薄板角接焊缝超声检测的参数确定

来源：华佗小知识

第27卷第6期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　无损探伤　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.27No.62003年12月NDTDecember.2003

薄板角接焊缝超声检测的参数确定

杜红燕　刘秀忠　刘德镇

(山东大学材料科学与工程学院,山东济南　250061)

摘　要:通过对薄板角接焊缝内的体积型缺陷和面积型缺陷的检测试验,阐述了角接焊缝数字超声检测的方法,以及各种探头的技术参数的确定,从而得出此种探测方法用于实际薄板角接焊缝探测过程,有利于减少盲区,防止漏检。

关键词:角焊缝;超声检测;焊缝;未焊透

中图分类号:TG115.28　文献标识码:A　文章编号:167124423(2003)06216204　　随着科学技术的发展,锅炉和压力容器的结构也有了一定的改变,目前在承受压力的主焊缝中已经出现了板—板角接焊缝。锅炉、压力容器是国家严格监测和控制的特殊设备,在生产和使用过程中,必须按照《压力容器安全技术监察规程》的规定对其进行检验或定期检测,以保证锅炉、压力容器的正常运行及人民生命财产的安全。

板—板角接焊缝的检测容易受到焊缝的余高、焊角、板面多次反射波的干扰,超声检测对缺陷的识别就有一定的困难。中厚度板的角接焊缝结构在进行超声波检测时,焊缝的余高容易估计,板面反射波也容易区分,同时可以避免在近场区附近探伤。但是,薄板角接焊缝和中厚板角接焊缝相比,在探头、试块的选择、仪器的调整、检测工艺的确定、波形判别及结果评定等方面,却有一定的困难性和复杂性。在对薄板角接焊缝探测时,由于板薄、焊接变形、焊缝尺寸等因素的影响,缺陷波一般出现在近场区附近,有一些盲区难以扫查造成漏检,并且容易受到变形波、表面波和杂波的干扰,难以得到较好的缺陷波形。因而,探伤方法和探头参数的选择就存在一定的局限性。如何选定好的探伤方法,确定探头的各种参数,就成为对薄板角焊缝检测的关键,同时也是保证锅炉、压力容器安全运行的关键。

中的缺陷按其形状可分为体积型缺陷和平面型缺

陷。其中气孔、夹渣属于体积型缺陷,在不同方向上探测时,缺陷回波无明显变化;裂纹、未熔合、未焊透属于平面型缺陷,其在不同方向上探测时,其缺陷回波高度不一样,在垂直于缺陷方向上探测,缺陷回波高,在平行于缺陷方向上探测,缺陷回波低,甚至无缺陷回波。

2　探测方法

为了对角焊缝作全截面探测,一般采用直探头和斜探头相结合的探测方法。如图1所示,在①处采用直探头,在②③两处采用不同K值的斜探头探测。在实际探测时,可从方便经济有效性考虑,选用①+②或①+③的方法。在探伤时,为了避免余高的影响,尽量把余高磨平,对于磨平的焊缝可将斜探头直接放在焊缝上作平行移动,来检验焊缝或热影响区的横向缺陷。在①处扫查时,直探头作平行移动扫查,尽量使探头晶片中心不越过腹板边缘。在②③两处扫查时,斜探头应作锯齿形扫查。这样有利于对焊缝进行全面扫查。

1　角接焊缝中常见缺陷

在角接焊缝中极易出现的缺陷是未焊透、夹渣、气孔等,有时由于工艺不当,也会产生裂纹。裂纹的形成原因一般为熔池过深,且为一次焊接成形,焊缝在冷却过程中因横向收缩应力,引起纵向裂纹。焊缝

图1　角焊缝探测方法

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3　直探头参数的确定

在翼板①处采用直探头探测时,容易检测出近探头侧坡口面未熔合和根部未焊透。直探头频率与宽度的选择受到腹板厚度与检测深度范围的。一般直探头晶片宽度应小于腹板的厚度,同时也要考虑到近场区的影响。直探头频率、型式对可探测的深度范围有很大的影响。如表1所示。　

