導讀

 

注意文中涉及標準可能存在廢止或作者個人觀點，本文作為思路及知識交流引導使用，且勿在實際工作中使用，若需要驗證請按照最新標準展開。

 

由于焊縫有增強量、表面凹凸不平，以及焊縫中危險性缺陷(裂縫、未焊透)大多垂直于板面，所以，對接焊縫超聲波探傷基本方法一般都利用斜探頭在焊縫兩側與鋼板直接接觸后所產生的折射橫波進行探測，見圖4-4所示。

 

（圖4-4 焊縫探傷一般方法）

 

一、探測面的修整

 

為保證整個焊縫截面都被超聲波束掃查到，探頭必須在探測面上左右、前后移動，為此，通常要對探測面進行修整。

 

探測面上的焊接飛濺、氧化皮、銹蝕等應清理掉。

 

清理的方法可用鏟刀、鋼絲刷、砂輪等使鋼板露出金屬光澤。

 

探測面的修整寬度按GB11345-89標準規定：

 

a.用一次(直射)波法掃查，則焊縫兩測的修整寬度(探頭移動區)應大于0.75P：

 

P=2TK 

 

式中：T為母材厚度；K為斜探頭折射角的正切(K=tgβ)。

 

b.用一次反射波法，在焊縫兩面兩側掃查，故修整寬度大于1.25P。

 

二、耦合劑的選用

 

為使超聲波能順利傳入工件，在探傷前必須在探測面上涂上耦合劑，常用的耦合劑有機油、化學漿糊、水、甘油等。

 

耦合劑的選用應考慮：

 

①工件表面光潔度和傾斜角度；

 

②探測頻率；

 

③耦合劑的聲透性能；

 

④保存和使用的方便性；

 

⑤經濟性和安全等。

 

各種耦合劑在工件表面光潔度較高時，其聲透性能一般相差不大，當工件表面光潔度較差時，選用聲阻抗較大的耦合劑，如甘油，可獲得較好的聲透性能。

 

三、探頭的選擇

 

探頭選擇主要指探頭角度和頻率的選擇

 

1.探頭角度的選擇

 

對于鋼質材料，為保證純橫波探測，探頭的入射角應在第一臨界角(27.5°)和第二臨界角(57°)之間，即 27.5°<a<57°。

 

國內過去使用的探頭均以入射角標稱，如：30°、40°、45°、50°、55°等。

 

考慮到為使缺陷定位計算方便，故均改用k值探頭(k=tgβ)如k=0.8、k=1、k=1.5、k=2、k=2.5、k=3等。

 

國外則普遍用折射角標稱，如β=35°、β=45°、3=60°、β=70°、β=80°等。

 

為保證整個焊縫截面為聲束覆蓋，當用一次波和二次波探測時，探頭的K值尚須滿足下式(見圖4-5)：

 

K≥(a+b+l)/T

 

式中：a為上焊縫寬度的一半；b為下焊縫寬度的一半；l為斜探頭的前沿距離；T為工件板厚。

 

從圖4-5中可以看出：

 

（圖4-5 探頭K值選擇）

 

y1=(a+l)/K；y2=b/K

 

為保證整個焊縫截面掃查，必須要求y1+y2≤T，這樣，

 

y1+y2=(a+b+l)/K≤T

 

∴K≥(a+b+l)/T

 

如果y1+y2>T，則焊縫中間就有一小塊棱形面積，無法為超聲中心束掃查到，缺陷可能漏檢。

 

一般斜探頭折射角根據工件厚度選擇，原則上薄工件采用大折射角，這樣，聲程距離拉開，可提高分辨率和定位精度。

 

厚工件則采用小折射角，以減少打磨寬度；同時，可縮短聲程，保證探測靈敏度。

 

另外，如果從探測垂直于板面的縫裂考慮，角度越大聲束中心線與缺陷越接近垂直，則缺陷反射波越高，所以越有利。

 

各種焊縫探傷標準均對探頭角度有具體規定。JB1152-8l標準規定的探頭角度分別如表4-1。

 

表4-1 JB1152-81標準規定

板厚(mm)	K值
8~25	3.0~2.0
＞25~46	2.5~1.5
＞46~120	2.0~1.0

 

2.探測頻率的選擇

 

探測頻率增高，則其波長減小，可檢測的缺陷極限尺寸也小，一般為λ/2。

 

從這一角度出發，則頻率增高，有利于缺陷檢出。

 

另一方面，焊縫中的危險性缺陷大都與超聲束入射方向成一定角度，在這種情況下，若頻率過高，則缺陷的反射指向性也越好，回波反而不易被探頭接收，故頻率不宜太高。焊縫探傷的探測率一般為2MHz~5MHz。

 

JB1152-81標準規定：探測頻率一般采用2.5MHz，板的厚度較薄時可采用5MHz。

 

GBl1345-89標準規定：檢驗頻率f一般在2-5MHz范圍內選擇,推薦選用2-2.5MHz公稱頻率檢驗。

 

四、探頭移動方式

 

焊縫探傷中探頭移動的基本方式有左右移動、前后移動、定點轉動和環繞(即擺動)運動四種。

 

前后移動、左右移動和定點轉動結合使用時，就成為鋸齒形掃查。除此之外，為檢測橫向裂縫，還有斜平行掃查、交叉掃查和在焊縫上掃查。

 

為檢測厚板中垂直于板面的裂縫和未焊透，須進行串列式掃查等。

 

焊縫探傷中常用的探頭移動方法見相關標準內容示意。

 

一般使用鋸齒形掃查來檢查工件中缺陷的有無；使用左右掃查進行缺陷指標長度的測定；使用前后掃查，結合左右掃查可以找到缺陷的最高回波，進行缺陷定位和缺陷波高的測定；使用定點轉動和環繞運動來推斷缺陷的形狀，進行缺陷性質的判定。

 

五、探測靈敏度的選定

 

探測靈敏度決定了檢測缺陷的能力。

 

靈敏度高，檢測缺陷的能力大；靈敏度低，檢測缺陷的能力也低。

 

若要把焊縫中所有缺陷都能檢查出來，靈敏度應選得越高越好，但實際上受工件材質、表面狀況和儀器性能的限制，檢測靈敏度有一定的限度。

 

同時，焊接構件的使用狀態不同，質量要求亦不一樣。

 

具體的探測靈敏度在標準中均有規定。例如，JB1152-81標準規定為中Φ2x40-18dB(適用于板厚8~46mm)和Φ2x40-14dB(適用于板厚>46~120mm)等。

 

用K2斜探頭對板厚為10~24mm對接焊縫中存在的自然缺陷進行探測，其缺陷反射波高測定的大致情況如表4-2所示。

 

根據表4-2可以大致推定：

 

用JB1152-81的檢測靈敏度，當板厚<46mm時可檢測的自然缺陷約為1.5mm的氣孔和2mm以上的夾渣。見圖4-6所示。

缺陷情況	反射波高
0.5mm氣孔	Φl-15dB
1mm氣孔	Φl-10dB
1.5mm氣孔	Φl-7dB
3mm氣孔	Φl-5dB
3mm夾渣	Φl-5dB
5mm夾渣	Φl-2dB
未焊透（粗）	Φl+5dB
未焊透（細）	Φl-(4~9)dB
裂縫（大）	Φl+5dB
微裂縫	Φl-(3~10)dB

（表4-3 各種自然缺陷的反射波高）

 

（圖4-6 焊縫自然缺陷和回波高度）