第9章焊接接头超声检测

Xi'anPolytechnicUniversity第9章焊接接头超声检测主讲：王秋萍19.1焊接加工及常见缺陷焊接过程

接头形式坡口形式常见缺陷Xi'anPolytechnicUniversity2一.焊接过程1.焊接

焊接是指通过加热或加压，或者两者兼用，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。2.常用的焊接方法熔焊、压焊、钎焊或特种焊接等。超声检测的主要对象是熔焊焊接接头。3.焊接过程

焊接过程实际是一个冶炼和铸造过程，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。Xi'anPolytechnicUniversity3二.接头形式金属熔化焊焊接部位的总称叫焊接接头，简称接头，包括焊缝、热影响区和邻近母材等不同部位。a)对接接头b)角接接头c)T形接头d)搭接接头Xi'anPolytechnicUniversity4三.坡口形式根据设计或工艺需要，焊接前将母材焊口边缘加工并装配成一定的几何形状，这种形状称为坡口形式。a)I形b)V形c)X形d)U形e)单边V形f)K形Xi'anPolytechnicUniversity5Xi'anPolytechnicUniversity对接接头的坡口工艺图6

V形坡口各部分名称1—表面2—背面3—坡口角4—根部面(钝边)5—倾斜角6—坡口面7—根部高度8—根部间隙Xi'anPolytechnicUniversity7

V形坡口焊接接头各部分的名称1—焊缝宽度2—焊道边缝3—母材4—根部5—焊缝金属6—余高7—热影响区8—焊趾Xi'anPolytechnicUniversity8四.常见焊缝缺陷Xi'anPolytechnicUniversity焊接接头常见缺陷主要有不连续性、几何偏差、冶金不均匀性。其中不连续性主要有气孔、夹渣、未焊透、未熔合及裂纹等。密集型气孔根部裂纹9Xi'anPolytechnicUniversity未熔合：焊缝金属与母材之间或焊道金属之间未完全熔化的现象称为“未熔合”。主要分为：侧壁未熔合、层间未熔合，根部未熔合。侧壁未融合层间未熔合10Xi'anPolytechnicUniversity未焊透：实际熔深小于公称熔深而形成的差异部分称为“未焊透”。主要是根部未焊透。根部未焊透119.2钢制承压设备对接焊接接头的超声检测

焊接接头的超声检测技术等级的选择检测方法和检测条件的选择标准试块超声检测仪扫描速度的调节距离-波幅曲线和灵敏度调节扫查方式缺陷的评定和质量分级Xi'anPolytechnicUniversity121.A级检测

A级检测技术要求如下：A级检测仅适用于母材厚度为8～46mm的焊接接头检测，一般用一种K值探头，可采用直射波法和一次反射波法（或称二次波法）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。

JB/T4730.3-2005《承压设备无损检测第3部分：超声检测》中规定：“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。”一.焊接接头的超声检测技术等级的选择Xi'anPolytechnicUniversity13

直射波法：用一次波直接扫查焊缝根部的探伤方法。Xi'anPolytechnicUniversity

一次反射波法：用二次波直接扫查焊缝区域的探伤方法。142.B级检测

B级检测技术要求如下：(1)母材厚度为8～46mm时，一般用一种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双侧进行检测。Xi'anPolytechnicUniversity一次波二次波15(2)母材厚度为46～120mm时，一般用一种K值探头，采用直射波法在焊缝接头的双面双侧进行检测。(3)母材厚度为120～400mm时，一般用两种K值探头，采用直射波法在焊缝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10º。(4)为检测焊接接头及热影响区的横向缺陷应进行斜平行扫查。Xi'anPolytechnicUniversity163.C级检测：C级检测技术要求如下：

(1)采用C级检测时应将焊接接头的余高磨平，对接接头两侧斜探头扫查经过的母材区域要用直探头进行检测。(2)母材厚度为８～46mm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缝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10º，其中一个折射角应为45º。(3)母材厚度为46～400mm时，一般用两种K值探头，采用直射波法在焊缝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10º。(4)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作两个方向的平行扫查。Xi'anPolytechnicUniversity17二.检测方法和检测条件的选择1.检测面的准备