表1　两种频率的直探头声参数比较特性参数

KH0H6

图3　5MHz的缺陷回波波形图

`142.5MHz

2.36mm11.87°6.77°20.76mm

`145MHz

1.18mm5.9°3.38°41.53mm

　　从图2、图3中可以看出要想得到较好的缺陷回波图形,应选用5MHz的小晶片直探头。

4　斜探头参数的确定

4.1　斜探头晶片尺寸与频率的确定

　　理论H。0为半扩散角,H6为6dB时的半扩散角

通常频率高,灵敏度和分辨力就高,指向性好,对探伤有利。但频率高,近场区长度大,衰减大,对探伤不利。对15mm以下薄板进行探测,要避免在近场区探测,同时得到较好的近表面缺陷回波,选用探头非常关键,一是选用特小的晶片,5MHz的直探头,或者选用带有延迟块的双晶直探头。为了选定直探头的频率,特作以下试验。

特制试件15mm的角接焊缝,缺陷为未焊透30～50mm,位于试件长度方向上的中部深1～35MHz的直mm处。探测用`14mm的2.5MHz、

一般焊缝探伤时多采用单斜探头,其原因就是

为了获得一个指向性好的横波。这样能够减少表面波的干扰,同时缺陷的当量变化也能得到改善。如表2所示,小晶片有利于提高声束的纵向分辨力,近场区长度小,避免了在近场区探测。薄板角焊缝探测时,要尽可能的选晶片面积小的斜探头。同时在下表中8×12(2.5P)与8×12(5P)相比较可以看出,频率对声束指向性也有很大的影响,提高频率能够改善声束指向性。因此,在保证不在近场区附近探测缺陷的情况下,应尽量选5MHz的斜探头。

表2　各种斜探头声束特性参数值(2.5P)

13×132

2.5

9×92.5

8×122.5

探头在①处探测。直探头探测时,探头从母材侧向焊

缝侧移动,当声束扫查到焊缝金属边缘处时,底波开始减小。当声束轴线触及焊缝边缘附近时,母材底波即降为一半。若探头继续移动,底波依然很高或较高,则有可能是角焊缝中存在未熔合或未焊透缺陷。

入射角49.151.753.349.1折射角63.468.271.663.4

.65.65.68.2YOZ平面半角扩散5

()近场区长度Nmm21.419.013.66.6

8×12(5P)22.53

入射角49.151.753.3折射角63.468.271.6

3.03.03.0YOZ平面半角扩散

近场区长度N(mm)25.222.215.8

51.753.349.151.753.368.271.663.468.271.68.26.0249.163.44.620.0

8.25.2

6.19.110×162.551.768.24.617.7

353.371..615.66.18.2

6.17.2

4.2　斜探头K值的确定

斜探头的K值选用K1和另一个K值探头,选

用K1的目的是探测与探测表面成45°角的平面型缺陷和弥补1个探头不能进行全截面探测的缺陷。

图2　2.5MHz的缺陷回波波形图

从图4中可以看出,用两种K值探头可以减少盲区,使危害性缺陷不至于漏检。从表2中可以看出,K值增大,声束指向性降低,容易产生表面波和变形波的干扰,不能得到较好的缺陷波形。

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图7　K28×12　深约9mm的体积型缺陷

图4

4.3　试验

探头:A　K=1　　8×12　　5P

BK=2

8×122.5PCK=29×95PD

K=2.5

8×12

(1)在D=10mm钢板上测试产生表面波与变

图8　K28×12　深约12mm的平面型缺陷

形波的程度。

(2)对D=15mm钢板中深约12mm的平面型缺陷和深约9mm的体积型缺陷(均经过X射线验证试验)进行探测,见图5～图12。

图9　K29×9　深约9mm的体积型缺陷

图5　K1深约9mm的体积型缺陷

图10　K29×9　深约9mm的平面型缺陷

图6　K1深约12mm的平面型缺陷

图11　K2.5　深约9mm的体积型缺陷

第6期　　　　　　　　　　杜红燕等:薄板角接焊缝超声检测的参数确定　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　19　

