是，放样展开最后获得的尺寸是零件的设计尺寸或者说是零件加工后应得的尺寸，而样板是用来号料的，其外部尺寸应该是零件加工前坯料尺寸，这两者是不一样的。零件的坯料尺寸是由零件展开尺寸、工艺余量和加工余量三部分组成的。工艺余量是零件加工过程中由于工艺条件和工艺因素的影响而造成的尺寸变化和偏差。在焊接结构制造中，主要是焊接收缩量和成型后的修边余量。本设计中，16MnR板厚18mm。焊缝横向收缩余量为2.1--2.6mm.(参照过程设备制造与检测-表6-26）。纵向收缩余量为0.15-0.3mm。(参照过程设备制造与检测-表6-27)。加工余量加工余量主要包含切割余量，边缘加工余量两项。气割时会产生一定宽度的割缝，但是当沿外侧切割时可不考虑工艺余量。切割后尚需进行边缘机械加工，留3mm的加工余量，号料划线公差图如下图所示。2.1筒节下料筒节的划线是在钢板上划出展开图。筒节的展开计算比较简单，即以筒节的平均直径为基准。由于钢板在卷板机上弯卷是受辊子的碾压，厚度会减薄，长度会伸长。因此，下料尺寸应比计算出来的尺寸短一些。筒节展开长按下式计算：L=πDm-ΔL=π(Di+S)-ΔL1+ΔL2+ΔL3式中，L—筒节展开式，mmDm—筒节平均直径，mmDi——筒节内径，mmS—板厚，mmΔL1—钢板伸长量，mmΔL2—钢板加工余量，mmΔL3—焊缝横向收缩余量,mm通常ΔL=(1-K)πDmK—修正系数，K=0.9931-0.9960综合考虑ΔL2取5mm所以将数据带入公式可得：L=8204m由于整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成，因此筒节下料单个钢板的长度为：具体尺寸为（长x宽×高）：8204x2170x18mm筒节钢板的下料选择机械剪切下料。常用的机械剪切下料多采用圆板剪和龙门剪板机，而以龙门剪板机的应用最为广泛，通常只能做直线剪切。本次选择的剪板机的型号为：Q11-50x3200型Q11-50x3200型剪板机参数最大板厚最大板宽板料强度喉口深度剪切角度可剪次数行程次数飞轮转速刀片长度50320049070054/Min8/Min82r42003，简体的卷制成形筒节的弯卷成型是用钢板，在卷板机上弯卷而成的。根据钢板的材质，厚度弯曲半径，卷板机的形式和能力，在实际弯卷过程中分为冷卷和热卷。本设计中钢板为18mm厚的16MnR。根据：ε=δ/2Rm(1-Rm/Ro)×100%(单向拉伸）式中ε——弯卷变形率，100%;δ——钢板名义厚度，mm;Rm——筒节中性层半径，mm;Ro——钢板弯曲前的中性层半径，mm代入数值计算的ε=0.69%<3%（16MnR单向拉伸是的临界变形率）故此处选择冷卷，卷制成形通常在三辊筒或四辊筒卷板机上进行的。所选卷板机型号为：CDWII-(数控制上调式)40x4000。对称式三辊卷板机CDWII参数规格最大宽度×最大厚度上辊直径/mm下辊直径/mm下辊中心距/mm主电动机功率/kW40×400055053061080根据Dmin=d1+(0.15-0.20)d1式中d1——卷板机的上辊直径计算得Dmin=600mm<2600mm故可知所选卷板机满足要求。钢板在卷板机上卷制时，钢板的两端总有一段长为a的直边无法卷制，其长度取决与两下辊的中心距。为消除此剩余直边，在钢板卷圆钱应作板边预弯曲。通常采用水压机在专用模具上预弯。4，筒节坡口加工与焊接焊接接头坡口形状和几何尺寸的设计，应遵循以下原则：(1)保证焊接质量(2)坡口加工简易(3)便于焊接加工(4)节省焊接材料按焊接技术要求加工坡口，坡口两侧30mm范围内清理污物，然后按焊接工艺施焊；4,1.1简体纵焊缝坡口加工简体是由钢板卷制而成，其边缘部分由于变形和冷作硬化作用其性能已发生变化，不能满足设计要求，应此需将此区域除去。筒节卷制成形后，按图样规定的筒体名义直径测量简节的实际周长，并划二次线，割去余量后按焊接工艺要求加工坡口。简体的纵缝的焊接采用埋弧焊，根据埋弧焊坡口加工要求其坡口形式为V形坡口，具体尺寸如下：纵缝对接坡口根据具体尺寸，可选择氧气切割加工坡口，氧气切割的加工方法具有设备简单投资费用少，操作灵活方便的一系列特点，切割质量好。4,1.2简体环焊缝坡口压力容器筒身环焊缝坡口形式，取决于其壁厚及所选用的焊接工艺方法。对于薄壁容器，壳体环焊缝多采用V形坡口；而对于厚壁容器壳体环焊缝，为了减少焊缝的横截面，通常采用U形坡口。对于此次所设计的容器，属于厚壁型。