检测面包括检测区和探头的移动区。检测区的宽度应是焊缝本身加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区域δ，δmin=5mm，δmax=10mm。δ若T=15mm，则δ=15×30%=4.5mm

→5mm。若T=20mm，则δ=20×30%=6mm。若T=50mm，则δ=50×30%=15mm

→10mm。Xi'anPolytechnicUniversity18跨距：

P=2TK=2x

或P=2Ttanβ=2x

当采用一次反射波法检测时，探头移动区域大于或等于1.25P。当采用直射法检测时，探头移动区域大于或等于0.75P。Xi'anPolytechnicUniversityβxP192.耦合剂的选择

在焊缝检测中，常用的耦合剂材料有水、甘油、机油、变压器油、化学糨糊盒润滑脂等。(1)在焊缝自动检测中，常用水作为耦合剂，这是因为水的流动性好，传输方便，价格便宜。使用时可加入润滑剂和防腐剂等。(2)机油和变压器油的附着力、粘度、润湿性都较合适，也无腐蚀性、价格也不贵，因此是最常用的耦合剂。Xi'anPolytechnicUniversity20由于A、B级焊缝余高的存在和斜探头前沿的影响，一次波只能检测到焊缝中下部。当焊缝宽度较大，若斜探头的K值选择较小，则一次波无法检测到焊缝中下部。因此斜探头K值的选择应考虑以下三个方面：

特种设备焊缝一般晶粒较细，且超声波各向同性。因此检测波型一般为横波，频率为2.5～5MHz。(1)斜探头的声束应能扫查得到整个检测区截面；(2)斜探头的声束中心应尽量与该焊缝可能出现的危险性缺陷垂直；(3)尽量使用一次波判断缺陷，减少误判并保证有足够的检测灵敏度。Xi'anPolytechnicUniversity3.探头频率和K值的选择：21为保证能检测到整个检测区截面，必须满足:d1+d2≤T所以有:讨论:对于单面焊缝，b可忽略，此时:K≥(a+l0)/TXi'anPolytechnicUniversity用一、二次波单面检测双面焊焊缝时声束覆盖情况：224.探头晶片尺寸的选择

对于板厚较大的焊缝检测，可使用晶片尺寸较大的探头。对于板厚较小的焊缝检测，应选择晶片尺寸较小的探头。(1)由θ0=acrsin(λ/D)可知，D越大，θ0将越小，波束指向性越好，超声能量就会越集中。(2)由N=D2/4λ可知，随着D的增大，N也将迅速增大。(3)D越大，辐射的超声能量也就越大，探头未扩散区扫查范围也将变大，而远距离扫查范围相对就会变小，发现远距离缺陷的能力就会增强。Xi'anPolytechnicUniversity235.母材的检测a)母材内部存在分层可能造成漏检因此，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的缺陷存在。该项检测仅作记录，不属于对母材的验收检测。Xi'anPolytechnicUniversityb)母材内部存在分层可能造成误判24母材检测的要点如下：(1)

检测方法：接触式脉冲反射法，采用频率2～5MHz的直探头，晶片直径10～25mm。(2)

检测灵敏度：将无缺陷处第二次底波调节为示波屏满刻度的100%。(3)

记录要求：凡缺陷信号幅度超过示波屏刻度20%的部位，应在工件表面作出标记，并予以记录。Xi'anPolytechnicUniversity25三.标准试块超声检测焊接接头用的标准试块可用来校准系统性能和检测灵敏度。Xi'anPolytechnicUniversityCSK-ⅠA试块——适用壁厚范围为6～120mm的焊接接头。

