焊接质量的超声波探伤无损检测
焊接质量的超声波探伤无损检测
曹玉华
(宁夏 长城 须崎铸 造有 限公司 , 宁夏 银川 5 7 0 2 1
摘
要
现代 工程建设及设备安装 中都需要 大量使用到钢结构
重要 无 损检 测 方 法是保 证钢 结 构焊接 质量 的 重要 途径
因此钢结构的坪接质量十分
关键 词
超声波
无损检测
坏 缝
钢结构
缺 陷
1
前 吉 无 损检 测作 为 一 种 常 规 的质 量 检 验 方 法有 直 接
2
超声波探伤检测方法在实际工作中的应用 在进行探伤检测之前 , 首先要了解图纸对焊接质
目前 钢 结 构 的 验 收 标 准 是 依 据
用 肉眼检 查 的宏 观外 观检 验和 用射 线 照相 探伤 超 声
量 的技 术 要 求 GB 0 0 一 5 2 5 9 5
波探伤 磁粉探伤 渗透探伤 涡流探伤等仪器检测
肉眼 宏观 检测 可 以不使 用任 何 仪器 和设 备 , 但 肉 眼不
钢结 构 工程施 工及 验收 规 范 ! 执 行 的 来
标准 规定 :对于 图纸要 求焊缝 焊接 质量等 级 为一级 时
能穿透工件来检查工件 内部存在的缺陷, 而射线照相 等方法则可以通过各种各样 的仪器或设 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
评定 等级为 n 级时规范规定要求做 10 % 的超声波探 0
伤 ;对于 图纸要求 焊缝 焊接质 量 等级为二 级时 评定 等 级 为 u 级 时 规范 规定 要 求做 2 % 超 声 波探 伤 ;对 于 图 I 0 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 200m m 对 于局 部探 伤的焊 缝如 果发现 有不允 许 的
以大大提高检测 的准确性和可靠性
至于用什么方法
来 进行 无损 检测 , 这 需 要根 据工 件 的具体 情 况 和检 测
的目的来确定 那么什么是超声波呢? 声波频率高于 20 H z的声 k
波 叫做 超 声波 用 于探 伤 的超 声 波 , 频 率 为
0.4M H z一 M H :, 其 中 日常 用得最 多 的是 IM H 卜SM H z 5 2
缺 陷时 , 应 在该缺 陷两端 的延 伸部 位增加 探伤 长度 ,增 加 的长度应不 小 于该焊 缝长 度 的 1 % 且 不应 小 于 0
利用 声 音来 检测 物 体 的好坏 , 这 种方 法早 已被人 们所
广泛采用
例如 ,用手拍拍西瓜听听是否熟了;医生敲
Zo m m , 当仍 有 不 允 许 的 缺 陷 时 , 应 对 该 焊 缝 进 行 o 10 % 的探 伤检 查 , 其 次应 该 清楚探 伤 时机 0 完成 24h 以后 方可进 行焊 缝探伤 检验 碳素 结构 钢应 在焊 缝冷 却 到环 境 温度 后 低 合金 结 构钢 在 焊接 另外 还应 该知
敲病 人 的胸 部 , 检验 内脏 是 否正 常 ;用 手 敲敲 瓷碗 ,看
看瓷碗是否坏了等等 这些依靠人的听觉来判断声响
的检 测
方 法 , 比声 响 法要 客观 和 准 确 , 而 且 也 比较 容
易作 出定 量 的 表示
由于 超 声 波探 伤 具 有 探测 距 离
道待测工件的母材厚度
接头型式以及坡 口型式
下
大 , 探伤设备装置体积小 , 重量轻 , 便于携带到现场探 伤 , 检测速度快 , 而且探伤 中只消耗祸合剂和磨 损探 头 , 总的检测费用较低等特点 , 目前各个行业都 广泛
采用这种 方法 进行 质量检 测
面主要就对焊缝探伤的操作进行具体说明 一般来讲 ,
母 材 厚 度 在 s m m 一 m m 之 间 , 坡 口型 式 有 I 型 单 V 6 1
型 X 型等几种形式
在清楚 了以上这些具体型式之
后 , 才 可 以进 行探 伤前 的准备 工作
作者简介 : 曹玉 华(19 73一 男 , 工程 师 , 主要从 事铸造 工艺设计与产 品质量管理工作 ),
. 21
在 每 次探 伤操 作 前都 必须 利 用标 准试 块
) a 产生这类缺陷的原 因主要是焊材未按规定温 度烘干 , 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 ;埋弧焊时电压过高
或 网络 电压 波动太 大 ;气体保 护 焊时保 护气 体 纯度 低 等 如果焊缝 中存在 着气孔 , 既破坏 了焊 缝金 属的致