其环焊缝包括简节对接焊缝和简体与封头的对接焊缝，都采用相同的坡口形式。如下图：环焊缝坡口示意图该类型坡口也可采用气割工艺加工，气割加工币机械方法加工效率高，周期短，且不需要投资高的机床设备。U形坡口的下部有圆弧段在具体加工过程中，铁的氧化反应不能像一般气割时那样垂直向下，当达到一定深度后应转向侧面方向。为此需要多割炬同时加工，如可使用三割炬U型坡口板自动切割机。4,1.3焊接此处焊接采用埋弧自动焊，焊机型号（MZA-1000）按技术要求中对焊接工艺要求施焊，并进行焊后热处理。具体参数确定：a焊接电流根据H=KmI式中H——焊缝熔深，mmI——焊接电流，AKm——系数，mm/AKm根据设计中具体条件取1.25×10-2mm/Ab电弧电压电压与电弧长度成正比，且随电弧电压增高焊缝宽深显著增大而熔深与余高略有减小。c焊缝速度对熔深与熔宽均有影响。最终参数确定如下焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/m*h-1线能量/kj*cm-15700-75036-4037.521.53-23.075，校圆筒体要求最大与最小直径差e以及棱角度E最小值以及对口错边量b不得超过以下要求。a.棱角度E≦δ/10+2mm,且≦5mmE=3.8mm用弦长为1/6Dn，且不小于300mm的内样板或外样板检查如下图示b.最大与最小直径差ee应不大于即全面直径的1%，且不大于25mm，有开孔补强时应离补强圈边缘100mm以外的位置测量此处e=25mm如下图所表示c.对口错边量b厚度相同的单层钢板纵焊缝的对口错边量b≦10%δ且不大于3mmb=10%×18mm=1.8mm如下图所表示6，检测按技术要求中探伤工艺对A,B类焊缝进行100%RT检测，按照JB/T4730.2-2005的规定，二级合格。7，组对按筒体布板图要求组对各节筒节，定位焊要求同4；筒体B类焊缝组对错边量b，棱角度E；筒体直线度应符合相关要求。a.对错边量b≦10%δ+1(δ>10mm)b=2.8mm如下图所表示b.棱角度E≦δ/10+2mm,且≦5mmE=3.8mm用长度不小于300mm的检查尺检查。如下图所表示c.筒体直线度ΔW筒体长度≦20000mm时，ΔW≦2L/1000且不大于20mm本设计中L=6500mm计算得ΔW≦13mm8，焊接此处焊接采用埋弧自动焊，焊机型号（MZA-1000）按技术要求中对焊接工艺要求施焊，并进行焊后热处理。最终参数确定如下焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/m*h-1线能量/kj*cm-15700-75036-4037.521.53-23.079，检测按技术要求中探伤工艺对A.B类焊缝进行100%RT检测，按照JB/T4730.2-2005的规定，二级合格。四，心得体会通过此次课程设计，我学到了很多，对过程设备制造与检测，特别是制造方面的工艺设计认识进一步加深。虽然说对于这门课程自己还有许多不，是太多要学习和提高的方面，但通过此次课设中李老师得悉心指导和与同学们得协作交流真正感受到了这门课程魅力。学习到了如何把书本中学习到得理论知识，应用到实际的过程设备制造与检测中去。真正感受到了理论与实际，课堂与工厂间的距离。在此再感谢李老师的教诲，指出了课设中的不足，与错误。通过这一次的洗礼，我相信自己在以后的课程设计吸取经验教训，一定会做出更好课程设计！参考文献资料：《过程装备制造与检测》《压力容器设计指导手册》《最新压力容器优化设计与制造工艺及无损检测实用手册》辽宁石油化工大学实习设计本专业班级：焊接0932姓名：郭臻学号：0920883201实习名称：无损检测课程设计实习地点：辽宁石油化工大学实习时间：2011年11月21日至2011年12月11日指导老师：郭淑娟闫伟成绩：评阅人：

