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1、焊接接头超声波探伤罗爱民中国石化集团胜利石油管理局海上石油工程技术检验中心2011年6月21日二21三一1三主 要 内 容焊接加工及常见缺陷钢制对接接头超声检测曲面、管座角焊缝和 T形接头超声检测四管环焊缝超声检测 五A体钢对接接头 超声检测堆焊层超声检测 六铝及铝合金焊接接头超声检测 小径管焊接接头超声检测 八在用承压设备焊接接头超声检测 九焊接接头缺陷性质与非缺陷回波分析十七锅炉压力容器及一些钢结构件主 要是采用焊接加工成形的，因此作为焊缝 检验人员了解一些焊接有关知识是有必要 的。 1.1焊接接头形式 什么是焊接？ 利用电能或其他形式的能转化成热能，使 接头的金属形成熔化或半熔化状态，通
2、过 熔化金属的治金反应或施加外力等将两母 材牢固结合在一起的过程。焊接方法如何分类？四大类：熔焊、压焊、钎焊和特种焊。锅炉、压力容器、压力管道等特种设备的 焊接大多采用熔焊，常见的熔焊有： 手工电弧焊（SMAW）。 埋弧自动焊（SAW)。 气体保护焊。（GMAW） （惰性气体保护焊，CO2 气体保护焊，混合气体保护焊）， 药芯焊丝自动焊。 电渣焊。 焊接接头有哪几种形式？主要有：对接接头，角接接头，T形 接头和搭接接头等几种。图 1对接接头：常用于锅炉、压力容器筒体纵、环焊缝 ，封头拼接焊缝，封头与筒体连接焊缝，接管与 管子的对接焊缝等，有双面焊对接接头，单面焊 对接接头和带垫板的单面焊对接接
3、头等几种形式 。 角接接头：常用于锅炉压力容器接管、法兰、夹套 、管板、管子和凸缘的焊接。 T形接头：常用于锅炉炉胆与管板，压力容器中换 热器的筒体与管板的焊接。 搭接接头：在锅炉压力容器受压件结构中应用较少 ，常用于常压油槽等焊接结构中。1.2焊缝坡口形式为保证两母材施焊后能完全熔合，焊前应把接 合处的母材加工成一定的形状，这种加工后的 形状称为坡口。 常见的坡口型式有：型、V型、单V型、U型 、X型、双U型、K型等。图 2V形坡口各部分 名称见右图V形坡口焊接接头 各部分名称见右图图 4图 3 对接焊缝采用手工电弧焊、埋弧自动焊、 气体保护焊和药芯焊丝焊，可根据板厚分 别采用不开坡口，X形
4、坡口、V形坡口、 单U形坡口或双U形坡口等形式。 角接焊缝和T型接头常采用V形、单边V形 、U型和K型等坡口形式。 搭接焊缝不开坡口即可施焊。 1.3焊缝中常见缺陷 焊接过程中在焊接接头中产生的金属不连 续、不致密或连接不良的现象称焊接缺陷 。焊缝中常见的缺陷有： 1）形状和尺寸不良： 主要有咬边、焊瘤、凹坑、未焊满、烧穿 、成形不良、错边、塌陷、表面气孔、弧 坑缩孔，各种焊接角变形、波浪变形等， 这些缺陷存在将对超声波探伤缺陷判断产 生影响，因此，在对焊缝进行超声波探伤 前，必须先对工件焊缝外观进行检查，发 现有上缺陷时应尽量设法清除。 2）内部缺陷 主要有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂 纹
5、等，这些缺陷是超声波探伤的检测对象 ，检测的目的就是要发现这些缺陷。从事 超声波探伤的人员必须了解其产生的特点 、分布规律和对超声波的反射特性 （1）气孔是在焊接过程中焊接熔池吸收了过量的气体或治金 反应产生的气体，在冷却之前来不及逸出而残留在焊缝 金属内所形成的空穴。气孔所含的气体通常有：氢气、 氮气、一氧化碳和二氧化碳等。 产生气孔的主要原因：焊接前焊条或焊剂未烘干；焊件 表面污物清理不净；焊接过程中熔池保护不良等。 气孔形状：大多呈球形或椭圆形，也有条形等其他形状 的气孔。 气孔存在方式：单个气孔、链状气孔和密集性气孔。（2）夹渣 是指焊后残留在焊缝金属内部的熔渣或非金属夹 杂物。由焊接
