完整版钢板焊缝的接触法超声波检测毕业设计Word文件下载.docx
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2012年8月27日～9月13日
选择正确检测方法
完成零件检测
2012年9月14日～9月23日
资料整理
论文框架设计
2010年9月24日～10月14日
撰写论文
2012年10月8日～10月21日
论文修改完善
2012年10月22，23日
打印完成
教师对进度计划实施情况总评
签名
年月日
本表作评定学生平时成绩的依据之一。
钢板焊缝的接触法超声波检测
【摘要】
本毕业设计的课题是板材焊缝超声波探伤测试。
主要任务是在掌握过程设备制造流程和焊接缺陷及其产生原因的基础上，研究超声波探伤技术在钢制压力容器对接焊接接头探伤检测中的应用，并给出焊缝返修的具体方案。
本文详述了国内外超声检测技术的发展和现状，并在简述过程设备制造、焊接及无损探伤的基础上详细介绍了超声波探伤技术及其在焊缝无损探伤中的应用及评定等级和注意事项。
针对给定的板材焊缝，通过实验检测该焊缝的缺陷，本文详细介绍了试块选用，设备调试，现场探伤中的常见问题及解决方法。
同时给出了现场探伤、缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡。
关键词：
焊缝；
超声波探伤；
试块；
缺陷评定
Abstract:
NDT
（Non-Destructie
Testing,
NDT）
technology
has
become
a
quality
control
to
ensure
the
safe
operation
of
equipment
so
vital
technical
means
production
in
modern
aviation
industry,
more
and
key
components
required
for
effective
And
accurate
detection,
this
paper
introduces
principle
ultrasonic
detection
advantages
disadvantages
Points,
with
instrument
shear
wave
weld
inspection
during
should
pay
attention
issues
problems,
testing
apparatus,
other
issues.
Key
words:
testing;
longitudinal
wave;
detector;
inspection;
test
block;
probe;
coupling
agent.
钢板焊缝的接触法超声波检测IV
1绪论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和现状2
1.2.1国际超声检测技术的发展历程和现状2
1.2.2我国超声无损检测发展现状2
1．3中厚钢板焊缝3
2．检测方法的选择7
2.1超声波检测的原理：
7
2.2接触法焊缝超声波检测的特点8
2.2.1脉冲反射法8
2.2.2影响缺陷定位的主要因素9
3超声波检测仪器型号和一些基本设备11
3.1设备型号：
11
3.2超声波探头14
3.3试块16
3.4耦合剂18
4.超声波检测工艺卡19
5焊缝超声检测的过程20
5.1检测面的修整20
5.2焊缝超声波探伤20
5.3.1设置仪器的工作状态设置21
5．3.2测定探头的前沿距离测定21
5.4.1时基线的调节23
5.4.2绘制距离波幅曲线23
5.4.3缺陷的扫查及评定:
24
5.4.4清理现场24
6．超声检测结果25
结束语26
谢辞27
文献28
1绪论
无损检测技术是产品质量控制中不可缺少的基础技术。
随着产品复杂程度的增加和对安全保证的严格要求，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。
1.1选题的背景及意义