26Xi'anPolytechnicUniversityCSK-ⅡA——试块适用壁厚范围为6～120mm的焊接接头

27Xi'anPolytechnicUniversityCSK-ⅢA试块——适用壁厚范围为6～120mm的焊接接头

28Xi'anPolytechnicUniversityCSK-ⅣA试块——适用壁厚范围为120～400mm的焊接接头

29表9-2CSK-ⅣA试块尺寸(mm)CSK-ⅣA被检测工件厚度对比试块厚度T标准孔位置b标准孔直径dNo.1>120~150135T/4、T/26.4（1/4in）No.2>150~200175T/4、T/27.9（5/16in）No.3>200~250225T/4、T/29.5（3/8in）No.4>250~300275T/4、T/211.1（7/16in）No.5>300~350325T/4、T/212.7（1/2in）No.6>350~400375T/4、T/214.3（9/16in）30四、超声检测仪扫描速度调节Xi'anPolytechnicUniversity声程调节法水平调节法深度调节法31声程法能使示波屏水平刻度值直接显示反射体实际声程。焊缝检测中常用CSK-IA和半圆试块来调整。1.声程法Xi'anPolytechnicUniversity半圆试块利用半圆试块调整时，探头对准R50圆弧面，调节仪器使B1、B2分别对准水平刻度0、100，然后调“脉冲移位”使B1对准50即可。322.水平法

(1)利用CSK-ⅢA试块横孔反射法：按τ:x=1:1调节。设K=1.5，d1=20mm，d2=60mm，则对应的水平刻度分别为：水平法能使示波屏水平刻度值直接显示反射体的水平投影。焊缝检测中常用CSK-ⅠA、CSK-ⅡA、CSK-ⅢA和半圆试块来调整。Xi'anPolytechnicUniversity调节方法：调节仪器使深度为d1、d2的Φ1mm×6mm横孔的回波A、B分别对准水平刻度30、90，这时水平距离扫描速度1:1就调好了。33

(2)CSK-ⅢA试块边角反射法：该方法是利用试块上边角和下边角进行定位的一种方法。Xi'anPolytechnicUniversity调节方法：将探头放在试块上前后移动，找到下边角最大反射波H1，同时量出水平距离l1。调节仪器使H1

对准水平刻度l1。然后移动探头找到上边角的最大反射波H2，同时量出水平距离l2。调节仪器使H2

对准水平刻度l2。343.深度法利用CSK-ⅢA试块横孔反射法：

按τ:x=1:1调节。设d1=40mm，d2=80mm。深度法能使示波屏水平刻度值直接显示反射体的垂直深度。焊缝检测中常用CSK-ⅠA、CSK-ⅡA、CSK-ⅢA和半圆试块来调整。Xi'anPolytechnicUniversity调节方法：移动探头使之分别对准A、B两个横孔。反复调节脉冲移位和微调旋钮，使两孔的最高回波分别对准水平刻度40、80，则深度1:1就调好了。351.距离-波幅曲线距离-波幅曲线是描述某一特定反射体回波高度随距离变化关系的曲线。由评定线、定量线和判废线组成，分三个区。可在CSK-ⅡA

、CSK-ⅢA

或CSK-ⅣA

试块上制作。可进行灵敏度的调整和缺陷当量尺寸的评定。Xi'anPolytechnicUniversity五.距离-波幅曲线的制作和灵敏度调整362.不同壁厚的距离-波幅曲线灵敏度选择CSK-ⅡA试块Xi'anPolytechnicUniversity37CSK-ⅡA试块CSK-ⅢA试块Xi'anPolytechnicUniversity38Xi'anPolytechnicUniversity39Xi'anPolytechnicUniversity403.距离-波幅曲线的绘制方法及其应用距离-dB曲线面板曲线Xi'anPolytechnicUniversity41(1)距离-dB曲线的绘制（例：板厚T=30mm。）

→测定探头入射点和K值，并根据板厚调节扫描速度(1:1)

→测定CSK-ⅢA试块不同距离处横孔的dB值并填入表格。Xi'anPolytechnicUniversity42Xi'anPolytechnicUniversity→利用表中数据，以孔深为横坐标，以dB值为纵坐标绘图。43

2)调整检测灵敏度：标准要求焊接检测灵敏度不低于评定线。

距离-dB曲线的应用

1)了解反射体波高与距离之间的对应关系。

调节方法：本例中T=30mm，评定线为φ1×6-9dB，二次波检测最大深度为60mm。由表中数据可得，扫查灵敏度为29dB，将衰减器调到29dB即可。Xi'anPolytechnicUniversity44

