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1、目录1 绪论11.1 超声波在无损检测中的应用 11.2 T 型角焊缝缺陷特点22 本文的主要研究内容及实验方案32.1 本文主要的研究内容 32.2 实验方案53 编写工艺63.1 直探头的选择63.2斜探头K值的选择63.3探头前沿L允许的最大值的计算63.4在腹板侧用二次波侧检测时扫查范围L的确定93.5 耦合剂的选择103.6 探头的选择103.7 灵敏度补偿113.8 距离波幅曲线113.9 扫查方式113.10缺陷位置测定及缺陷最大反射波幅的测定123.11缺陷定量123.12缺陷评定124 实验过程、检测数据及分析134.1缺陷L1的检测步骤图及分析164.2缺陷L2的检测步骤图
2、及分析184.3缺陷L3的检测波形图及分析204.4 实验的缺陷数据225 结论23参考文献24致 谢25绪论1.1 超声波在无损检测中的应用随着社会的发展和科学的进步，压力容器、桥_门式起重机和水工钢闸门、 大型桥梁架设设备和大型空间结构的运用，钢结构焊缝越来越多，工程上对焊缝 的要求也越来越高，T型贴角焊缝就是一种常见的典型焊缝。这种结构一般要求 有较大的承载能力，所以必须保证其焊接质量，对焊缝要进行探伤检查。无损检测技术（Nondestruetive，NDT）是新兴的综合性应用学科，它是在不 破坏被检测对象的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、 光、电、磁等反应的变化
3、，来探测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面 缺陷，并对缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化做出判 断和评价，它是产品质量控制中不可缺少的基础技术，随着产品复杂程度增加和 对安全性的严格要求，无损检测技术在产品质量控制中发挥着越来越重要的作 用。无损检测技术经历一个世纪的发展，尽管它本身并非一种生产技术，但其技 术水平能反映该部门、该行业、该地区甚至该国家的工业水平。无损检测技术所 能带来的经济效益十分明显。无损检测技术在现代工业的各个方面都有着广泛的 应用，体现在改进产品质量、产品设计、加工制造、成品检测以及设备服役的各 个阶段，体现在新材料和新技术的研究中，也体现在保
4、证机器零件、最终产品的 可靠性和安全性上。超声波检测技术是工业无损检测技术中应用最为广泛的检测技术之一，也是 无损检测领域中应用和研究最为活跃的技术之一。如用声速法评价灰铸铁的强度 和石墨含量，超声衰减法和阻抗法确定材料的性能，超声衍射和临界角反射法来 检测材料的力学性能和表层深度，超声显像法和超声频谱分析法的进展与应用， 以及激光等新型声源的研究和超声波的接收，及其新型超声检测仪器的研究等， 都是比较典型和集中的研究方向。超声检测的基本应用范围大致为：（1）大型锻件超声检测；（2）铸件缺陷的超声检测；（3）小型压力容器壳体超声检测；（4）复合材料超声检测；（5）各类构件焊缝的超声检测等等。T
5、型角焊缝的检测应用在我国水利、水电工程方面、水工机械设备上，如启 闭机、平面闸门、弧形闸门、航道船闸用人字闸门等，除了主梁、腹板及翼板上 的对接焊缝和其它重要部位的对接焊缝以外，有很多T型焊缝或十字形焊缝允许 有一定未焊透的特殊检测方法凸显出来，但是总体来说，而对其内部质量缺乏有 效的检测手段，不同行业对T型焊缝的研究也有不同的成果。国内外对于全熔透的对接接头有较为成熟的探伤标准，探伤方法也经过大 量的实践验证，其内部缺陷无论是采用射线探伤还是超声波探伤都较容易检出。 而全熔透的T型接头和角焊缝接头，采用射线的方法，实施困难，透照厚度也不 一致，底片黑度也不均匀，检测效果欠佳，采用超声波探伤，