过程设备是各个工业部门不可缺少的重要生产设备，用于供热、供电和储存各种工业原料及产品，完成工业生产过程必需的各种物理过程和化学反应。
因此它成为石油、化工、电站、核能和军工等工业部门的重要生产装备。
其制造工艺以焊接为主，质量要求比较高。
焊缝质量直接决定着压力容器的使用安全和使用寿命，因此在制造和使用过程中的焊缝检测显得尤为重要。
因此，迫切需要寻找一种高效、经济、简便可行的无损检测技术及缺陷评定方法。
无损检测技术主要包括射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、声发射等方法其中超声波探伤和射线探伤是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。
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，在过程设备制造和在役检测工作中得到越来越多的应用。
由于历史的原因，在用过程设备的检验、检测及缺陷评定仍存在很大的问题。
具体表现在：
①在役过程设备（其中包括国外进口设备）由于设计、制造与安装等所采用的标准不统一，其检验、检测要求难以统一，制造质量难以保证，给设备的维护和在用管理带来很大难度。
②过去对过程设备的验收管理不严，导致了现今在役设备焊缝中存着大量超标缺陷。
焊接缺陷的类型主要包括未焊透、未熔合、裂纹、气孔及夹渣等。
③国内外关于缺陷评定的标准不统一。
这些缺陷如不进行定期检查及有效的安全评定而盲目使用势必会造成重大恶性事故，给企业带来重大的经济损失。
因此，怎样实现对焊缝内部缺陷的精确定位、定量和定性分析及缺陷评定，是需迫切解决的课题。
在焊缝缺陷检测中，超声检测是目前公认的最有效的常规无损检测方法之一，与其它常规检测相比具有明显的优势。
焊缝超声检测一方面以其较为经济、操作轻便灵活而在质量控制和在役设备安全性能检查中得到广泛的应用，而在另一方面由于焊缝超声检测的不直观性，以及检测人员、检测对象、仪器探头等诸多因素，可能产生漏检或误判。
因此，针对超声检测技术显示不直观，探伤技术难度大以及探伤结果不便保存等技术难点，深入学习和掌握超声检测技术，在搞清原理、掌握使用的同时发挥创新精神探索超声检测过程中的出现的问题并加以解决。
针对焊缝内部缺陷的超声波检测及安全评定过程中所涉及的关键性问题进行系统的分析，并依据缺陷检测所得到的结果进行缺陷评定具有重要意义。
基于以上原因，本文重点研究过程设备制造工艺、焊接缺陷的成因及焊缝级，从而对焊接缺陷进行有效的安全评定。
1.2超声检测技术的发展历程和现状
无损探伤技术是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。
无损探伤是指利用声、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验（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）和液体渗透检测（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国际超声检测技术的发展历程和现状
无损检测技术历经一个世纪，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）作为四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NDI和NDT向NDE过渡。
无损探伤（NDI）、无损检测（NDT）和无损评价（NDE）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。
本文建立在NDI的基础上，在过程装备制造与维护过程中，对焊缝进行有效检测，并进行缺陷分析和计算，从而对过程装备进行有效的安全评估。
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，已经取得了许多突破性进展。
比如，用户友好界面操作系统软件；
各种扫描成象技术；
多坐标、多通道的自动超声检查系统；
超声机器人检测系统等。
