板材对接焊缝超声波检测工艺毕业论文.docx
《板材对接焊缝超声波检测工艺毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《板材对接焊缝超声波检测工艺毕业论文.docx（40页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
板材对接焊缝超声波检测工艺毕业论文
毕业设计报告（论文）
题目：
板材对接焊缝超声波检测工艺
所属系：
机电与汽车工程学院
摘要：
承压设备所用材料有板材、管材、棒材、锻件、铸件及型材等,其中最重要且数量大的应为板材。
通过焊接的方法使一块或多块板材拼接到一起，而板材焊接质量的检验主要是通过超声检测技术完成的。
本文针对板材对接焊缝在实际应用中发现的问题以及对JB/T4730.3-2005标准的理解，论述超声检测的物理基础、超声检测的设备和工艺参数。
根据板材对接焊缝中缺陷类型，编制板材对接焊缝超声检测工艺规程和具体板材的检测专用工艺卡，使焊接质量有更好的保证。
根据给定的板材焊缝，通过实验检测该焊缝缺陷，详细介绍了试块选用、设备调试、现场探伤的常见问题及解决方法，并通过CSK-IIIA试块对试验中检测到的缺陷进行了等级评定并编制工艺卡。
关键词：
焊缝超声波探伤试块缺陷
Abstract：
Pressureequipmentmaterialsplate,pipe,steelrolling,forging,castingandprofiles,suchasoneofthemostimportantandlargequantitiesshallbetheplank.Makeoneormorebyusingthemethodofweldingplatejoiningtogethertogether,andplankweldingqualityinspectionismainlydonebyultrasonictestingtechnology.Platebuttweldinthepracticalapplication,thispaperfoundtheproblemandtheunderstandingofstandardJB/T4730.3-2005,thispaperultrasonictestingofthephysicalbasis,ultrasonictestingoftheequipmentandprocessparameters.Dependingonthetypeofplateinbuttwelddefects,platebuttweldultrasonictestingprocedureandspecificdetectionofspecialprocesscard,maketheweldingqualityisbetter.Accordingtotheplategivenbytheexperimentaldetectionofweld,thewelddefects,introducesindetailthecommonproblemsoftestblockselection,equipmentcommissioning,on-siteinspectionandsolvingmethods,andblockofdefecttestdetectedontheratingandthepreparationofprocesscardbyCSK-IIIAtest.
KeyWords:
WeldUltrasonictestingBlockDefect
目录
第一章前言1
1.1选题的背景及意义1
1.2超声检测技术的发展历程及现状1
1.2.1国际超声检测技术发展历程和现状2
1.2.2我国超声无损检测发展现状2
第二章超声波检测物理基础3
2.1超声波3
2.2超声波检测优缺点3
2.2.1超声波检测方法的优点3
2.2.2超声波检测方法的局限性3
2.3超声波检测原理4