3)比较缺陷大小。

比较方法：如检测中发现两缺陷，缺陷1：df1=30mm，波高为45dB；缺陷2：df2=50mm，波高为40dB。缺陷1的当量为φ1×6+45-47=φ1×6-2dB，缺陷2的当量为φ1×6+40-41=φ1×6-1dB，由此可得缺陷1小于缺陷2。45

4)确定缺陷所处的区域。

比较方法：如检测中发现两缺陷，缺陷1：df1=20mm，波高为45dB；缺陷2：df2=60mm，波高位40dB。缺陷1的波高为45dB<47dB，在定量线以下，即在Ⅰ区。缺陷2的当量为35dB<40dB<43dB，在定量线以上判废线以下，即在Ⅱ区。46(3)面板曲线的绘制→测定探头入射点和K值，并根据板厚调节扫描速度(1:1)→探头对准CSK-ⅢA试块上深为10mm处φ1×6横孔找到回波，调至满幅的100%，在面板上标记波峰对应的点①，并记下此时的dB值N。→固定增益旋钮和衰减器，分别检测的深度为20、30、40、50、60mm的φ1×6横孔找到回波，在面板上标记相应的波峰对应的点②、③、④、⑤、⑥，然后连点成线，得到一条φ1×6参考曲线，即面板曲线。47

面板曲线的应用1)调整灵敏度：若工件厚度在15～46mm范围内，评定线为φ1×6-9dB，只要在N(如30dB)的基础上降低9dB，即衰减器读数为21dB，此时灵敏度调好。482)确定缺陷所处区域：检测时若缺陷回波低于参考线，则说明缺陷波低于评定线，可以不考虑。若缺陷波高于参考线，则用衰减器将缺陷波调至参考线，根据衰减的dB值求出缺陷的当量和区域。例如：+4dB，则缺陷当量为φ1×6-9+4=φ1×6-5dB，在Ⅰ区。+8dB，则缺陷当量为φ1×6-9+8=φ1×6-1dB，在Ⅱ区。+16dB，则缺陷当量为φ1×6-9+16=φ1×6+7dB，在Ⅲ区。49六.扫查方式1.锯齿形扫查Xi'anPolytechnicUniversity扫查的目的是为了寻找和发现缺陷。锯齿形扫查是手工超声检测中最常用的扫查方式，往往作为检测纵向缺陷的初始扫查方式，速度快，易于发现缺陷。作锯齿形扫查时，斜探头应垂直于焊缝中心线放置在检测面上。502.前后、左右、转角、环形扫查Xi'anPolytechnicUniversity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，可采用以下四种基本扫查方式。前后与左右扫查：当用锯齿形扫查发现缺陷后，可用前后与左右扫查找到缺陷的最大回波处，用前后扫查来确定缺陷的水平距离或深度，用左右扫查来确定缺陷沿焊缝方向的长度。转角扫查：利用转角扫查推断缺陷的方向。环绕扫查：利用环绕扫查大致推断缺陷的形状。513.检测横向缺陷的扫查方式Xi'anPolytechnicUniversity平行扫查：对于磨平的焊缝，可将斜探头直接放在焊缝上作平行扫查。斜平行扫查：对于有余高的焊缝可在焊缝两侧边缘，使探头与焊缝成一定角度(10º)作斜平行扫查。交叉扫查：对于电渣焊的人字横裂，可用K1斜探头在焊缝两侧45º方向作交叉扫查。524.双探头扫查方式Xi'anPolytechnicUniversity串列扫查：对厚壁焊缝检测时，在焊缝的一侧，将一发一收两个斜探头同方向一前一后放置，作等间隔移动，以检测垂直检测面的缺陷。V形扫查：对平板对接焊缝检测时，在焊缝的两侧各放置一个探头，两个探头一发一收，作垂直于焊缝中心线的相向移动，以检测平行于检测面的缺陷。53扫查间距：指相邻扫查线(探头移动的路线)之间的距离(锯齿扫查为齿距)。一般不大于探头晶片直径或探头声束宽度的一半。Xi'anPolytechnicUniversity交叉扫查：对平板对接焊缝检测时，在焊缝的两侧各放置一个探头，使两个探头的声束轴线相交于要检测的部位，两个探头一发一收，在焊缝两侧作平行于焊缝中心线的相向移动，以检测横向缺陷。扫查速度：焊缝手工检测的扫查速度不应大于150mm/s。54七.缺陷的评定和质量分级Xi'anPolytechnicUniversity1.缺陷的评定缺陷位置的评定(水平位置和深度)缺陷大小的评定(测长法---6dB法)缺陷幅度的确定(距离-波曲线)55Xi'anPolytechnicUniversity799516314.9895Ⅱ56Xi'anPolytechnicUniversity操作步骤：按照JB/T

