第第3 3章章第二节第二节 焊缝的超声波检测焊缝的超声波检测20112011广东省机械工程学会无损检测分会广东省机械工程学会无损检测分会一、横波检测的一般程序一、横波检测的一般程序横波检测的一般程序横波检测的一般程序 焊缝的超声检测多采用横波检测，其主要焊缝的超声检测多采用横波检测，其主要 原因是焊缝一般都有加强高，焊道表面有焊波原因是焊缝一般都有加强高，焊道表面有焊波 存在而不平整，使得平直探头在焊道上的耦合存在而不平整，使得平直探头在焊道上的耦合 有困难，更重要的是焊缝中的缺陷，特别是危有困难，更重要的是焊缝中的缺陷，特别是危 害性缺陷，例如裂纹、未焊透、坡面未熔合等害性缺陷，例如裂纹、未焊透、坡面未熔合等 的取向多与探测面垂直或有一定的倾斜角度，的取向多与探测面垂直或有一定的倾斜角度， 采用横波检测有利于发现这些缺陷，此外，相采用横波检测有利于发现这些缺陷，此外，相 对于纵波而言，横波本身具有指向性好、分辨对于纵波而言，横波本身具有指向性好、分辨 力高和检测灵敏度高等优点不过，采用横波力高和检测灵敏度高等优点不过，采用横波 检测，在缺陷定位、定量和定性评定上具有其检测，在缺陷定位、定量和定性评定上具有其 特有的技术特点。
特有的技术特点 横波检测的一般程序横波检测的一般程序 了解检测对象了解检测对象（一）首先应当了解被检焊缝的各种原始情况（一）首先应当了解被检焊缝的各种原始情况 ，包括母材与焊接材料的成分（牌号）、冶，包括母材与焊接材料的成分（牌号）、冶 金状态及原始质量情况，焊缝形式、坡口型金状态及原始质量情况，焊缝形式、坡口型 式、焊接工艺，可能产生的缺陷种类、部位式、焊接工艺，可能产生的缺陷种类、部位 、取向，以及验收标准等等，以便于检测时、取向，以及验收标准等等，以便于检测时 能对检测结果做出正确的判断能对检测结果做出正确的判断横波检测的一般程序横波检测的一般程序 选择仪器、探头、试块等选择仪器、探头、试块等（二）选择适当的超声检测仪器、探头、试块、耦合方法、（二）选择适当的超声检测仪器、探头、试块、耦合方法、 工作频率等工作频率等水浸式探头 表面波探头 纵波分割式探头 路轨探头 可变角探头 纵波直探头斜探头横波检测的一般程序横波检测的一般程序 选择仪器、探头、试块等选择仪器、探头、试块等CTS-26ACTS-26ACTS-22横波检测的一般程序横波检测的一般程序 选择仪器、探头、试块等选择仪器、探头、试块等CTS-9002 CTS-1002CTS-9002 CTS-1002横波检测的一般程序横波检测的一般程序 选择检测面选择检测面（三）选择合适的检测面：为了使检测时的声束能（三）选择合适的检测面：为了使检测时的声束能 覆盖焊缝的全长及整个截面，不能有覆盖焊缝的全长及整个截面，不能有“ “死区死区” ”（声束（声束覆盖不到的区域）存在，并且应该尽量使声轴线与覆盖不到的区域）存在，并且应该尽量使声轴线与 缺陷取向垂直，因此对较薄的而且只能单面接近的缺陷取向垂直，因此对较薄的而且只能单面接近的 焊缝最好作单面双侧检测，对于较厚的并且有可能焊缝最好作单面双侧检测，对于较厚的并且有可能 从内外两面接近的焊缝，最好作双面双侧检测，如从内外两面接近的焊缝，最好作双面双侧检测，如 果条件限制不能做双面双侧或单面双侧检测时，还果条件限制不能做双面双侧或单面双侧检测时，还 要考虑在单面单侧上采用多个入射角（不同折射角要考虑在单面单侧上采用多个入射角（不同折射角 ）来进行多次检测，以利于发现各种可能取向的缺）来进行多次检测，以利于发现各种可能取向的缺 陷。
