超声探伤

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  利用超声波非破坏性地检查材料或机械部件的内部缺陷、伤痕的一种技术,广泛应用于机械冶金等部门。

  超声波检测是无损检测方法之一,无损检测是在不破坏前提下,检查工件宏观缺陷或测量工件特征的各种技术方法的统称。常规无损检测方法有:超声检测 Ultrasonic Testing(缩写 UT); 射线检测 Radiographic Testing(缩写 RT); 磁粉检测 Magnetic particle Testing(缩写 MT); 渗透检验 Penetrant Testing (缩写 PT); 涡流检测Eddy current Testing(缩写 ET);

  运用超声检测的方法来检测的仪器称之为超声波探伤仪。它的原理是:超声波在被检测材料中传播时,材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响,通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化的技术称为超声检测。超声检测方法通常有穿透法、脉冲反射法、串列法等。

  常用的探伤仪按照信号分有模拟信号(价格低)和数字信号(价格高, 能自动计算保存数据)两类,常见的都是属于A型超声

  超声波探伤仪的种类繁多,但在实际的探伤过程,脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中,缺陷的存在将造成材料的不连续,这种不连续往往又造成声阻抗的不一致,由反射定理我们知道,超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射,反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。

  超声波的接收和产生原理相似,当超声波遇到不连续性时,即会产生反射,反射的超声波使压电晶片振动,继而在压电晶片两端产生电压。最主要是如何将电脉冲转化为探伤仪屏幕上的波形,模拟机是通过显像管显示的。显像管的图像是电子打在荧光物质上,使荧光物质发光;电子经过一个电场而改变方向,打在屏幕的不同位置,使屏幕显现图像。显像管x方向上的电压是探伤仪加在压电晶片上的电压,y方向的电压是压电晶片振动产生的电压,这样就形成了屏幕上的波形。(其实电脉冲还要经过放大,整合滤波等一系列过程才加到显像管上的)

  数字仪就是对发射的电压和接受的电压在不同时间的采样,采样信息在通过芯片将脉冲转化,传给液晶显像系统(当然,也有的机型是致场发光显示的,显示原理和显像管显示原理差不多),使屏幕的不同的晶体管发光,就产生图像了。

  超声波在传播过程中,当遇到两种不同介质的界面或不同密度的材料时,便会在交界面上发生折射或反射。反射式探伤法是利用超声波在工件的传播中,能分别在工件的内部缺陷及其背面发生反射,而反射回来的超声波通过超声波接收器后,又将声波转为电能,在荧光屏上显示三者各自的波形图,始脉波“a”位置即是工件的表面,是发射超声波的起点,进入工件内部的超声波与工件背面的波形图即底脉波“b”之间。若无其他波形出现,则说明在该工件中未发现缺陷。反之,在始脉波与工件底脉波之间,若有其他波形出现,则说明工件内部缺陷,即缺陷脉波“c”。此时,可根据波峰的位置、大小与形状,估算出工件缺陷的位置、大小与形状。

  探伤时,为了克服探头与工件表面之间的空气膜,使超声波顺利传入工件,需要在工件表面涂耦合剂。对耦合

  先将超声探伤仪放在钢板上,用探头沿垂直于钢板的轧制方向,作间距为100mm的平行线移动,并用水或机油作为耦合剂探伤。当监视到有缺陷波形出现时,还应在其两侧进行探查,以确定缺陷面积,并用显示笔记录在钢板上。

  若焊缝表面和钢板的表面不平,应磨平焊缝后,才能用直探头。但在某些情况下,焊缝不能磨平,只可选用斜探头。焊缝探伤时,应将其两侧一定宽度范围内的飞溅、污垢及突起的氧化皮等清除干净,否则会影响探伤的灵敏度和准确性,同时,在探头与工件表面之间,应涂上耦合剂(机油等)。

  ④GB150第2章和附录C、GB151《管壳式换热器》、GB12337《钢制球形储罐》及其他国家标准和行业标准中规定的必须进行超声检测的。

  钢板的超声检测应按JB4730《压力容器无损检测》的规定进行。用于①、②、⑤所述容器的钢板的合格等级应不低于Ⅱ级;用于③款所述容器的钢板的合格等级应不低于Ⅲ级,用于④款所述容器的钢板,合格等级应符合GB150、GB151或GB12337的规定。

  钢闸门在水利工程中大量使用,主要以优质钢板为基材,通过焊接手段制做而成,表面采用橡胶止水、防腐方式为表面进行喷沙除锈及热喷锌,广泛应用于水电站、水库、排灌、河道、环境保护、污水处理、水产养殖等水利工程。钢闸门的焊接质量直接关系到闸门下游人民群众生命、财产的安全,因此刚闸门的焊接质量和焊接检测方法至关重要。超声波探伤作为无损检测检测方法之一,是在不破坏加工表面的基础上,应用超声波仪器或设备来进行检测,既可以检查肉眼不能检查的工件内部缺陷,也可以大大提高检测的准确性和可靠性。

  超声波是一种机械波,有很高的频率,频率比超过20 千赫兹,其能量远远大于振幅相同的可闻声波的能量,具有很强的穿透能力。用于探伤的超声波,频率为0.4- 25 兆赫兹,其中用得最多的是1- 5 兆赫兹。由于能够快速便捷、无损伤、精确地进行工件内部多种缺陷的检测、定位,并且超声波探伤具有探测距离大,探伤装置体积小,重量轻,便于携带到现场探伤,检测速度快,而且探伤中只消耗耦合剂和磨损探头,总的检测费用较低等特点,所以它的应用越来越广泛。