2.4超声波垂直入射到界面的反射和透射4
2.4.1单一界面的反射率和透射率4
2.4.2薄层界面的反射率和透射率5
2.4.3声压往复透射率5
第三章超声检测的设备及器材6
3.1超声检测的设备与器材6
3.2超声探伤仪6
3.3探头7
3.3.1压电效应7
3.3.2探头的种类和结构7
3.3.3探头型号7
3.3.4探头的选择8
3.3.5探头的移动范围8
3.3.6探头的扫查方式9
3.4耦合剂10
3.5试块10
3.5.1试块的作用10
3.5.2试块的分类11
3.5.3焊接探伤常用试块列举11
3.6超声波检测分类12
第四章板材14
4.1焊缝中常见缺陷14
4.1.1外观形状缺陷：
14
4.1.2内部缺陷14
4.2影响缺陷定位的主要因素16
4.2.1仪器的影响：
16
4.2.2.探头的影响：
16
4.2.3.工件的影响：
16
4.2.4.操作人员的影响：
17
第五章焊缝超声检测的工艺规程18
5.1检测面的修整18
5.2仪器的调整过程18
5.2.1按深度1:
1调节扫描速度18
5.2.2调起始灵敏度18
5.2.3测定探头的前沿距离L0值和K值18
5.2.4时基线的调节19
5.2.5绘制距离波幅曲线19
5.2.6缺陷的扫查及评定:
19
5.2.7缺陷评定与检验结果分级20
5.2.8清理现场20
5.3超声波检测工艺卡20
第六章总结22
参考文献23
致谢24
第一章前言
1.1选题的背景及意义
钢铁材料是工程上所使用的最重要的材料之一，应用范围极其广泛。
焊接是各种工业生产和国防建设等领域不可缺少的先进制造技术，在世界范围内，发达国家利用焊接方法来加工的钢材已超过钢材总产量的一半，由于钢焊接其性能出众和经济效果显著等特点，在焊接中的应用越来越广泛，成为国内外众多研究者和工程人员重点研究的方向。
焊接是指通过加热或加压，或两者兼用，而且用或不用填充材料，使工件达到原子结合的一种加工方法。
钢制对接焊缝焊接以其强度高、重量轻、塑性和韧性好、材质均应，制造方便、密封性好等优异特点，已经得到了非常广泛的应用。
超声检测是五大常规无损检测技术之一，也是目前国内外应用最广泛、使用频率最高而且发展较快的一种无损检测技术。
超声检测是产品制造中实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产效率的重要手段，也是设备维护中不可或缺的手段之一。
超声检测是检测焊接接头缺陷并为焊接接头质量评价提供重要数据的主要无损检测手段之一。
超声波探伤的原理是通过对被测物体发射超声，然后利用其反射、多普勒效应、透射等来获取被测物体内部的信息并经过处理形成图像。
目前应用最多的是反射法。
反射法是基于超声波在通过不同声阻抗组织界面时发生较强反射的原理工作的，声波在从一种介质传播到另外一种介质的时候在两者之间的界面处会发生反射，而且介质之间的差别越大反射就会越大，所以对一个物体发射出穿透力强、能够直线传播的超声波，然后对反射回来的超声波进行接收并根据这些反射回来的超声波的先后、幅度等情况就可以判断出这个组织中含有的各种缺陷的大小、分布情况以及各种介质之间的对比差别程度等信息，从而判断出该被测物体是否有异常。
本文针对中厚板对接焊缝进行超声A扫描检测和动态波形分析，广泛适用于焊接接头的检测。
随着社会日新月异的发展和进步，许多大型设备，大型储油罐，大型刚结构的运用，对接焊越来越广泛运用，工程上对对接接头焊缝的要求越来越高。
目前对于这种焊接形式，普遍的检测方式是采用超声检测。
1.2超声检测技术的发展历程及现状
无损探伤技术是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。
无损检测NDT（Non-destructivetesting），就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态（如合格与否、剩余寿命等）的所有技术手段的总称。