前言无损检测（Non-DestructiveTesting,NDT）技术已成为控制产品质量、保证设备安全运行等方面极为重要的技术手段，在现代航空工业生产过程中，越来越多地要求对关键部件进行更加有效和准确的检测，而我本次的课程设计的课题是中厚板对接焊缝超声波检测，其主要任务是在掌握焊缝焊接缺陷及其产生原因的基础上，研究超声波探伤技术在钢制压力容器对接焊接接头探伤检测中的应用，并给出焊缝检测的具体方案。超声波无损检测是在现代工业生产中应用的非常广泛的一种无损检测方法，它对于提高产品的质量和可靠性有着重要的意义。随着电子技术的发展，国内出现了一些数字化超声检测仪器，以脉冲反射式超声探伤仪为代表研制完成一个良好的数字化的检测平台，该系统具有测量，数字显示，工作稳定，性能好等优点。本文也主要介绍了超声波检测技术的原理、性能及优缺点，超声波检测设备与器材的类型等。本文还详细介绍了超声波探伤技术及其在焊缝无损探伤中的应用及评定等级和注意事项。文中针对给定的中厚板焊缝，通过实验检测该焊缝的缺陷，详细介绍试块选用，设备调试，现场探伤中的常见问题及解决方法。还介绍了现场探伤，缺陷定位和长度测量的具体方法，并通过标准对检测中的缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡。目录绪论····················································31.超声波检测的原理及其特点······························41.1设计任务书·········································41.2超声波检测的原理····································51.3超声波检测的特点·····································62.超声波检测仪器型号和一些基本设备·····················72.1超声波检测仪型号····································72.1.1UFD-X5超声波探测仪功能简介····················72.2超声波探头·········································82.3超声波试块·········································102.4耦合剂·············································123.焊缝的选择及常见缺陷类型介绍··························143.1焊缝的选择·········································143.2常见的焊缝缺陷类型简单介绍····························144.超声波检测的过程······································164.3距离-波幅（dB）曲线的绘制与应用·························21···275.超声波检测工艺卡······································28结论····················································29参考文献················································30绪论过程设备是各个工业部门不可缺少的重要生产设备，用于供电，供热，和储存各种工业原料及产品，完成工业生产过程必须的各种物理过程和化学反应，因此它成为石油，化工，电站，核能和军工等工业部门的重要生产装备。其制造工艺以焊接为主，质量要求比较高。焊缝质量直接决定着压力容器的使用安全和使用寿命，因此在制造和使用过程中的焊缝检测显得尤为重要，故需要寻找一种高效，经济，简便可行的无损检测技术及缺陷评定的方法。无损检测技术主要包括超声检测，射线检测，磁粉检测，渗透检测，涡流检测和声发射等检测技术。其中超声波探伤和射线探伤是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。超声波探伤以其探伤距离大，探伤装置体积小，重量轻，便于携带，检测速度快，检测费用低等优势，在过程设备制造和检测工作中得到越来越多的应用。如今，一些过程设备的检验，检测及缺陷评定仍存在很大问题，其检验、检测要求难以统一，制造质量难以保证。给设备的维护和管理带来很大难度。焊接缺陷的类型主要包括未焊透，未熔合，裂纹，气孔及夹渣等。这些缺陷如不进行定期检查及有效的安全评定而盲目使用势必会造成重大恶性事故，给企业带来重大的经济损失，因此怎样实现对焊缝内部缺陷精确定位，定量和定性分析及缺陷评定，是需迫切解决的课题。在焊缝缺陷检测中，超声检测是目前公认的最有效的常规无损检测方法之一，与其它常规检测相比具有明显的优势。基于以上原因，本文重点研究焊缝内部缺陷的超声波检测方法，从而对焊接缺陷进行有效的安全评定。