无损检测的标准化和规范化，检测仪器的数字化、智能化、图象化、小型化和系列化工作也都取得了较大发展。
我国已经制订了一系列国标、部标及行业标准，而且引进了ISO，ATSM等一百多个国外标准。
无损检测人员的培训也逐渐与国际接轨。
但是，我国超声无损检测事业从整体水平而言，与发达国家之间仍存在很大差距。
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向自动化、智能化、图象化的进展。
由于经验丰富的老一辈检测工作者缺乏把实践经验转化为理论总结，而年轻的检测人员缺乏切实的实践经验，这有可能导致现有的超声检测软件系统不同程度的缺陷，降低了检测的可靠性。
〈2〉专业无损检测人员相对较少，现有无损检测设备有待改进。
从而导致目前我国产品的质量普遍存在较大问题。
更严重的后果是产品的竞争能力差，焊缝的超声波检测技术研究影响产品进入国际市场。
〈3〉对无损检测技术领域的信息技术应用重视不够。
我国对无损检测信息技术的建设工作还处在相当薄弱的阶段。
〈4〉无损检测的标准和规范多而杂。
我们相信，随着超声检测的广泛应用和对超声检测重视程度的不断提高，我国的超声检测将获得更加快速的发展和进步。
1.3中厚钢板焊缝
影响焊缝机械性能的焊接缺陷有裂纹、未焊透、未熔合、夹渣和气孔等。
此外，还有焊瘤、咬边等表面缺陷。
下面就这些缺陷加以叙述
1.零件背景
焊板的焊接接头形式主要有对接、角接、搭接、和T型接头等几种，本文检测的零件为对接接头式焊板其示意图如图1-1所示，实物图如图1-2所示。
焊接接头的缺陷包括外部缺陷和内部缺陷，外部缺陷有：
焊缝尺寸不符合要求、未焊透、咬边、焊瘤、表面气孔、表面裂纹等，通常采用目视检测、磁粉检测、渗透检测等方法对这些缺陷进行检测；
内部缺陷有：
气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等，如下图所示。
超声检测主要目的是为了检测出焊接接头中存在的内部缺陷。
图1-1对接接头式焊板
图1-2厚度为20mm钢板焊缝实物图
1．气孔气孔是在焊接过程中焊接熔池高温时吸收了过量的气体或冶金反应产生的气体，在冷却凝固之前来不及逸出而残留在焊缝金属内所形成的空穴。
产生气孔的主要原因是焊条或焊剂在焊前未烘干，焊件表面污物清理不净等。
气孔大多呈球形或椭圆形。
气孔分为单个气孔、链状气孔和密集气孔，如图1-3所示。
图1-3常见缺陷气孔
2．未焊透未焊透是指焊接接头部分金属未完全熔透的现象。
产生未焊透的主要原因是焊接电流过小，运条速度太快或焊接规范不当（如坡口角度过小，根部间隙过小或钝边过大等）。
未焊透分为根部未焊透、中间未焊透和层间未焊透等。
如图1-4所示。
图1-4常见缺陷未焊透
3．未熔合未熔合主要是指填充金属与母材之间没有熔合在一起或填充金属层之间没有熔合在一起。
产生未熔合的主要原因是坡口不干净，运条速度太快，焊接电流过小，焊条角度不当等。
未熔合分为坡口面未熔合和层间未熔合。
如图1-5所示。
图1-5常见缺陷未熔合
4．立体型缺陷，危害性较小。
而裂纹、未熔合是平面缺陷，危害性大。
在焊缝探伤中，由于夹渣夹渣是指焊后残留在焊缝金属内的熔渣或非金属夹杂物。
产生夹渣的主要原因是焊接电流过小，速度过快，清理不干净，致使熔渣或非金属夹杂物来不及中厚板对接焊缝接触法超声波检测浮起而形成的。
夹渣分为点状和条状。
5．裂纹裂纹是指在焊接过程中或焊后，在焊缝或母材的热影响区局部破裂的缝隙。
按裂纹的取向可分为纵向裂纹和横向裂纹。
焊缝中的气孔、夹渣是余高的影响及焊缝中裂纹、未焊透、未熔合等危害性大的缺陷往往与检测面垂直或成一定的角度，因此一般采用斜射横波接触法，在焊逢两侧进行扫查。
如图1-6所示
图1-6常见缺陷裂纹
2．检测方法的选择
接结构的无损检测是检验其焊缝质量的有效方法，一般包括射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、声发射和涡流探伤等方法。
其中超声和射线探伤适合于焊缝内部缺陷的检测，磁粉、渗透和涡流探伤则适用于焊缝表面的检验。