陷 横波检测的一般程序横波检测的一般程序 选择折射角选择折射角（四）折射角的选择：折射角的选择原则是应该能使（四）折射角的选择：折射角的选择原则是应该能使 声轴线直射、一次反射或二次反射以覆盖整个焊缝声轴线直射、一次反射或二次反射以覆盖整个焊缝 截面，并且尽可能与主要的危险性缺陷取向相垂直截面，并且尽可能与主要的危险性缺陷取向相垂直 ，保证有足够的灵敏度我国目前习惯上把横波折，保证有足够的灵敏度我国目前习惯上把横波折 射角的正切值射角的正切值- -即即K K值作为折射角选择考虑，这样可值作为折射角选择考虑，这样可 以大大地简便了检测中的缺陷定位评定在选择以大大地简便了检测中的缺陷定位评定在选择K K值值 时，要考虑焊缝的上下面（焊道）宽度、斜探头的时，要考虑焊缝的上下面（焊道）宽度、斜探头的 前沿距离（探头入射点到探头前端面的距离）对检前沿距离（探头入射点到探头前端面的距离）对检 测的影响，应能使声束轴线至少能通过焊缝截面中测的影响，应能使声束轴线至少能通过焊缝截面中 心以免出现死区（如图心以免出现死区（如图2.12.1所示），而且还要能以尽所示），而且还要能以尽 可能短的声路完成全截面检测以减少声能扩散与衰可能短的声路完成全截面检测以减少声能扩散与衰 减的影响。
减的影响横波检测的一般程序横波检测的一般程序 选择折射角选择折射角对于对于V V型坡口的焊缝，型坡口的焊缝，K K值值 的确定原则如图的确定原则如图2.22.2（（a a）所）所 示：示：K≥(L+a)/{[(t+b)/2]-K≥(L+a)/{[(t+b)/2]- b}b}，式中：，式中：L-L-斜探头前沿长斜探头前沿长 度；度；a-a-焊缝半宽度；焊缝半宽度；t-t-母材母材 厚度；厚度；b-b-焊缝加强高的高度焊缝加强高的高度 对于X型坡口的焊缝，K值的 确定原则如图2.2（b）所示 ：K≥(2a+2c+L)/t，式中：L -斜探头前沿长度；a-上焊缝 半宽度；c-下焊缝半宽度；t -母材厚度 图 2.2图 2.1横波检测的一般程序横波检测的一般程序 斜探头前沿长度的选择斜探头前沿长度的选择（五）斜探头前沿长度的选择：斜探头的前沿长度（五）斜探头前沿长度的选择：斜探头的前沿长度 太长时，将会导致所需太长时，将会导致所需K K值太大，检测声程加长，对值太大，检测声程加长，对 检测不利此外，在许多构件情况中，前沿长度大检测不利此外，在许多构件情况中，前沿长度大 的探头其体积和探头总长度都比较大，从而限制了的探头其体积和探头总长度都比较大，从而限制了 在一些空间较狭小的部位使用，但是前沿短的探头在一些空间较狭小的部位使用，但是前沿短的探头 又往往难以消除楔内回波的干扰影响而导致始波占又往往难以消除楔内回波的干扰影响而导致始波占 宽加大，影响近表面分辨率，因此需要根据具体被宽加大，影响近表面分辨率，因此需要根据具体被 检测工件以及焊缝的具体情况选择具有适当前沿长检测工件以及焊缝的具体情况选择具有适当前沿长 度的探头。
度的探头此外，对于曲面工件上的焊缝检测，采用小接此外，对于曲面工件上的焊缝检测，采用小接 触面的探头有利于接触耦合的稳定触面的探头有利于接触耦合的稳定 横波检测的一般程序横波检测的一般程序 探头及仪器的测定探头及仪器的测定（六）（六） 探头及仪器的测定探头及仪器的测定1.1.调整超声检测仪器的旋钮，使其处于检测条件调整超声检测仪器的旋钮，使其处于检测条件 要求的工作状态要求的工作状态2.2.测定斜探头的前沿长度：一个新探头上标志的测定斜探头的前沿长度：一个新探头上标志的 入射点位置未必正好是实际声轴线入射点的位置，入射点位置未必正好是实际声轴线入射点的位置， 而经过使用的斜探头因为斜楔的磨损，也会使得原而经过使用的斜探头因为斜楔的磨损，也会使得原 来测定的入射点位置有变化，因此在每次检测工作来测定的入射点位置有变化，因此在每次检测工作 开始前均必须测定或校验入射点位置，一般用斜探开始前均必须测定或校验入射点位置，一般用斜探 头的前沿长度来表示将会比较方便头的前沿长度来表示将会比较方便横波检测的一般程序横波检测的一般程序 探头前沿的测定探头前沿的测定斜探头前沿长度L的测定 方法如图2.3所示，把探头 平稳耦合在有一定圆半径R 的试块上，例如IIW1、 IIW2或半圆试块上，前后 移动探头找到圆弧面的最 大回波，此时探头入射点图 2.3将正好位于圆心上（圆心对应探头上的位置即为入射点）， 用钢板尺或直尺测量试块前边缘到探头前端面的距离X，则 L=R-X，重复2~3次测定并取其平均值（精确到0.5mm）作为探 头前沿长度。