1超声波检测的原理及其特点1.1设计任务书设计目的：为了让我们充分了解超声波检测的方法及原理，以及操作步骤和注意事项，并为我们以后工作打好良好的基础。设计内容：详细介绍了超声波检测的原理及特点，并以中厚板横焊缝为例介绍了超声波检测的仪器设备，以及检测过程和缺陷评定等内容，最后还介绍了现场探伤，缺陷定位和长度测量的具体方法，并通过标准对检测中的缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡。任务与要求：1．根据要求对中厚板焊缝进行扫查及缺陷的评定。2.掌握超声检测仪的基本结构和使用方法。3.能进行超声检测仪的调试和对一般故障分析及排除。1.2超声波检测的原理超声检测的原理如图1-1所示。可逆压式压电换能器通过瞬间电激发能产生机械振荡并形成脉冲超声波，该声波在金属中传播时如果遇到缺陷就会产生反射并能返回到换能器处，由于压电传感器是可逆的，于是能把声脉冲信号转换成电脉冲信号。测量出该信号的幅值及传播时间就可评定工件中缺陷的严重程度。图1-1脉冲超声检测的原理利用超声波对材料中的宏观缺陷进行探测，依据的是超声波在材料中传播时的一些特性，如：超声波在通过材料时能量会有损失，在遇到两种介质的分界面时，会发生反射等等，常用的频率为0.5~25MHz。以脉冲反射技术为例，由声源产生的脉冲波被引入被检测的试件中后，若材料是均质的，则声波沿一定的方向，以恒定的速度向前传播。随着距离的增加，声波的强度由于扩散和材料内部的散射和吸收而逐渐减少。当遇到两侧声阻抗有差异的界面时，则部分声能被反射。这种界面可能是材料中某种缺陷（不连续），如裂纹、分层、孔洞等，也可能是试件的外表面与空气活水的界面。反射的程度取决于界面两侧声阻抗差异的大小，在金属与气体的界面上几乎全部反射。通过探测和分析反射脉冲信号的幅度、位置等信息，可以确定缺陷的存在，评估其大小、位置。通过测量入射波和接收声波之间声传播的时间可以得知反射点距入射点的距离。通常用以发现缺陷并对缺陷进行评估的主要信息为：来自材料内部各种不连续的反射信号的存在及其幅度；入射信号与接受信号之间的声传播时间；声波通过材料以后能量的衰减。1.3超声波检测的特点（1）超声波检测方法的优点1）适用于金属、非金属、复合材料等多种材料制件的无损评价。2）穿透能力强，可对较大厚度范围的试件内部缺陷进行检测，可进行整个试件体积的扫查。如对金属材料，既可检测厚度1~2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件。3）灵敏度高，可检测材料内部尺寸很小的缺陷。4）可较准确地测定缺陷的深度位置，这在很多情况下是十分需要的。5）对大多数超声技术的应用来说，仅需从一侧接近试件。6）设备轻便，对人体及环境无害，可作现场检测。（2）.超声波检测方法的局限性1）由于纵波脉冲反射法存在的盲区，以及缺陷取向对检测灵敏度的影响，对位于表面和非常近表面的延伸方向平行于表面的缺陷常常难于检测。2）试件形状的复杂性，如小尺寸、不规则形状、粗糙表面、小曲率半径等，对超声检测的可实施性有较大影响。3）材料的某些内部结构，如晶粒度、相组成、非均匀性、非致密性等，会使小缺陷的检测灵敏度和信噪比变差。4）对材料及制件中的缺陷作定性、定量表征，需要检验者较丰富的经验，且常常是不准确的。5）以常用的压电换能器为声源时，为使超声波有效地进入试件一般需要有耦合剂。2超声波检测仪器型号和一些基本设备2.1超声波检测仪器型号图2-1UFD-X5型超声波探伤仪UFD-X5数字式超声波探伤仪是一款便携式、数字式超声波探伤仪，它能够快速便捷、无损伤、精确地进行工件内部多种缺陷（裂纹、夹杂、气孔等）的检测、定位、评估和诊断。

硕德的X系列：经济实用性能与价格的完美结合，既要有速度，还要有灵活性；既要轻便，又要坚固；既要有准确性，还要有吸引力。X系列超声波探伤仪专为成长型企业量身定制，是追求性价比的首选。即插即用U盘存储，直观B扫动态显示，准确回波编码技术，精确10位AD采样，所有常用功能一键直达，无不站立于超声波探伤仪技术的最前沿，均诠释着X系列对技术创新的孜孜求，没有任何其他经济型探伤仪能如此轻松地融合众多非凡的特性。2.1.1UFD-X5超声波探测仪功能简介

（1）、二维编码B扫描直观显示缺陷位置。高端探伤仪常用的二维色彩编码B扫描功能。B扫描功能图像式的观察缺陷模式，能够产生很好的对比效果，更便于缺陷的分析判断。通过:灰度/彩色调色板还可以自动显示缺陷危害程度，也可实时对比观测A扫波形和B扫图像