每一种无损检测方法都有其优点和局限性，因此应根据焊缝的材质与结构形状来选择合适的检测。
2.1超声波检测的原理
利用超声波对材料中的宏观缺陷进行探测，依据的是超声波在材料中传播时的一些特性，如：
超声波在通过材料时能量会有损失，在遇到两种介质的分界面时，会发生反射等等，常用的频率为0.5~25MHz。
以脉冲反射技术为例，由声源产生的脉冲波被引入被检测的试件中后，若材料是均质的，则声波沿一定的方向，以恒定的速度向前传播。
随着距离的增加，声波的强度由于扩散和材料内部的散射和吸收而逐渐减少。
当遇到两侧声阻抗有差异的界面时，则部分声能被反射。
这种界面可能是材料中某种缺陷（不连续），如裂纹、分层、孔洞等，也可能是试件的外表面与空气活水的界面。
反射的程度取决于界面两侧声阻抗差异的大小，在金属与气体的界面上几乎全部反射。
通过探测和分析反射脉冲信号的幅度、位置等信息，可以确定缺陷的存在，评估其大小、位置。
通过测量入射波和接收声波之间声传播的时间可以得知反射点距入射点的距离。
通常用以发现缺陷并对缺陷进行评估的主要信息为：
来自材料内部各种不连续的反射信号的存在及其幅度；
入射信号与接受信号之间的声传播时间；
声波通过材料以后能量的衰减。
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.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。
2.2接触法焊缝超声波检测的特点
接触法检测接触法检测是将探头与试件表面直接接触进行检测技术，通常在探头与检测面之间涂有一层很薄的耦合剂，以改善探头与检测面之间声波的传导。
接触法检测的优点：
a多为手动检测，操作方便；
b设备简单，仅需简单的仪器及探头，适合于现场检验，且成本较低；
c直接耦合，入射声能损失少，可以提供较大厚度的穿透能力，在相同的探头参数下，可比液浸法提供更高的检测灵敏度。
缺点就是手工操作受人为因素较大，耦合不易稳定；
被检表面的光洁度对入射声能损失影响较大。
焊缝是通过加热或加压或两者并用，用填充材料或不用填充材料使两个分离的材料达到原子结合的一种加工方法。
焊缝工艺有熔焊和压力焊两类。
超声检测的主要对象是熔焊焊缝，焊缝检测中主要是对焊条电弧焊的检测。
而焊缝接头形式主要有对接、角接、搭接和T型接头等几种。
其中，超声检测最常用于对接接头，其次是角接和T型接头。
接头的缺陷包括外部缺陷和内部缺陷。
外部缺陷有焊缝尺寸不符合要求、未焊透、咬边、焊瘤、表面气孔和表面裂纹等，通常采用目视检测、磁粉检测、渗透检测等方法对这些缺陷进行检测。
内部缺陷有气孔、夹渣、未悍透、未熔合和裂纹等，超声检测主要的目的是为了检测出焊接接头中存在的内部缺陷。
其中的气孔、夹渣是立方型缺陷，危害较小。
而裂纹、未熔合是平面型缺陷，危害性大。
在焊缝探伤中，由于余高的影响及焊缝中裂纹、未焊透、未熔合等危害性大的缺陷往往与检测面垂直或成一定的角度，因此一般采用斜射横波接触法，在焊缝两侧进行扫查。
2.2.1脉冲反射法
脉冲反射法是有超声波探头发射脉冲波到试件内部，通过观察来自内部缺陷或试件底面的反射波的情况来对时间进行检测的方法。
当试件不存在缺陷时，显示图像中仅有反射脉冲和底面回波两个信号。
而当试件中存在有缺陷时，在发射脉冲与底面回波之间将来自缺陷回波，通过观察缺陷回波的高度可对缺陷的大小进行评估，通过观察回波距发射脉冲的距离，可得到缺陷的埋深。
当材质较好且选用的探头适当时，脉冲回波法可观察到非常小的缺陷回波，达到很高的检测灵敏度。
2.2.2影响缺陷定位的主要因素
在超声波探伤过程中影响缺陷定位的主要因素有四大类，分别是：
仪器，探头，工件及人员。
1.仪器的影响：
〈1〉水平线性的影响：
仪器水平线性的好坏对缺陷定位有一定的影响。
当仪器水平线性误差较大时，缺陷定位误差大。
〈2〉仪器水平刻度精度的影响：
仪器时基线比例是根据示波屏上水平刻值来调节的，当仪器水平刻度值不准时，缺陷定位误差增大。
2.探头的影响：
〈1〉声束偏离的影响：
探伤时无论是垂直入射还是倾斜入射，都假定波束轴线与晶片几何中心重合，但在制作探头时，波束轴线与晶片几何中心线都会有一定的偏差，所以在探伤前应对波束的偏差情况进行测量，以便对结果进行修正，以提高定位精度