工业生产中常用的无损检测方法有射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）和渗透检测（PT）四种。
其中射线探伤和超声波探伤是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。
1.2.1国际超声检测技术发展历程和现状
无损检测技术已经历一个世纪，尽管无损检测技术本身并非一种生产技术,但其技术水平却能反映该部门，该行业，该地区甚至该国的工业技术水平。
超声无损检测技术（UT）作为五大常规检测技术之一，由于其与其它常规无损检测技术相比，它具有被测对象范围广，检测深度大，缺陷定位准确，检测灵敏度高，成本低，使用方便，速度快，对人体无害以及便于现场使用等特点，因而世界各国都对超声无损检测给予了高度的重视。
目前，国外工业发达国家的无损检测技术已逐步从无损探伤（NondestructionInspectionNDI）和无损检测（NondestructivetestingNDT）向无损评价（NondestructiveEvauationNDE）过渡。
无损探伤，无损检测和无损评价是无损检测发展的三个阶段。
超声波无损探伤是初级阶段，它的作用仅仅是在不损害零部件的前提下，发现其人眼不可见的内部缺陷，以满足工业设计中的强度要求。
超声无损检测是近20年来应用最广泛的术语，它不仅要检测最终产品，而且还要对生产过程的有关参数进行监测。
超声无损评价是超声检测发展的最高境界，不但要探测缺陷的有无，还要给出材质的定量评价，也包括对材料和缺陷的物理和力学性能的检测及其评价。
1.2.2我国超声无损检测发展现状
近年来我国超声无损检测事业取得了巨大进步和发展。
超声无损检测已经应用到了几乎所有工业部门，其用途正日趋扩大。
超声无损检测的相关理论和方法及应用的基础性研究正在逐步深入，已经取得了许多具有国际先进水平的成果。
但是，我国超声无损检测事业从整体水平而言，与发达国家之间存在很大差距。
具体表现在以下几个方面:
1）检测专业队伍中高级技术人员和高级操作人员所占比例较小，极大阻碍了超声无损检测技术自动化、智能化、图象化的进展。
2）专业无损检测人员相对较少，现有无损检测设备利用率低。
我国无损检测技术经过40年的发展，虽然应用已经遍及近30个系统领域，直接从事无损检测技术方面的人员已近20万左右，但是高技术专业人员较少。
3）重视对无损检测技术领域的信息技术应用。
当信息技术和无损检测结合以后，人们就可以最大限度地从检测过程中获取大量信息。
第二章超声波检测物理基础
2.1超声波
超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。
机械振动在介质中的传播过程叫做波，人耳能够感受到频率高于20赫兹，低于20000赫兹的弹性波，所以在这个频率范围内的弹性波又叫声波。
频率小于20赫兹的弹性波又叫次声波，频率高于20000赫兹的弹性波叫做超声波。
次声波和超声波人耳都不能感受。
2.2超声波检测优缺点
2.2.1超声波检测方法的优点
1）适用于金属、非金属、复合材料等多种材料制件的无损评价。
2）穿透能力强，可对较大厚度范围的试件内部缺陷进行检测，可进行整个试件体积的扫查。
如对金属材料，既可检测厚度1~2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件。
3）灵敏度高，可检测材料内部尺寸很小的缺陷。
4）可较准确地测定缺陷的深度位置，这在很多情况下是十分需要的。
5）对大多数超声技术的应用来说，仅需从一侧接近试件。
6）设备轻便，对人体及环境无害，可作现场检测。
2.2.2超声波检测方法的局限性
1）由于纵波脉冲反射法存在的盲区，以及缺陷取向对检测灵敏度的影响，对位于表面和非常近表面的延伸方向平行于表面的缺陷常常难于检测。
2）试件形状的复杂性，如小尺寸、不规则形状、粗糙表面、小曲率半径等，对超声检测的可实施性有较大影响。