　　从以上表3分析中可看出,对此种薄板角接焊

缝探测,选用K1和K2的两种斜探头,频率选用5MHz,小晶片的斜探头是行之有效的。

5　结束语

(1)在锅炉和压力容器的薄板角接焊缝探伤过

程中,由于板薄、焊接变形、焊缝尺寸等因素的影响,

图12　K2.5　深约12mm的平面型缺陷

表3　测试结果分析

产生的表面

波与变形波

少量在腹板上能够探测到两处缺陷,且能获得良好的缺陷波形。如图4平面形缺陷,图5体积形缺陷可用

有有杂波干扰,但都能探测到两处缺陷。如图6平面形缺陷,图7体积形缺陷

少量都能探测到缺陷,且能获得良好的缺陷波形图。如图8平面形缺陷,图9体积形缺陷良好

稍多杂波开始增多,但能够探测到缺陷。如图10平面形缺陷,图11体积形缺陷

在翼板外侧和腹板外侧两个探伤面上,选用两种角度探头探伤,再辅以直探头探伤,可防止缺陷漏检。

(2)在薄板角焊缝探伤过程中,最好选用小晶片,5MHz的K2和K1两种斜探头,避免了在近场区附近探伤,并且可获得良好的缺陷回波波形,有利于缺陷的辨别。薄板角焊缝探伤中直探头探伤也最好选用小晶片5MHz的探头。本文得出对薄板角接焊缝用上述探伤方法是行之有效的。

(3)标准选用,建议参考JB11345—《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》和JB3144—82《锅炉大口径管座角焊缝超声波探伤》。

获得

缺陷

评价可用可用

(上接第24页)

(4)缺陷埋藏深度对漏磁场的影响

温度的升高,矫顽力降低,漏磁场也降低。

在工件的表层内存在缺陷时,则在工件表面上有漏磁场。漏磁场的分布以缺陷靠近工件表面的位置为中心呈近似半圆形状,缺陷埋藏,漏磁场最大,位于工件内部,随埋藏深度的增加,漏磁场逐渐减少,当埋藏深度足够大时,漏磁场将趋近于零。

(5)工件表面清洁度对漏磁场的影响

如果工件表面不干净,有覆盖层,那么工件表面的覆盖层会影响漏磁场,导致漏磁场的下降;同时也影响缺陷磁痕的显示。因此,车轮在磁探时,其表面必须保持干净、无污。

(6)工件材料及状态对漏磁场的影响

工件材质的晶粒越大,磁导率越大,矫顽力越小,漏磁场就越小;相反,工件材质的晶粒越小,磁导率越小,矫顽力越大,漏磁场就越大。

对碳钢而言,随着含碳量的增加,矫顽力也增加,但磁导率随着含碳量的增加反而下降,漏磁场增大。

钢材的热处理对漏磁场的影响较大。正火和退火状态的钢材,其磁性差别不大,漏磁场也差别不大;而退火和淬火状态的磁性差别较大,淬火可提高钢材的矫顽力和剩磁,漏磁场增大;淬火后随着回火

4　总结

1、采用交流加磁,在完全满足技术条件的前提

下,不但节省了整流设备,而且操作简单,容易实现,并且使被磁化的车轮容易退磁。

2、在实际的生产应用中,对铁路整体车轮进行

磁粉探伤,这种探伤方法,设备不但结构简单,方便操作,而且节省了专门退磁这道工序,提高了工作效率,具有较好的发展前景。

3、发现裂纹的能力不但与设备性能有关,而且与裂纹的性质、状态等也有关。4、操作工艺简单,易于实现操作自动化。

参考文献:

[1]任吉林,林俊明,高春法,等.电磁检测　北京:

机械工业出版社,2000

[2]全国锅炉压力容器无损检测人员资格鉴定考核

委员会.磁粉探伤.中国锅炉压力容器安全杂志社,1999

[3]全国锅炉压力容器无损检测人员资格鉴定考核

委员会.磁粉探伤.劳动人事出版社,1988

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