作 业 指 导 书超声波探伤编制:批准:日期:2014年06月01日实施焊缝手动超声波探伤前 言1 适用范围本作业指导书适用于母材厚度不小于8mm的铁素体类钢全焊透熔化焊对接焊缝脉冲反射法手工超声波检验2 引用标准GB/T 11345-2013《焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级和评定》GB/T 29712-2013《焊缝无损检测 超声检测 验收等级》JC/T 203-2007《钢结构超声波探伤及质量分级法》GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》第一节 焊接加工及常见缺陷一、焊接加工1、焊接方法:有手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊、电渣焊、气焊(氧气+乙炔)焊接过程实际上是一个冶炼和铸造过程利用电能或其它能量产生高温熔化金属,形成熔池,熔融金属在熔池中经冶金反应后冷却,将两母材牢固的结合在一起,形成焊接接头焊接过程中,其焊弧温度高达6000℃,相当于太阳表面温度熔池温度也在1200℃以上因局部高温带来以下问题:易氧化;产生夹渣;渗入气体(空气中氧、氮);产生应力为防止有害气体渗入,手工电弧焊是利用外层药皮高温时分解产生的气体形成保护埋弧焊和电渣焊是利用固体或液体焊剂作为保护层。
气体保护焊是利用氩气或二氧化碳气(惰性气体)作保护层2、接头形式:有对接接头、角接接头、T型接头和搭接(搭接接头在锅炉压力容器中不允许采用) 对接接头 角接接头 T型接头 搭接接头3、坡口形式:I型、V型、U型、X型、K型为保证两母材焊接时能完全熔合,焊前将母材加工成一定的坡口形状,使其有利于焊接实施其形状和各部名称如下: 坡口角度 坡口面 钝边 根部间隙坡口目的 ———— 保证全熔透,减少填充量钝边目的 ———— 保证全熔透,防止咬边间隙目的 ———— 保证全熔透,控制内凹、未焊透二、焊缝中常见缺陷及产生原因1、 焊缝常见缺陷 :气孔、夹渣、夹钨、内凹、焊瘤、烧穿、未焊透、未熔合、裂纹等2、 缺陷形成及产生原因:a. 气孔 —— 熔池冷却凝固之前来不及逸出残留气体(一氧化碳、氢气)而形成的空穴。
因焊条焊剂烘干不够;坡口油污不干净;防风不利导致电弧偏吹;保护气体作用失效等原因所至b. 夹渣 —— 残留在焊缝内的溶渣或非金属夹杂物(氮化物、硅酸盐)因坡口不干净;层间清渣不净;焊接电流过小;焊接速度过快;熔池冷却过快,熔渣及夹杂物来不及浮起等原因导致c. 未焊透 —— 接头部分金属未完全熔透因焊接电流小;焊速过快;坡口角度小;间隙小;坡口加工不规范;焊偏;钝边过大等原因所至d. 未熔合 —— 填充金属与母材或填充金属之间未熔合在一起因坡口不干净;电流小;运条速度快;焊条角度不当(焊偏)等原因所至e. 夹钨 —— 钨熔点高,未熔化并凝固在焊缝中因不熔化极氩弧焊极脱落导致f. 内凹 —— 表面填充不良因焊条插入不到位g. 裂纹 —— 焊接中或焊接后,在焊缝或母材的热影响区局部的缝隙破裂热裂纹——焊缝金属从液态凝固到固体时产生的裂纹(晶间裂纹);因接头中存在低熔点共晶体,偏析;由于焊接工艺不当所至冷裂纹——焊接成形后,几小时甚至几天后产生(延迟裂纹)产生原因:相变应力(碳钢冷却过快时,产生马氏体向珠光体、铁素体过渡时产生);结构应力(热胀冷缩的应力、约束力越高应力越大,这是低碳钢产生冷裂纹的主要原因。
忌强力装配)和氢脆(氢气作用使材料变脆,壁厚较大时易出现)所至再热裂纹——再次加热产生3、 缺陷在设备服役中的危害:一般危害 —— 气孔;夹渣;内凹 (焊缝截面强度降低,腐蚀后造成穿孔、泄漏)严重危害 —— 裂纹;未熔合;未焊透 未熔合:面状缺陷,应力集中,易产生裂纹 未焊透:垂直于焊缝,根部未焊透易腐蚀;有发展裂纹趋势 裂纹:尖锐的面状缺陷,达临界深度即断裂失效第二节 平板对接焊缝超声波探伤焊缝的超声波检测———可用直射声束法或斜射声束法(无需磨平余高)进行检测实际探伤中,超声波在均匀物质中传播,遇缺陷存在时,形成反射此时缺陷即可看作为新的波源,它发出的波被探头接收,在荧光屏上被解读标准规定缺陷长度的测定是以缺陷波端点在某一灵敏度(定量线)下,移动探头,该波降至50%时为缺陷指示长度,以此作为判定依据而此时正是探头中心对准缺陷边缘时的位置缺陷越小,缺陷回波越不扰乱探头的声场;由扫查法(此时用移动探头测定缺陷长度)测定缺陷尺寸不正确(适用当量法)此法测定的不是缺陷尺寸,而是声束宽度惠更斯原理称:波动是振动状态的传播,如果介质是连续的(均匀介质可连续传递波动),那么介质中任何质点的振动都将引起邻近质点的振动,邻近质点的振动又会引起较远质点的振动。