3）材料的某些内部结构，如晶粒度、相组成、非均匀性、非致密性等，会使小缺陷的检测灵敏度和信噪比变差。
4）对材料及制件中的缺陷作定性、定量表征，需要检验者较丰富的经验，且常常是不准确的。
5）以常用的压电换能器为声源时，为使超声波有效地进入试件一般需要有耦合剂。
世界各国出版的无损检测书籍、资料文献中,超声探伤所占的数量都是首屈一指的。
有关资料表明,国外每年大约发表3000篇涉及无损检测的文献资料，全部文献资料中有关超声无损检测的内容约占45%，特别是2000年10月在罗马召开的第十五届世界无损检测会议（WCNDT）收录的663篇论文中，超声检测就占250篇。
以上这些都说明超声检测在无损检测中的突出贡献与重要地位和研究势头,所以超声检测一直以来都是研究的热点。
超声波探伤以其探伤距离大、探伤装置体积小、重量轻、便于携带、检测速度快、检测费用低等优势，在压力容器制造和在役检测工作中得到越来越多的应用。
2.3超声波检测原理
超声检测技术中对缺陷评定的三大关键内容是缺陷的定位、定量和定性。
缺陷定位与定量方法已较成熟,而对缺陷定性仍存在许多实际困难。
目前,在原位检测中应用最广泛的是A型超声脉冲反射式检测仪,根据其示波屏显示的缺陷回波静态波形与动态波形,再结合具体产品或材料特点和制造工艺等来评估缺陷的性质。
缺陷的超声波反射特性取决于缺陷的取向和几何形状、相对超声波传播方向的长度和厚度、缺陷的表面粗糙度、缺陷内含物以及缺陷性质等,还与所用超声检测系统特性有关,因此,超声检测中获得缺陷的超声响应是一个综合响应。
如何观察波形并把反映缺陷性质的有用信息从综合响应中分离出来,这对缺陷的定性评定尤为重要。
超声波探伤的原理是通过对被测物体发射超声，然后利用其反射、多普勒效应、透射等来获取被测物体内部的信息并经过处理形成图像。
目前应用最多的是反射法。
反射法是基于超声波在通过不同声阻抗组织界面时发生较强反射的原理工作的，声波在从一种介质传播到另外一种介质的时候在两者之间的界面处会发生反射，而且介质之间的差别越大反射就会越大，所以对一个物体发射出穿透力强、能够直线传播的超声波，然后对反射回来的超声波进行接收并根据这些反射回来的超声波的先后、幅度等情况就可以判断出这个组织中含有的各种缺陷的大小、分布情况以及各种介质之间的对比差别程度等信息，从而判断出该被测物体是否有异常。
2.4超声波垂直入射到界面的反射和透射
超声波从一种介质入射到另一种介质中，在两种介质的分界面上，一部分能量返回原介质内，称为反射波。
另一部分能量透过界面在另一种介质中传播，称为透射波。
在界面上声能（声压、声强）的分配和传播方向的变化都遵循一定的规律。
2.4.1单一界面的反射率和透射率
当超声波垂直入射到光滑平界面时，将在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波，在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波。
反射波与透射波的声压是按一定规律分配的。
这个分配比例由声压反射率和透射率来表示。
如图2.1所示
图2.1
2.4.2薄层界面的反射率和透射率
超声检测时，经常遇到耦合层和缺陷薄层等问题，这些都可归结为超声波在薄层界面的反射和透射问题。
此时，超声波是由声阻抗为Z1的第一介质入射到Z1和Z2界面，然后通过声阻抗为Z2的第二介质薄层射到Z2和Z3界面，最后进入声阻抗为Z3的第三介质。
超声波通过一定厚度的异质薄层时，反射和透射情况与单一的平界面不同。
异质薄层很薄，进入薄层内的超声波会在薄层两侧界面引起多次反射和折射，形成一系列的反射波和透射波。
2.4.3声压往复透射率
在超声波但探头检测中，探头兼做发射和接受超声波，探头发出的的超声波透过界面进入工件，在固气底面产生全反射后再次通过同一界面被探头接受。
声压往复透射率高低直接影响检测灵敏度高低，往复透射率高，检测灵敏度高，反之，则低。
第三章超声检测的设备及器材