  利用超声波探伤,主要有穿透法探伤和反射法探伤两种方式。穿透法探伤使用两个探头,一个用来发射超声波,一个用来接收超声波。检测时,两个探头分置在工件两侧,根据超声波穿透工件后能量的变化来判别工件内部质量。反射法探伤高频发生器产生的高频脉冲激励信号作用在探头上,所产生的波向工件内部传播,如工件内部存在缺陷,波的一部分作为缺陷波被反射回来,发射波的其余部分作为底波也将反射回来。根据发射波、缺陷波、底波相对于扫描基线的位置可确定缺陷位置;根据缺陷波的幅度可确定缺陷的大小;根据缺陷波的形状可分析缺陷的性质;如工件内部无缺陷,则只有发射波和底波。

  探伤过程中,首先要了解图纸对焊接质量的技术要求。钢结构的验收标准是依据GB50205- 95《钢结构工程施工及验收规范》来执行的。标准规定:对于图纸要求焊缝焊接质量等级为一级时评定等级为Ⅱ级时规范规定要求做100%超声波探伤;对于图纸要求焊缝焊接质量等级为二级时评定等级为Ⅲ级时规范规定要求做20%超声波探伤;对于图纸要求焊缝焊接质量等级为三级时不做超声波内部缺陷检查。

  在此值得注意的是超声波探伤用于全熔透焊缝,其探伤比例按每条焊缝长度的百分数计算,并且不小于200mm。对于局部探伤的焊缝

  如果发现有不允许的缺陷时,应在该缺陷两端的延伸部位增加探伤长度,增加长度不应小于该焊缝长度的10%且不应小于200mm,当仍有不允许的缺陷时,应对该焊缝进行100%的探伤检查。另外还应该知道待测工件母材厚度、接头型式及坡口型式。一般地母材厚度在8- 16mm 之间,坡口型式有I型、单V型、X型等几种形式。在弄清楚以上这此东西后才可以进行探伤前的准备工作。

  在每次探伤操作前都必须利用标准试块(CSK- IA、CSK- ⅢA)校准仪器的综合性能,校准面板曲线,以保证探伤结果的准确性。

  1)探测面的修整:应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等,光洁度一般低于▽4。焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为大于等于2KT+50mm, (K:探头K值,T:工件厚度)。一般的根据焊件母材选择K值为2.5 探头。例如:待测工件母材厚度为10mm,那么就应在焊缝两侧各修磨100mm。

  2)耦合剂的选择应考虑到粘度、流动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗,而且经济,综合以上因素选择浆糊作为耦合剂。

  5)在探伤操作过程中采用粗探伤和精探伤。为了大概了解缺陷的有无和分布状态、定量、定位就是精探伤。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式以便于发现各种不同的缺陷并且判断缺陷性质。

  6)对探测结果进行记录,如发现内部缺陷对其进行评定分析。焊接对头内部缺陷分级应符合现行国家标准GB11345- 89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》的规定,来评判该焊否合格。如果发现有超标缺陷,向车间下达整改通知书,令其整改后进行复验直至合格。一般的焊缝中常见的缺陷有:气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。到目前为止还没有一个成熟的方法对缺陷的性质进行准确的评判,只是根据荧光屏上得到的缺陷波的形状和反射波高度的变化结合缺陷的位置和焊接工艺对缺陷进行综合估判。

  1) 气孔。单个气孔回波高度低,波形为单缝,较稳定。从各个方向探测,反射波大体相同,但稍一动探头就消失,密集气孔会出现一簇反射波,波高随气孔大小而不同,当探头作定点转动时,会出现此起彼落的现象。产生这类缺陷的原因主要是焊材未按规定温度干,焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀,焊丝清理不干净,手工焊时电流过大,电弧过长等。防止这类缺陷防止的措施有:不使用药皮开裂、剥

  落、变质及焊芯锈蚀的焊条,生锈的焊丝必须除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干,坡口及其两侧清理干净,并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。

  2) 夹渣。点状夹渣回波信号与点状气孔相似,条状夹。渣回波信号多呈锯齿状波幅不高,波形多呈树枝状,主峰边上有小峰,探头平移波幅有变动,从各个方向探测时反射波幅不相同。这类缺陷产生的原因有:焊接电流过小,速度过快,熔渣来不及浮起,被焊边缘和各层焊缝清理不干净,其本金属和焊接材料化学成分不当,含硫、磷较多等。防止措施有:正确选用焊接电流,焊接件的坡口角度不要太小,焊前必须把坡口清理干净,多层焊时必须层层清除焊渣;并合理选择运条角度焊接速度等。

  3) 未焊透。反射率高,波幅也较高,探头平移时,波形较稳定,在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。其产生原因一般是:坡口纯边间隙太小,焊接电流太小或运条速度过快,坡口角度小,运条角度不对以及电弧偏吹等。防止措施有:合理选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。

  4)未熔合。探头平移时,波形较稳定,两侧探测时,反射波幅不同,有时只能从一侧探到。其产生的原因:坡口不干净,焊速太快,电流过小或过大,焊条角度不对,电弧偏吹等。防止措施:正确选用坡口和电流,坡口清理干净,正确操作防止焊偏等。

  5) 裂纹。回波高度较大,波幅宽,会出现多峰,探头平移时反射波连续出现波幅有变动,探头转时,波峰有上下错动现象。热裂纹产生的原因是:焊接时熔池的冷却速度很快,造成偏析;焊缝受热不均匀产生拉应力。防止措施:限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量,主要限制硫含量,提高锰含量;提高焊条或焊剂的碱度,以降低杂质含量,改善偏析程度;改进焊接结构形式,采用合理的焊接顺序,提高焊缝收缩时的自由度。


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