（2）、超大容量数据储存：2000个数据组

（3）、探伤与高精测厚一体

（4）、5条智能DAC曲线，符合JIS和API标准

（5）、实用DGS曲线:大平底、平底孔、通孔三种参考类型2.2超声波探头超声波探头是用来产生与接收超声波的器件，是组成检测系统的最重要的组件之一。超声波探头的性能也是直接影响到发射的超声波的特性，影响到超声波的检测能力。图2-2斜探头示意图能够在材料中产生超声波的方式有多种，其原理均涉及将某种其他形式的能量转换为超音频的振动能量。而在超声检测中最常用是与超声探伤仪相匹配的超声探头，是利用材料的压电效应实现电声能量转换的压电换能器探头。这类探头中的关键部位的压电换能器，又称为压电晶片，是一个具有压电特性的单晶或多晶薄片或薄膜。其作用是将电能转换为声能，并将声能转换为电能。（1）探头的结构及各部分的作用探头的主要组成部分有压电晶片、阻尼块、电缆线、接头、保护膜和外壳。斜探头中通常还有一使晶片与入射面成一定角度的斜楔。1)晶片:压电晶片是以压电效应发射并接收超声波的元件，是探头中最重要的元件。晶片的性能决定着探头的性能。晶片的尺寸和谐振频率，决定着发射声场的强度、距离幅度特性与指向性。晶片制作质量的好坏，也关系到探头的声场对称性、分辨率、信噪比等特性。晶片可制成圆形、方形、矩形或曲面。2）阻尼块和吸声材料：阻尼块是由环氧树脂和钨粉等按一定比例配成德阻尼材料，粘附在晶片或斜楔后面。阻尼块的作用一是对压电晶片的振动起阻尼作用；二是吸收晶片向其背面发射的超声波；三是对晶片起支撑作用。3）保护膜：压电陶瓷晶片通常都很脆，在用与试件直接接触的方式沿试件表面进行扫查，晶片很容易损坏。为此，常在晶片前面粘附一层薄保护膜，以保护晶片和电极层不被磨损或破坏，某些情况下，也能改善探头与试件的耦合效果。但保护膜也会使始波宽度增大，分辨率变差，灵敏度降低。4）斜楔：斜楔是斜探头中为了使超声波倾斜入射到检测面而装在晶片前面的楔块。楔块使探头的晶片和试件表面形成一个严格的夹角，以保证晶片发射的超声波按照设定的入射角倾斜入射到斜楔与试件的界面，从而能够在界面处产生所需要的波形转换，在试件内形成特定波形和角度声束。有斜楔就一般不用保护膜。（2）探头的分类常用探头种类有直探头和斜探头两大种，但如果按波型分，又分为横波探头、表面波（瑞利波）探头、纵波探头及兰姆波探头等。按晶片数分，又分为单晶探头，双晶探头。1）直探头（纵波探头）直探头用于发射和接收纵波。直探头主要用于探测晶片正下方与声束方向垂直的缺陷，其探测深度较大，适用范围较广；检测灵敏度高。2）斜探头斜探头主要用于探测斜下方不同角度方向的缺陷，其探测深度较小，适用直探头难以探测的部位；检测灵敏度较高。其中常用的有横波斜探头等。横波斜探头是入射角在第一临界角与第二临界角之间且折射波为纯横波的探头，适宜探测与检测面成一定角度的缺陷，广泛用于焊缝、管材、锻件的检测。横波斜探头的标称方式常用两种：①一种是以横波折射角来标称。如=40º，45º，60º等；②另一种是以折射角的正切值（）来标称。=1.0，1.5，2.0，2.5等。3）双晶探头双晶片声场重叠区域灵敏度最高，一般用于定向定位检测，探测深度较小；检测灵敏度较高。常用探头型号：（1）2.5B20Z；

（2）5P6×6K3。2.3超声波试块（1）试块的分类为了保证检测结果的准确性与可重复性、可比性，必须用一个具有已知固定特性的试样（试块）对检测系统进行校准。超声检测用试块通常分为两种类型，即标准试块（校准试块）和对比试块（参考试块）。（2）标准试块标准试块具有规定的材质、表面状态、几何形状与尺寸，可用以评定和校准超声检测设备。标准试块通常由权威机构讨论通过，其特性与制作要求有专门的标准规定。1)标准试块的基本要求标准试块的材料、热处理状态、表面粗糙度、外形和尺寸要求均有严格规定。材料应易于加工，不易变形和腐蚀，具有良好的声学性质。制作时，应确认材质均匀、无杂质、无影响使用的缺陷。图2-3标准试块标准试块外形加工的平行度、垂直度与尺寸精度均应经过严格检验并符合图样要求。尺寸允许公差一般在±0.1mm以内。检测面的表面粗糙度一般应优于Ra1.6um。试块中的平底孔应经硅橡胶覆型并检验其直径、孔底表面粗糙度、平面度等。检验后，平底孔应清洗干燥后进行永久性封堵。对于标准试块，还应测量其声学性能。