6、冶金反应产生的，焊后残留在金属中的微 观非金属杂质（如氧化物、硫化物等）称夹杂物。钨极 惰性气体保护时由钨极进入到焊缝钨粒称夹钨。 产生夹渣的主要原因：焊接电流过小、焊速过快、焊接 过程清渣不干净等。 夹渣的存在形式：点状夹渣和条状夹渣。 (3)未焊透 焊接时接头根部未完全熔透的现象，对对接焊 缝也指焊缝深度未达到设计要求使焊缝金属没 有进入接头根部的现象，称未焊透。未焊透： 是指焊接接头根部母材与母材未熔化焊合。 未焊透产生的主要原因：焊接电流过小、运条 速度过快或焊接规范不当（如坡角度过小、根 部间隙过小或钝边过大）等。 未焊透存在的部位：焊接接头根部，即钝边与 钝边之间的未熔化焊合。 (
7、4)未熔合 是指填充金属与母材之间或填充金属 与填充金属之间未熔化焊合。 产生未熔合的主要原因：坡口清理不干净 、运条速度过快、焊接电流过小、焊条角 度不当、产生了弧偏吹、焊接处于向下焊 位置时，在母材未熔化时已被铁水复盖等 原因产生。 未熔合存在的部位：坡口未熔合、根部未 熔合和层间未熔合。 (5)裂纹 是指在焊接过程中或焊后或焊后热处理中，在焊缝 或焊接接头热影响区产生的局部破裂或缝隙。 按裂纹成因分为：热裂纹、冷裂纹和再热裂纹等。热裂 纹是由于焊接工艺不当在施焊时产生的；冷裂纹是由于 焊接应力过高、焊条焊剂中含氢量过高或焊件拘束应力 过大造成的，常在焊缝冷却到一定温度后产生，因此又 称为
8、延迟裂纹：再热裂纹一般是焊件在焊后再次加热（ 消除应力或改善组织的加热过程）而产生的。 按裂纹的分布分为：焊缝区裂纹和热影响区裂纹。 按裂纹的取向分为：纵向裂纹和横向裂纹。 a.热裂纹 热裂纹是焊接过程中焊缝和热影响区金属 冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂 纹，都是沿奥氏体晶界发生开裂。 热裂纹中结晶裂纹是焊缝金属在结晶过程 中处于固相线附近的温度范围内，由于凝 固金属的收缩，而且此时残余的液相不充 足，在承受拉伸应力时造成沿晶界开裂。 多产生在含硫、磷、碳、硅较多的碳钢及 低合金钢，低中合金钢焊缝中，也产生在 单相奥氏体钢，镍基合金及某些铝合金焊 缝中，结晶裂纹通常产生焊缝金属上，在 个
9、别情况下也发生焊接热影响区。 热裂纹中高温液化裂纹是由于焊接热循环 峰值温度作用下，在焊接热影响区和多层 焊的层间金属中如果含有低熔点共晶组成 物，即可被重新熔化，当受到一定的拉伸 内应力时就会诱发和产生奥氏体晶间开裂 ，高温液化裂纹多发生在硫、磷、碳等杂 质较多的铬镍高强度钢、奥氏钢，某些镍 基合金的近缝区或多层焊的层与层之间， 在母材及焊丝中，杂质含量越高产生高温 液化裂倾向越大。 热裂纹中多边化裂纹是焊缝和近缝区在固 相线温度以下的高温区内，由凝固金属中 许多晶格缺陷（空穴、错位），物理化学 性能不均匀性，组织的疏松、高温强度及 塑性低等原因在温度和应力作用下，产生 沿着多边化边界开裂。
10、多边化裂纹大多产 生在纯金属或单相奥氏体合金焊缝或焊接 热影响区。 b.冷裂纹 冷裂纹是焊接接头冷却到较低的温度以下 ，大约在钢的马氏体转变温度（即MS或 200300的温度区）以下，由于拘束应 力，淬硬组织和氢的作用下产生的裂纹， 冷裂纹主要发生在低合金钢、中合金钢和 高碳钢焊缝的热影响区。 延迟裂纹是冷裂纹中一种比较普遍的形态 ，是钢的焊接接头冷却到室温后，并在一 定时间（几小时甚至十几天）才出现的焊 接冷裂纹。可在焊接接头的不同部位产生 不同的延迟裂纹：产生在沿应力集中的焊 缝根部所形成的焊接冷裂纹称焊根 裂纹，产生在沿应力集中的焊趾处所形成 的焊接冷裂纹称焊趾裂纹，裂纹取向与焊 道平行