〈2〉探头双峰的影响：
一般探头发射的声场只有一个主声束。
远场区轴线上的声压最高，但有些探头性能不好存在两个声束。
当发现缺陷时不能判定是哪个主声束发现的，因此也就难以确定缺陷的实际的位置。
这样的探头在采购时应加以挑试。
〈3〉斜契磨损的影响，横波探头在探伤过程中斜契将会磨损，当斜契后面磨损较大时折射角增大，探头K值增大，当斜契前面磨损较大时，折射角减小，探头K值减小，此外探头磨损也会也会使探头入射点发生变化影响缺陷定位，因此在探伤过程中如发现探头磨损时应及时对探头参数进行校准
〈4〉探头指向性的影响：
探头半扩散角小，指向性好，缺陷定位误差小，反之定位误差大。
3.工件的影响：
〈1〉工件表面粗糙度的影响：
工件表面粗糙不仅耦合不好而且由于表面凹凸不平使声波进入工件的时间产生差异，当凹槽深度为r/2时，则进入工件的声波相位正好相反，使进入工件的声波相位正好相反，使进入工件的声波相互干扰形成分叉，从而使定位困难。
〈2〉工件材质的影响：
工件材质对缺陷定位的影响可以从声速和内应力两个方面来说，当工件与试快的材质不同时，就会使K值发生变化，另外工件内应力较大时，将使声波的传播速度和方向发生变化，当应力方向与波的传播方向一致时，若为压缩应力，则应力作用使试件弹性增强，这时声速加快，反之，若为拉伸应力，则声速减慢，当应力与波的传播方向不一致时，质点振动轨迹受应力干扰使波的传播方向发生变化均会影响缺陷定位。
〈3〉工件表面形状的影响，探测工件曲面时，探头与工件接触有两种情况。
一种是平面与曲面的接触，这时为点或线触，握持不当时，探头折射角容易发生变化。
另一种是将探头斜契磨成曲面。
探头与工件曲面接触，这时折射角和声束形状可发生变化都会影响缺陷定位。
〈4〉工件边界的影响：
当缺陷靠近工件边界时，由于侧臂反射波与直接入射波在缺陷处产生干涉，使声场声压分布发生变化，声束轴线发生偏离，使缺陷定位误差增加。
〈5〉工件温度的影响：
探头的K值一般在室温下测定的，当探测的工件温度发生变化时，工件的声速发生变化，使探头的折射角随之发生变化影响缺陷定位。
〈6〉工件中缺陷情况的影响：
工件内缺陷方向也会影响缺陷定位，缺陷倾斜时，扩散波束入射至缺陷时回波较高，而定位是误以为缺陷在轴线上，从而导致定位不准。
\
4.操作人员的影响：
〈1〉仪器时基线比例的影响：
仪器时基线比例一般在试快上调节，当工件与试块的声速不同时，仪器的时基线比例发生变化，影响缺陷定位精度。
另外，调节比例时，回波前沿没有对准相应水平刻度或读数不准，但缺陷定位误差增加。
〈2〉测试入射点k值的影响：
横波探伤时，当测定探头的入射点，k值误差较大时，也会影响缺陷定位。
〈3〉定位方法的影响：
横波周向探测圆柱同形工件时缺陷定位与平板不同。
若仍按平板工件处理，那么定位误差将会增
3超声波检测仪器型号和一些基本设备
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进行有效检测的保证。
图3-1Anyscan-31型超声波探伤仪
Anyscan-31型数字超声探伤仪介绍：
Anyscan-31型数字超声探伤仪的设计全面考虑了用户的各种使用需求和习惯，广泛参考了众多超声检测设备的设计和应用经验，采用国际最先进的硬件、软件、声学、人体工学等技术，使得其无论在指标的优越性、功能的实用性还是使用的方便性等方面都领先于同类产品。
是我司奉献给业界的又一款精品
使用上不但操作方便快捷，而且丰富、实用的辅助功能也帮助用户大大提高了工作效率，使原来繁重的检测工作变得轻松。
而且其独有的宽频特性使得无论低频还是高频的探头都能匹配，各种检测需求都能满足，达到了正如其名字“Anyscan”（任意扫查）的境界。
Anyscan-31型数字超声探伤仪性能:
•领先的技术指标，丰富实用的辅助功能
•简洁的按键和菜单设置，操作方便
•400MHz实时硬件采样率，回波脉冲更逼
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