3.1超声检测的设备与器材
超声检测设备与器材包括超声检测仪、探头、试块、耦合剂等，其中仪器和探头对超声检测系统的能力起关键性作用。
了解其原理、构造和作用及其主要性能，是正确选择检测设备与器材并有效进行检测的保证。
3.2超声探伤仪
超声波探伤仪是超声检测的主体设备，它的主要作用是产生电振荡并施加于换能器（探头）上，激励探头发射超声波，同时接受来自探头的电信号，将其放大后以一定方式显现出来，从而得到被检工件中有关缺陷的信息。
超声检测仪按其指示参量可以分为三类：
第一类指示声的穿透能量，称为穿透视检测仪。
这种仪器发射频率不变的超声连续波，根据透过工件的超声波强度变化判断工件中有无缺陷及缺陷大小，因其灵敏度低，且不能确定缺陷位置，目前已经很少用。
第二类指示频率可变的超声连续波在工件中形成驻波的情况，可用于共振测厚，但由于只适合检查与检测面平行的缺陷，目前已经很少使用。
第三类指示脉冲波的幅度和运行时间，称为脉冲波检测仪。
这类仪器通过探头向工件周期性的发射一持续时间很短的脉冲波，激励探头发射脉冲超声波，并接收从工件中反射回来的脉冲波信号，通过检测信号的返回时间和幅度判断是否存在缺陷和缺陷大小等情况，称为脉冲反射式超声检测仪。
目前还出现了采用一发一收双探头方式，接受从工件中衍射回来的脉冲波信号，称为衍射时差法超声波检测。
脉冲波检测仪的信号显示方式可分为A型显示和超声成像显示，其中超声成像显示又可分为B、C、D、S、P型显示等类。
其中A型脉冲反射式超声波检测仪是使用范围最广的，最基本的一种类型。
按缺陷显示方式分类，超声波探伤仪分为三种。
A型：
A型显示是一种波形显示，探伤仪的屏幕横坐标代表声波的传播距离，纵坐标代表反射波的幅度。
由反射波的位置可以确定缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。
B型：
B型显示是一种图像显示，屏幕的横坐标代表探头扫查轨迹，纵坐标代表超声波的传播距离，因而可直接的显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。
C型：
C型显示也是一种图像显示，屏幕的横坐标和纵坐标都代表探头在工件表面的位置，探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而当探头在工件表面移动时候，屏幕上显示出被探工件内部缺陷的平面图像，但不能显示缺陷的深度。
目前，探伤中广泛使用的超声探伤检测仪都是A型显示脉冲反射式探伤仪。
除了上述按照原理的差异分类外，根据采用的信号处理技术，超声检测仪还可以分为数字机和模拟机。
目前使用的超声检测仪大多数是数字机。
3.3探头
超声波探头是组成超声波检测系统的重要组件之一。
探头的性能直接影响超声检测能力和效果。
下面介绍探头的工作原理、主要性能结构及选择。
3.3.1压电效应
某些晶体材料在交变拉压作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应。
反之当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。
正、逆压电效应统称为压电效应。
超声波探头的压电晶片具有压电效应，当高频电脉冲激励压电晶片时，发生逆压电效应，将电能转换为声能，探头发射超声波。
当探头接收超声波时，发生正压电效应，将声能转换为电能。
不难看出超声波探头在工作时实现了电能和声能的相互转换，因此常把探头叫做换能器。
3.3.2探头的种类和结构
直探头用于发射和接收纵波，主要用于探测与探测面平行的缺陷，如板材、锻件探伤等。
斜探头分为纵波斜探头、横波斜探头和表面波斜探头，常用的是横波斜探头。
横波斜探头主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝、汽轮机叶轮等。
当斜探头的入射角大于或等于第二临界角时，在工件中产生表面波，表面波探头用于探测表面或近表面缺陷。