11、，由焊趾表面向母材深处扩展，产 生在靠近堆焊焊道的热影响区内形成的焊 接冷裂纹称焊道下裂纹，一般情况下裂纹 取向与熔合线平行，也有垂直于熔合线的 。 c.再热裂纹 焊后焊件在一定温度范围再次加热时，由 于高温及残余应力的共同作用而产生的晶 间裂纹称消除应力裂纹，也称再热裂纹。 再热裂纹也是沿晶开裂，但再热裂纹只在 较低温度下一定范围内（约550650 ）敏感，而热裂纹是在结晶过程中的固相 线附近发生。 再热裂纹多发生在低合金高强钢、珠光体 耐热钢、奥氏体不锈钢以及镍基合金的焊 接接头粗晶段，高强钢厚壁容器焊缝常出 现这种再热裂纹。 d.层状撕裂 焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的 呈阶梯状的
12、一种裂纹称层状撕裂。属低温 开裂，撕裂的温度不超过400，产生层 状撕裂的原因主要是由轧制钢材内部存在 分层状夹杂物（特别是硫化物、夹杂物等 ）和在焊接时产生垂直于轧制方向的应力 ， 使焊接热影响区产生“台阶”状开裂，可穿 晶发展。层状撕裂大多发生在屈服强度高 ，且含有不同程度夹杂物的高强钢，如厚 壁容器、大型结构件等T型接头，十字接 头和角接头焊缝母材上（如T型接头的翼 板上）比较易于产生层状撕裂。 当焊接接头中存在微气孔、微裂纹、咬肉 、未焊透等尖角效应缺陷时都可能在应力 作用下发生为层状撕裂。2.1焊接接头超声检测技术等级为什么要分等级？有哪几个等级？A、B、C。主要根据检测面的数量、检
13、测探头的多少、 是否检测横向缺陷、焊缝余高是否磨平来进行 划分。如何选用？JB/T4730.3-2005标准规定：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。 1）A级检测：原则上适用于与承压设备有关的支承件和结构件焊接 接头的检测。技术要求：仅适用于母材厚度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：适用于一般承压设备对接接接头的检测。技术要求： a) 母材厚度8mm46mm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
14、面双侧 进行检测。 b) 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。 c) 母材厚度大于120mm400mm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。 d) 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1020作两个方向的 斜平行扫查，见图5。如焊接接头余高磨平，探头应在 焊接接头及热影响区上作两个方向的平行扫查，见图6 。图 6 平行扫查 图 5 斜平行扫查 3）C级
15、检测： 适用于重要承压设备对接接接头的检测。 a)采用C级检测时应将焊接接头的余高磨平，对焊接接头两侧斜探头 扫查经过的母材区域要用直探头进行检测。 b)母材厚度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。 c)母材厚度大于46mm400mm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的窄间隙焊缝，如有可能应增加 对检测与坡口表面平行缺陷有效的检测方法。 d)应进行横向缺陷的检测。检测时，将探头放在与焊缝及
16、热影响区上 作两个方向的平行扫查，见图6. 2.2检测条件的选择 1）检测面准备检测面包括检测区和探头移动区。检测区的宽度？焊缝+两侧母材厚度30%（5-10mm） 。探头移动区光洁度？表面粗糙度6.3m，露出金属光 泽。探头移动区宽度？探头移动区L为：a)采用一次反射法或串列式扫查探测时，探头移动区应 大于1.25P； b)采用直射法探测时，探头移动区应大于0.75P； a)反射法：L=1.25P=2.5K=2.5Ttg式中：P跨距mm，T母材厚度mm，K探头K值等于tg，探头折射角（）。b）直射波（一次波）L=0.752TK=1.5TK式中字母意义同上。图 7 检测区 2）耦合剂：水、化学浆糊、机油、