(CSK 一 CSK 一 A )校准仪器 的综合性 能 , 校准面板 A I I u
的曲线 , 以保证探伤结果的准确性
2.1.1 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 ,粗糙度一般高于 Ra 3 6 侧探伤面的修整宽度一般为) ZK + T 5
焊缝两
m m , (K : 探头 K
密性 , 又使得焊缝有效截面积减少 , 降低了机械性能 , 特别是存在链状气孔时 ,对弯曲和冲击韧性会有 比较 明显降低 ) b 防止这类缺陷产生的具体措施有 :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 ,
值 ,T :工件厚度 ) 一般根据焊件母材选择 K 值为 2 5 . 的探头 例如 : 待测工件母材厚度为 IOmm ,那么就应在 焊缝两侧各修磨 1( 1l ) X lm 2. 2 1. 藕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 选择浆糊作为捅合剂
2.1. 3 由于 通常母 材厚 度较薄 , 因此探 测方 向采用单 面双侧进 行
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 22 夹 渣
2. 4 1.
由于板厚小 于 ZOm m , 所 以采用水平定位法来
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 ) a 这 类缺 陷 产生 的原 因有 :焊 接 电流过 小 , 速度
调节仪器的扫描速度 2. 5 在探伤操作过程 中采用
粗探伤和精探伤两个步 1. 骤 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
2 .1. 6 对探 测结果 进行 记录 , 如 发现 内部缺 陷对其进 ( 钢 焊缝 手工 超 声波探 伤 方 法 和
过快 , 熔渣来不及浮起 , 焊缝边缘 和各层焊缝之间清
理 不干 净 , 基 本金 属或母 材 和焊接 材料 的化 学成 分不
当, 含硫 磷较多等原因
) b 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 .. 2 23 未 焊透
行评定分析 焊接对头 内部缺陷分级应符合现行国家
标 准 G B l l 45一 8 3 19 9
探伤结果分级 ! 的规定, 来评判该焊缝是否合格
复验直至合格
如果
发现 有 超 标 的缺 陷 , 应 对 焊 缝 进行 返 工 , 返工 后 进 行
一 般 的 焊缝 中常 见 的缺 陷 有 :气 孔 夹 渣 未 焊
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 这
类 缺陷 不仅 降低 了焊接 接头 的机 械性 能 , 而且 在未 焊 透 处 的缺 口和端 部形 成应力 集 中点 , 承载 后往 往会 引 起 裂纹 ,是 一种危 险性缺 陷
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
陷的位里和焊接工艺对缺陷进行综合估判 . 2 2 对于内部缺陷的性质的估判以及缺陷的产生的 原 因和 防止措 施大 体总结 了 以下 几点 : .. 22 1 气 孔 单 个气孔 回波高度低 , 波形 为单 峰 , 较稳定 从 各 个方 向探测 , 反射波大体相 同, 但稍一动探头波形就
消 失 , 密 集 气孔 会 出现 一簇 反 射 波 , 波 高 随 气孔 大 小
) a 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 ) b 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 .. 2 24 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
而不同 , 当探头作定点转动时 , 会出现此起彼落的现
象
一 74 一
) a 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 ) b 防止 措施 :正确 选 用坡 口和 电 流 , 坡 口清 理 干