探头前沿长度测定的准确程度将直接影响后面 的K值测定，因此在测定时必须注意确实找到圆弧面的最大回 波，固定好探头和准确测量 横波检测的一般程序横波检测的一般程序 探头探头K K值的测定值的测定3. 3.测定斜探头的测定斜探头的K K值：考虑到近场中声压不均匀的影响，在值：考虑到近场中声压不均匀的影响，在 测定斜探头测定斜探头K K值时应至少在值时应至少在2 2倍近场长度以上的声程上进行，倍近场长度以上的声程上进行， 具体测试方法如图具体测试方法如图2.42.4所示在图在图2.42.4（（a a）中，这是在）中，这是在IIW1IIW1试块上进行的，为了保试块上进行的，为了保 证在证在2 2倍近场长度以上的声程上进行测定，故对于名义倍近场长度以上的声程上进行测定，故对于名义K K值值 1.5~2.51.5~2.5范围的斜探头宜在位置范围的斜探头宜在位置①①处进行测试，前后移动探处进行测试，前后移动探 头找到头找到Φ50mmΦ50mm有机玻璃圆弧面最大回波时固定探头，用钢板有机玻璃圆弧面最大回波时固定探头，用钢板 尺量出试块边缘到探头前端面的距离尺量出试块边缘到探头前端面的距离X X，则：，则：K=(X+L-35)/30 K=(X+L-35)/30 同理，对于名义同理，对于名义K K值值≤≤1.51.5的斜探头宜在位置的斜探头宜在位置②②处进行测试处进行测试 ，则：，则：K=(X+L-35)/70 K=(X+L-35)/70 对于名义对于名义K K值＞值＞2.52.5的斜探头宜在位置的斜探头宜在位置③③处进行测试，则：处进行测试，则： K=(X+L-35)/15K=(X+L-35)/15横波检测的一般程序横波检测的一般程序 探头探头K K值的测定值的测定标准试块标准试块图2.4横波检测的一般程序横波检测的一般程序 探头探头K K值的测定值的测定在图在图2.42.4（（b b）中，这是在）中，这是在IIW2IIW2 试块上进行的，以试块上进行的，以Φ5mmΦ5mm横孔为反横孔为反 射体，适用于名义射体，适用于名义K K值值1.5-2.51.5-2.5范范 围斜探头，有：围斜探头，有：K=(X+L-25)/20K=(X+L-25)/20在图在图2.42.4（（c c）中，这是在横孔）中，这是在横孔 试块上进行的，可以根据名义试块上进行的，可以根据名义K K值值 范围，按范围，按2 2倍近场长度的声程选择倍近场长度的声程选择 适当埋深的横孔作为测试反射体适当埋深的横孔作为测试反射体 ，有：，有：K=(X+L-a)/y K=(X+L-a)/y 式中式中a a为试块边缘到横孔中心的距离，为试块边缘到横孔中心的距离，y y为横孔埋藏深度。
为横孔埋藏深度在测试时要注意准确找到反射体的最大回波以及准确测量在测试时要注意准确找到反射体的最大回波以及准确测量X X和和L L值，才值，才 能保证能保证K K值的准确性（要求精确到值的准确性（要求精确到0.10.1）实际上，只要掌握了）实际上，只要掌握了K K值和探头值和探头 前沿测试方法的原理，并不一定要拘泥于上述的测试方式，也可以利用其前沿测试方法的原理，并不一定要拘泥于上述的测试方式，也可以利用其 他形式的试块达到测试目的他形式的试块达到测试目的 图2.4横波检测的一般程序横波检测的一般程序 时基线校正时基线校正4.4.定标（测定范围调整，又称时间轴校正、时基线定标（测定范围调整，又称时间轴校正、时基线 校正等）校正等）斜。