4730.3-2005

标准，输入相应的曲线标准。57Xi'anPolytechnicUniversity操作步骤：扫查→观察回波高度→80%→测量→记录数据58Xi'anPolytechnicUniversity操作步骤：扫查→观察回波高度→80%→测量→记录数据59Xi'anPolytechnicUniversity操作步骤：扫查→观察回波高度→80%→测量→记录数据60Xi'anPolytechnicUniversity操作步骤：扫查→观察回波高度→80%→测量→记录数据61Xi'anPolytechnicUniversity操作步骤：扫查→观察回波高度→80%→测量→记录数据62Xi'anPolytechnicUniversity(1)JB/T4730.3-2005

标准将焊接接头质量级别分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个等级，其中Ⅰ级质量最高，Ⅲ级质量最低。2.质量分级63Xi'anPolytechnicUniversity

例1：检测厚度T=20mm的对接接头，发现Ⅱ区有一缺陷波，其指示长度为

L=14mm，试根据JB/T4730.3-2005标准评定该焊缝质量级别。解：(1)由已知得：缺陷反射波幅位于Ⅱ区。(2)由已知得：缺陷指示长度L=14mmT=20mm∈(6mm,30mm)

T/3=20/3=6.7mm→10mm<L=14mm，不符合Ⅰ级，应考虑Ⅱ级。T=20mm∈(18mm,60mm)，2T/3=13.4mm<L=14mm，不符合Ⅱ级。(3)根据JB/T4730.3-2005标准，超过Ⅱ级者质量为Ⅲ级。所以该焊接接头质量级别为Ⅲ级。64Xi'anPolytechnicUniversity例2：检测T=45mm的对接接头，发现波幅为φ1×6+2dB、指示长度为12mm的条状缺陷3个且位于同一直线上，其间距均为7mm，试据JB/T4730.3-2005标准评定该焊缝质量级别。解：(1)缺陷反射波幅所处区域

T=45mm，定量线为φ1×6-3dB，判废线为φ1×6+5dB，该缺陷当量为φ1×6+2dB，位于Ⅱ区。(2)缺陷指示长度计算相邻缺陷间距均为7mm，小于相邻缺陷的指示长度12mm，应以缺陷之和作为单个缺陷，则缺陷总长度为：L=12×3=36mm。(3)质量评级由已知得：T/3=45/3=15mm<L，不符合Ⅰ级，应考虑Ⅱ级。2T/3=30mm<L=36mm，不符合Ⅱ级，故该焊接接头质量级别为Ⅲ级。65Xi'anPolytechnicUniversity例3：检测T=40mm的对接接头，发现一个缺陷，其当量为φ2×40-2dB，长为10mm，试评定该焊接接头的质量级别。解：(1)缺陷反射波幅所处区域

T=40mm，定量线为φ2×40-12dB，判废线为φ2×40-4dB，该缺陷当量为φ2×40-2dB，位于Ⅲ区。(2)质量分级：根据JB/T4730.3-2005标准，缺陷位于Ⅲ区，焊接接头的质量为Ⅲ级。66Xi'anPolytechnicUniversity(2)GB11345-89标准将焊缝质量级别分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