2）CSK-IA试块的主要用途CSK-IA试块是JB1152-1981《锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声检测》中规定的标准试块。CSK-IA试块较多用于焊缝横波检测，也是本课设所使用的试块。=1\*GB3①校验超声检测仪的水平线性、垂直线性和动态范围：用50mm或100mm尺寸。=2\*GB3②调节横波时基线比例和范围，用50mm和100mm尺寸。=3\*GB3③测定斜探头在深度方向的分辨力。图2-4对比试块=4\*GB3④可直接测出横波斜探头的k值。(3）对比试块的主要用途CSK-IIIA试块使用壁厚范围为6mm~120mm的焊接接头。=1\*GB3①调节时基线比例和探测范围。=2\*GB3②测定斜探头的k值。=3\*GB3③测定横波AVG曲线。=4\*GB3④调节检测灵敏度。=5\*GB3⑤进行缺陷定量。2.4耦合剂（1)耦合剂的作用为了改善探头与试件间声能的传递而加在探头和检测面之间的液体薄层称为耦合剂。当探头和试件之间有一层空气时，超声波的反射率几乎为100%，即使很薄的一层空气也可以阻止超声波传入试件。耦合剂可以填充探头与试件间的空气间隙，使超声波能够传入试件，这是使用耦合剂的主要目的。除此之外，耦合剂有润滑作用，可以减少探头和试件之间的摩擦，防止试件表面磨损探头，并使探头便于移动。(2）常用耦合剂常用耦合剂有水、甘油、全损耗系统用油、变压器油、化学浆糊等。=1\*GB3①水的优点是来源方便；缺点是容易流失，容易使试件生锈，有时不易润湿试件。液浸检测中最常使用水作耦合剂，使用时可加入润湿剂和防腐剂等。=2\*GB3②甘油的优点是声阻抗大、耦合效果好；缺点是要用水稀释，容易使试件形成腐蚀坑，价格较贵。=3\*GB3③全损耗系统用油（俗称机油）和变压器油的附着力、粘度、润湿性都较适当，也无腐蚀性，价格不贵，因此是最常用的耦合剂。本文焊缝检测也是使用此机油作为耦合剂。=4\*GB3④化学浆糊的耦合效果比较好，也是一种常用的耦合剂。3焊缝的选择及常见缺陷类型介绍3.1焊缝的选择随着工业和科技的不断发展,焊缝超声波检测的主要方法和技术要点也日益提高，焊接接头形式有等厚平板对接、变截面平板对接、角型接、T型接等。本文检测的零件为对接接头式的焊缝，实物图如图3-1所示。焊接接头的缺陷包括外部缺陷和内部缺陷，外部缺陷有：焊缝尺寸不符合要求、未焊透、咬边、焊瘤、表面气孔、表面裂纹等，通常采用目视检测、磁粉检测、渗透检测等方法对这些缺陷进行检测；内部缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等，如图3-2所示，图3-1厚度为16mm钢板焊缝超声检测主要目的是为了检测出焊接接头中存在的内部缺陷。3.2常见的焊缝缺陷类型简单介绍(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内所形成的空穴。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。气孔大多呈球形或椭圆形。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部分金属未完全熔透的现象。产生未焊透的主要原因是焊接电流过小，运条速度太快或焊接规范不当（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)未熔合未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。未熔合分为坡口面未熔合和层间未熔合图3-2焊接中常见缺陷(4)夹渣夹渣是指焊后残留在焊缝金属内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。按裂纹的取向可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、未熔合是平面缺陷，危害性大。在焊缝探伤中，由于余高的影响及焊缝中裂纹、未焊透、未熔合等危害性大的缺陷往往与检测面垂直或成一定的角度，因此一般采用斜射横波接触法，在焊逢两侧进行扫查。