双晶探头有两块压电晶片，一块用于发射超声波，另一块用于接收超声波。
根据入射角不同，分为双晶纵波探头和双晶横波探头。
双晶探头具有以下优点：
A.灵敏度高
B.杂波少盲区小
C.工件中近场区长度小
D.探测范围可调
双晶探头只要用于探伤近表面缺陷。
聚焦探头种类较多。
3.3.3探头型号
探头型号的组成项目及排列顺序如下：
基本频率-晶片材料-晶片尺寸-探头种类-特征
基本频率：
用阿拉伯数字表示，单位为MHz。
晶片材料：
用化学元素缩写符号表示。
晶片尺寸：
用阿拉伯数字表示，单位为mm。
探头种类：
用汉语拼音缩写字母表示。
探头特征：
斜探头钢中折射角正切值（K值）用阿拉伯数字表示。
3.3.4探头的选择
K值的选择，探头K值的选择应从以下三个方面考虑：
（1）使声束能扫查到整个焊缝截面；
（2）使声束中心线尽量与主要危险性缺陷垂直；
（3）保证有足够的探伤灵敏度。
设工件厚度为T，焊缝上下宽度的一半分别为a和b，探头K值为K，探头前沿长度为L0，则有：
K（a+b+L0）/T
一般斜探头K值可根据工件厚度来选择，较薄厚度采用较大K值，如8~14厚度可选K3.0~K2.0探头,以便避免近场区探伤，提高定位定量精度；较厚工件采用较小K值，以便缩短声程，减小衰减，提高探伤灵敏度。
如15~46厚度可选K2.0~K1.5探头，同时还可减少打磨宽度。
在条件允许的情况下，应尽量采用大K值探头。
探头K值常因工件中的声速变化和探头的磨损而产生变化，所以探伤前必须在试块上实测K值，并在以后的探伤中经常校验。
3.3.5探头的移动范围
焊缝两侧探测面探头移动区的宽度P一般根据母材厚度而定,如图3.1。
图3.1探头移动区和检测区
厚度为8~46mm的焊缝采用单面两侧二次波探伤，探头移动区宽度为：
P2KT+50（mm）
厚度为大于46mm的焊缝采用双面两侧一次波探伤，探头移动区宽度为：
PKT+50（mm）
式中K----探头的K值；T-----工件厚度。
工件表面的粗糙度直接影响探伤结果，一般要求表面粗糙度不大于6.3m，否则应予以修整。
3.3.6探头的扫查方式
a．锯齿型扫查
如图3.2探头以锯齿的路线进行运动，每次前进的齿距不得超过探头晶片直径，间距过大会造成漏检。
为发现与焊缝成一定角度的倾斜缺陷，探头在做前后锯齿运动时，可同时作10º~15º转动。
图3.2锯齿型扫查
b．斜平行和平行扫查
为了发现并检出焊缝或热影响区的横向缺陷，可将探头沿焊缝两侧边缘与焊缝成一定角度（10º~30º）做斜平行扫查，见图3.3。
对于磨平的焊缝可直接在焊缝及热影响区作平行移动，见图3.4。
图3.3斜平行扫查图3.4平行扫查
c．其他方式扫查:
1）左右扫查与前后扫查：
当用锯齿扫查发现缺陷后，可用左右扫查与前后扫查找到缺陷的最大回波，用左右扫查来确定缺陷沿焊缝方向的指示长度；用前后扫查来确定缺陷的水平距离或深度。
2）转角扫查：
发现缺陷后用转角扫查可以大致推断缺陷的方向。
3）环绕扫查：
发现缺陷后用环绕扫查可以大致推断缺陷的形状。
用此种方法扫查时，如果单一回波的高度变化不大，则可判断为点状缺陷，如果回波的高度变化较大，则可判断为面积缺陷。
3.4耦合剂
超声耦合剂是指超声波在检测面上的声强透射率。
声强透射率高，超声耦合好。
为了改善探头与工件间声能的传递，而加在探头和检测面之间的液体薄层为耦合剂。
耦合剂可填充探头与工件间的空间间隙，使超声波能够传入工件，这是耦合剂的主要目的。
耦合剂还有减少摩擦的作用。
常用耦合剂有水、甘油、机油、变压器油、化学糨糊等。
水的优点是来源方便，缺点是容易流失，容易使工件生锈，有时不易润湿工件。
液浸检测中常用水作为耦合剂，使用时可以加入润湿剂和防腐剂等。
甘油优点是声阻抗大，耦合效果好，缺点是要用水稀释，容易使工件形成腐蚀坑，价格昂贵。
机油和变压器油的附着力、粘度、润湿性都较适当，也无腐蚀性，价格又不高，因此是最常用的耦合剂。
化学糨糊耦合效果比较
升级会员 