冷却 过 程 中受 到人 为 的焊接 拉 力作 用 时易 裂 开 ;焊接
时冷却速度很快氢来不及逸 出而
残 留在焊缝中 , 氢原 子结合成氢分子 , 以气体状态进 到金属的细微孔 隙
中 , 并造成很 大 的压力 , 使局 部金 属产生很 大 的压力 而 形 成冷 裂纹 ;焊 接应 力 拉应 力并 与 氢 的析 集 中和 淬火 脆化 作用 同时发 生时 易形成 冷裂 纹
净 , 正确操作防止焊偏等
2. 5 2. 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 动 时 , 波 峰 有 上 下 错动 的现 象 裂 纹是 一种 危 险性 最大 的 缺陷 , 它 除
) b 防止措施 :焊前预热 , 焊后缓慢冷却 ,使热影响 区的奥 氏体分解能在足够的温度区间内进行 , 避免淬
硬 组 织 的产 生 , 同时 有 减 少 焊 接 应 力 的作 用 ;焊 接后 及 时进 行 低 温 退 火 , 去 氢 处 理 , 消除 焊 接 时 产 生 的应
降低焊接接头的强度外 , 还因裂纹的末端呈尖销 的缺
口, 当焊件 承 载时 , 将 引起应 力 集 中 , 成 为结 构 断裂 的 起源 裂纹 分 为热裂纹 冷裂 纹和再 热裂纹 三种
(l 热 裂纹 )
力 , 并使氢及 时扩散到外界去 ;选用低氢型焊条和碱
性焊 剂或 奥 氏体 不锈 钢焊条 焊丝 等 , 焊 材按规定 烘 干 , 并严 格 清理 坡 口;加 强 焊接 时 的保 护 和被 焊处 表 面的 清 理 , 避免 氢 的侵人 ;选 用 合理 的焊 接 规范 , 采 用合 理 的焊 接顺 序 , 以改善焊 件 的应力状 态
3 小 结
) a 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 ) b 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
以上所 分析 的几个 方 面还不 够 全 面 , 有 待于 在 实 际 工作 中不 断地 总结 和完 善 , 为企业 的生 产 把好 质量
关
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
(2 ) 冷裂纹 ) a 冷裂纹 产生 的原 因 : 被焊 材料 淬透性 较大 , 在
(收稿 日期 :Zo se 的司 2 o s )
(上接 第 7 页) 2 有较大 的差别
6 对 土(11 .7 )h 中= 3 (3 ) 4
8 总 土 S森 6 豉 8砂 6琳 二V + +
小 结
(5)
式中二∀ h
3.1. 6
被测 量块平 面平行 性允许 偏差
量块 在 一 次检定 后 经一 段 时 间使 用 , 有些 技 术 指
接触 变形误 差 6 接 在 量块 检定 中 , 接 触形 式 为球 面 对 平 面 , 测 量 力
标 可能下 降 , 使量 块失 去原有 的精 度
为 了及 时发 现
问题 , 采取 措施 消 除误差 ,掌 握 尺寸 变 化情 况 , 及 时 重
新 确定 量块 中心 长度 , 因此量 块 每 隔一 定 时 间要 重新
可 由仪器检 定规 程 中查 得
其 误差见 公式 (4 ):
检定 一 次 , 相邻 两次 检定 所 隔 的时
间称 为 检 定周 期
式 中 :K , K 厂 被 检量块 标准量 块 的变形 系数 ;
P s一 量力 , N ; e 测 n 一测 帽球 面直 径 ,~
, =(KlKZ 讶 用 一)
( 4)
保养好量块能延长量块的使用寿命 , 如不注意维护保
养 , 可 导致 量块 生锈 碰 伤 或严 重划 伤 , 造 成部 分 量块
降等降级 , 甚至无法修复 保养量块应注意防锈 防划
伤 防碰伤 参考 文献 :
# J I J G 14 .量块检 定规 程1 1. 京 :中国计 量 出版社 , 6 5 北
2 ( 抖. X
当标准量块与被检量块材料相同时 , 变形系数接
近相 等 , 如不 考 虑 测 力 变化 的影 响 , 接触 变形 误 差 可
忽略
根 据 以 上分 析 , 用 相 对 法测 量 量 块 , 其 中心 长 度
测量 的总误 差为 :
(收稿 日期 :2( 8刁5 一 ) ) X 15