4超声波检测的过程4.1检测前的准备(1)选择探头1）K值的选择探头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；使声束中心线尽量与主要危险性缺陷垂直；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4-1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6.3m，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。而本次设计用到的耦合剂是机油。4.2探头测定与仪器的调节(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最高时斜楔底图4-2用CSK-IA试块斜探头入射点的测试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-MR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。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=tgβsK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4-3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。图4-4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：l1=KR50/²l2=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。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ΔΔ=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：d1=R50/²d2=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ΔΔ=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。4.3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4-5距离-波幅(dB)曲线如图4-5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。不同板厚范围的距离—波幅曲线的灵敏度见下表：试块板厚mm测长线定量线判废线CSK--IIIA8~15ф1*6-12dBф1*6-6dBф1*6+2dB>15~46ф1*6-9dBф1*6-3dBф1*6+5dB表4-1JB4730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5-2，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4-2。3）利用表4-2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。距离（孔深）mm10203040506070波幅(dB)Ф1*648433935.5322926.5Ф1*6+5-4dB（RL）49444036.5333027.5Ф1*6-3-4dB（SL）41363228.5252219.5Ф1*6-9-4dB（EL）35302622.5191613.5表4-2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）(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4-2可知深度60处的测长线灵敏度为16dB，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26dB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。4.4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5-6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4-6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（10～3