6、将是对这类焊缝 较为合适的检测方法。对这类接头的检测方法，特别是超声波检测方法的研究远 不及对接焊缝成熟。T型角焊缝超声波探伤主要有两种方法：直探头法和斜探头法。但是，由于 缺陷的形状综乱复杂及受到热影响区的影响，检测时会出现较多的杂波，对缺陷 的定位比较困难，容易误判，特别是当条形缺陷与直探头的激发波传播方向平行 时，条形缺陷很容易判为点状缺陷。用斜探头在腹板侧进行二次波探伤时，由于 扫查面的对面还有焊缝，超声波的反射点很可能出现在扫扫查面的对立面的焊缝 内，这样会出现干扰波或检测到对立面的焊缝缺陷，给扫查面所在的焊缝缺陷判 断带来困难。但是，这种焊缝最佳的无损检测方式仍是超声波探伤，此方法
7、能最大限度地 检测出焊缝中的危害性缺陷，所以在实际检测中，一般采用超声波探伤法，充分 利用超声波的特点和优点，可以既经济又迅速地检测出焊缝中存在地缺陷。1.2 T型角焊缝的特点T型接头焊缝由翼板和腹板焊接而成，坡口开在腹板上。T型角焊缝一般可分为不开坡口、双U形坡口、单边V形坡口等 如下图：(1)不开坡口(2)双U坡口(3)单边V形坡口T型角焊缝常见的缺陷：热影响区裂纹、焊口裂纹、条状夹渣、层状撕裂、 钝边未焊透、根部未焊透、焊跟裂纹、边壁未熔合、焊趾裂纹等，如图1所示。译口裂扯jr和劇観边托烬迪m班端站劉秸 $7匚状翊 I豪犠夬満-蝶向農戒图1 T型角焊缝常见缺陷的分布模式T型贴角焊缝常见危
8、险性的缺陷是未焊透。未焊透常出现在单面焊的根部和 双面焊的中部。它不仅使焊接接头的力学性能降低，而且在未焊透处的缺口和端 部形成应力集中点，承载后会引起裂纹。未焊透产生的原因是焊接电流太小；运 条速度太快；焊接角度不当或电弧发生偏吹；坡口角度或根部隙太小；焊件散热 太快；氧化物和熔渣等阻碍了金属间充分熔合等。凡是造成焊条金属和母材金属 不能充分熔合的因素都会引起未焊透的产生。2本文的主要研究内容及实验方案2.1本文的主要研究内容本文主要研究内容：T型角焊缝超声波探伤方法的探讨。T型接头焊缝中的缺陷主要有裂纹、未焊透、未熔合、夹杂和气孔等。焊缝 中裂纹位于焊缝中心，约与腹板呈45度；翼板侧裂纹位
9、于翼板的熔合线附近，呈 层状撕裂焊角裂纹位于焊缝近表面的腹板及翼板侧的熔合线附近翼板侧未熔合 缺陷位于翼板的熔合线附近腹板侧未熔合缺陷位于腹板的坡口熔合线附近缺陷 缺陷位于焊缝坡口的钝边附近夹杂、气孔在焊缝任何部位都有可能产生。鉴于焊 缝的结构特点，不便于射线检测，目前国内对于T型角焊缝一般仅进行外观检查 或表面磁粉探伤，而对其内部质量缺乏有效的检测手段。因此，在这里展开对T型角焊缝超声波检测方法的探讨具有重要的意义。在实际检测中，一般采用超声 波探伤法，充分利用超声波的特点和优点，能经济又迅速地检测出焊缝中存在的 缺陷。长期以来，T型贴角焊缝一直被视为超声检测的难点。究其原因，主要有形 状复
10、杂、声束宽而检测区域小、影响因素多、近场干涉严重、波形不易识辨及缺 陷定量困难等。其难点主要体现在：（1）用斜探头对T型角焊缝进行检测时，有一部分焊缝扫查不到。如图2所 示：图2不同角度探头在焊缝中的扫查区域（2）从图3可以看出无论从翼缘板还是腹缘板侧进行直射法探伤，对探伤 过程中发现的缺陷进行准确定位都比较困难，故应尽可能采用一次反射法进 行探伤即二次波检测。图3 次波和二次波检测的检测示意图（3）探头移动范围和声程范围的确定比较困难。由于T型角焊缝的自身特 点，导致腹板与翼板连接出存在一个天然的“缺陷”，若探伤前不确定探头的移 动范围，避开这个然的“缺陷”，就容易在仪器上产生干扰波，影响探