因此波动中任何质点都可以看作是新的波源当探测小于探头晶片尺寸的缺陷时,其指示长度与探头直径相近)一、探伤条件选择 1. 根据图纸、合同要求选用规范、标准确定检测技术等级(A级;B级;C级) 2. 频率选择:一般焊缝的晶粒较细,可选择较高频率;2.5~5.0MHz对板厚较薄焊缝,采用高频率,提高分辨力对厚板焊缝和材质衰减明显的焊缝,应采用较低频率探伤,以保证探伤灵敏度 3. K值选择: ① 使主声束能扫到整个焊缝截面; a. 要素 ② 使声束中心线尽量与主要危害性缺陷垂直; ③ 保证有足够的探伤灵敏度 a L0 b b. 公式: K≥ a+b+L0 T(不能满足此条件,中间有一主声束扫查不到的菱形区域。
这一区域内缺陷可能漏检);副声速也可能扫到,但找不到最高波,无法定量焊缝宽度对K值选择有影响在条件允许(探伤灵敏度足够)的情况下,应尽量采用大K值探头 c. 根据工件厚度选择K值: 薄工件采用大K值探头,避免近场探伤,提高定位、定量精度厚工件采用小K值探头,以缩短声程,减小衰减,提高探伤灵敏度同时还可减少打磨宽度推荐K值 工件厚度 mm K值 6~25 3.0~2.0 >25~46 2.5~1.5>46~120 2.0~1.0>120~400 2.0~1.0 d. K值会因工件声速变化(斯涅尔定律)和探伤中探头的磨损而产生变化所以要经常K值进行校验变化规律:声速快,K值变大;探头后面磨损大,K值变大4. 试块选择: NB/T47031-2015标准中规定的标准试块有;CSK-ⅠA;CSKⅡA;CSKⅢA;CSKⅣ。
CSK-ⅠA试块用于超声波仪器、探头系统性能校准和检测校准CSKⅡA;CSKⅢA;CSKⅣ试块用于超声波检测校准CSKⅡA;CSKⅣ试块的人工反射体为长横孔长横孔反射波在理论上与焊缝的光滑的直线熔渣相似同时,利用横孔对不同的声束折射角也能得到相等的反射面;但需要不同深度对比孔,适应不同板厚的焊缝检测长横孔远场变化规律,因距离变化,其变化规律更类似于未焊透在长横孔试块上绘制曲线,测定灵敏度,适用未焊透类缺陷的控制长横孔变化规律:(不适合近场) △dB = 10lg Df1 X23 Df2 X13CSKⅢA试块的人工反射体为短横孔短横孔远场变化规律,因距离变化,其变化规律似球孔以此绘制曲线,灵敏度可有效的控制点状缺陷但此灵敏度对条状缺陷偏严对中厚板检测灵敏度偏高短横孔变化规律:(不适合近场) △dB = 10lg Df1 X24 Df2 X14两种反射体试块因反射体类型不同,两者灵敏度不相同反射规律不同,曲线规律亦不同所控制检测对象不同故二者不得混用5. 耦合剂:在超声波直接接触法探伤中,探头和被检物之间不加入合适的耦合剂,探伤是无法完成的。
耦合剂可以是液体、半液体或粘体并应具备下列性能: a. 在实际检测中能提供可靠的声耦合; b. 使被检物表面与探头表面之间润湿,消除两者之间的空气; c. 使用方便; d. 不会很快地从表面流溢; e. 提供合适的润滑,使探头在被检物表面易于移动; f. 耦合剂应是均匀的,且不含有固体粒子或气泡; g. 避免污染,并且没有腐蚀、毒性或危害,不易燃; h. 在检测条件下,不易冻结或汽化; i. 检测后易于清除常用耦合剂有机油;糨糊;甘油;润滑脂(黄油);水机油不利于清除,还给焊缝返修带来不利糨糊更有利于垂直、顶面探伤耦合剂的另一重要特性是其声阻抗值应介于探头晶片与被检材料声阻抗值之间(Z2=√ Z1•Z3 ,薄层介质声阻抗为两侧介质阻抗几何平均值时,声强透射率等于1,超声全透射 )操作者的技术对良好的耦合是重要因素,整个过程对探头施加均匀、固定压力,有助于排除空气泡和获得均匀的耦合层厚度6. 探伤面:清除焊接飞溅、氧化皮、锈蚀、油漆、凹坑(用机械、化学方法均可)检测表面应平整,便于探头扫查移动表面粗糙度≯6.3μm一般应打磨a. 检测区宽度—— 焊缝本身加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区域(5~10mm)。
b. 探头移动区宽度: (P=2KT)一次反射法检测,应大于或等于1.25P; 直射法检测,应大于或等于0.75P c. 母材检测:C级检测有要求(较重要工件或图纸有要求时)应进行母材检测仅作记录,不属于母材验收看其是否有影响斜探头检测结果的分层类缺陷 母材检测要求: ①. 2~5MHz直探头,晶片直径10~25mm;②. 检测灵敏度:无缺陷处第二次底波调为屏幕满刻度的100%;③. 缺陷信号幅度超过20%时,应标记记录7. 探测方向选择 根据工件结构;坡口角度、形式;焊接中可能出现缺陷的方向性以及危害性缺陷选用主声束尽量与其垂直的入射方向。