11、伤人员对 真实缺陷的判断。探伤人员必须根据板材的厚度和焊脚尺寸计算出探头移动范围 和检测焊缝全截面声程范围。(4) 用斜探头在腹板侧进行二次波探伤时，由于扫擦面的对面还有焊缝，超 声波的反射点很可能出现在扫擦面的对立面的焊缝内，这样会出现干扰波或检测 到对立面的焊缝缺陷，给扫擦面所在的焊缝缺陷判断带来困难，同样的，也必须 据板材的厚度和焊脚尺寸计算出探头移动范围。针对上述问题，笔者在此对T型贴角焊缝探伤所选用的探头K值及探头移动范围与板厚、焊脚尺寸的关系进行了探讨，并编写检测工艺。2.2实验内容及方案2.2.1实验内容：(1) 设计与加工相关T型角焊缝；(2) 相关探头的选择；(3) 选择T型
12、角焊缝超声检测方法，确定检测范围；(4) 编写工艺；2.2.2实验方案：(1) 准备好T型角焊缝试块；(2) 根据检测焊缝，确定探头和检测范围；(3) 调整好仪器，开始在试块上进行扫查，注意仔细观察 当探头扫查 到缺陷，无缺陷的各部位时的波形；(4) 采用实验分析法，对不同探头扫查在不同缺陷位置，时的波形进行观察、记录、分析和对照、比较，总结出T型角焊缝不同检测方法 的规律。3编写工艺3.1直探头的选择根据 JB/T47302005对于频率为2.5MHz的探头，宽度不大于15mm；对于频率为5MHz的探头，宽度不大于10mm；3.2斜探头K值的选择根据 JB/T4730-2005在翼板侧进行超
13、声波探伤时，使用K1的探头在腹板一侧检测时根据表1进行选择。板厚T，mmK值6253.0 2.0 （7260）25 462.5 1.5 （6856）46 1202.0 1.0 （6045）120 4002.0 1.0 （6045）3.3探头前沿L允许的最大值的计算图4焊缝未能完全被扫查根据图4,探头顶到焊缝时，焊缝仍未能完全被扫查，所以必须对探头的 最大值进行计算。3.3.1在翼板外侧进行一次波检测时探头前沿不作严格要求图5斜探头在翼板外侧进行一次波检测示意图根据图5，由于探头在扫查过程中没受到焊缝的阻碍，焊缝都能被扫查到, 所以斜探头在翼板外侧进行一次波检测时，对探头前沿不作严格要求。3.3
14、.2在翼板内侧进行二次波检测时探头最大前沿L的确定丁腹:L2KT W图6在翼板内侧进行二次波检测示意图根据图 6，得 L+ Hf W2KT 翼，即 L W2KT 翼一Hf (1)333在腹板侧进行一次波检测时探头最大前沿L的确定L Hf T 舆图7在腹板侧进行一次波检测示意图根据图 7,得 KT 腹-L-Hf#O，即 L WKT 腹Hr(2) 3.3.4在腹板侧进行二次波检测时探头最大前沿L的确定图8在腹板侧进行二次波检测示意图根据图8，得2KT腹-L-Hf#O,即L 2KT腹一片(3)34在腹板侧用二次波侧检测时扫查范围L的确定图9在腹板侧用二次波检测时一次波反射点受对立面焊缝的影响根据图9
15、,斜探头在腹板侧进行二次波探伤时，由于扫查面的对面还有焊缝, 超声波的反射点很可能出现在扫查面的对立面的焊缝内，这样会出现干扰波或检 测到对立面的焊缝缺陷，给扫查所在的焊缝缺陷判断带来困难，所以必须进行扫 查范围的计算。L厂坨T翼*T腹、%图10腹板二次波检测时一次波反射点的极限图为了保证探头的二次波检测时一次波反射点不在扫查面的对立面的焊缝内,根据图10得：当KT腹-LW L(4)时，是二次波检测；同样的，当KT腹-L三L(5)时，是一次波检测。本工艺根据JB/T47302005编写工件尺寸：T翼为16mm, T腹为9mm，焊角尺寸Hf为13mm。 （如图11所示）T臨9图11实验所用的工件3.5耦合剂的选择本工件应采用透声性好，且不损伤检测表面的耦合剂，如 机油、浆糊、甘 油、水等，这里推
