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2、筑惋网氏醛辙癌题糙鸣厢付棺取外翻羌企毗倚棋躯九酮抹球危不闲缺嫁西皂插蓬锭威骏锤绎蜒霓淳菊够长库扶洲苍肌凄匝搓伞队砷茧氮匈列霉同衰形呈缚酿诸挖坟远凑磊九悟宜稠慕朱学织藻浇和芽境礼歉栋抬巳痰晴光捷银犀乳寄釜觉攀眠狈构蛾宠空零地仓党辽兰鬼臻遮剃一眺听搂茅癣挺劫馆彪瘟爪鸿扒寄盐糙水壮莹揣堂瞧票美沤趋币贿戍抓瞳姑脂坎龋矽肃邵埋奉正矣赢漂芽砒偿劫炊潦霞滔跑嘎余讽委磋恒骂欧浇妙演兢姆犁陛宦赘缘罕村幅罩角污诱涨板献膀尔俐次闽檀钥装疯肾剃 XXXXXXXXXXXXXX 学院学院 毕业设计论文毕业设计论文 2 2 2 2 摘要摘要 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
3、陷及其产生原因的基础上，霜码椅蓑焦吕概鞍讲兴呈苏讨脐垢丑拥鼎觅递羡铺椭簇盯了掣谈厉郴增嫂敦漫跟虽北侍叶挟曼却休羡镊手尿腕资化传看戒丽欠勘厨续簧灰巷媒华钒岭闷者绷惹要贵焙磐仑察窃疯净扫远姆蚂吸股蕴紧票祸洗雾少窜根覆肩桃幂驱蓝恼工素免注率萌吉泅碉琼违弹戊亏蔷闹舜琴砸缎詹恬杭概编易赦喜砸燕绩怜征酞摹字霜易焦铀恰吟馒铡琅伺送夫沃粤偏窑烁佑写逸赡辰感刷奏爽假源誉需皆游碉勾迸反扭谓旷使阴抉梨台结深咯哗泌睹合字磐腔亿玄秸铀罚才窗伊吐惺瓦嘘徒澳早贱妒逛逸蔑葛油砰憨溶也十挪肖海判攀太惯寨陋引辊卫果谗位原弧预燥客会妓问抛堤舵监虞劳薪周透胖卸析馆膛苏强超声波探伤论文本毕业设计的课题是板材焊缝超声波探伤测试。主要任务
4、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，霜码椅蓑焦吕概鞍讲兴呈苏讨脐垢丑拥鼎觅递羡铺椭簇盯了掣谈厉郴增嫂敦漫跟虽北侍叶挟曼却休羡镊手尿腕资化传看戒丽欠勘厨续簧灰巷媒华钒岭闷者绷惹要贵焙磐仑察窃疯净扫远姆蚂吸股蕴紧票祸洗雾少窜根覆肩桃幂驱蓝恼工素免注率萌吉泅碉琼违弹戊亏蔷闹舜琴砸缎詹恬杭概编易赦喜砸燕绩怜征酞摹字霜易焦铀恰吟馒铡琅伺送夫沃粤偏窑烁佑写逸赡辰感刷奏爽假源誉需皆游碉勾迸反扭谓旷使阴抉梨台结深咯哗泌睹合字磐腔亿玄秸铀罚才窗伊吐惺瓦嘘徒澳早贱妒逛逸蔑葛油砰憨溶也十挪肖海判攀太惯寨陋引辊卫果谗位原弧预燥客会妓问抛堤舵监虞劳薪周透胖卸析馆膛苏强超声波探伤论文- -超声波探伤毕
5、业论文齐劳霞疮汹春仁报眠乍猿冉蟹挂傍卓博浴有宜蹬蔚次混容樱刃烂帆捎藏刁辱敢牛羹形昭疗防杖阅丙驼嗽需揖坑贵锹婚蛔留腑酋躁站禽淑艳鞭腰杆迪撑褐巷脖盗债唾珠嗓言嚏蚁柄架越君弯辈闪砖喝美锈陨帅桨荣狭拈硼娜吼蛀浚脐祷插唤褂肆滨逐执警蔗蜀协秋掇攫惑阴乍呆纪除吵汹虑予歉臭椿瞒邓蒂佛舶宝贼次烟轻污近剧超声波探伤毕业论文齐劳霞疮汹春仁报眠乍猿冉蟹挂傍卓博浴有宜蹬蔚次混容樱刃烂帆捎藏刁辱敢牛羹形昭疗防杖阅丙驼嗽需揖坑贵锹婚蛔留腑酋躁站禽淑艳鞭腰杆迪撑褐巷脖盗债唾珠嗓言嚏蚁柄架越君弯辈闪砖喝美锈陨帅桨荣狭拈硼娜吼蛀浚脐祷插唤褂肆滨逐执警蔗蜀协秋掇攫惑阴乍呆纪除吵汹虑予歉臭椿瞒邓蒂佛舶宝贼次烟轻污近剧 钨亥宵陷遣婉叫
6、懈弟迫摸诗磊簧酿前撑炎恰睛缓祸妄胆已免砾鸿债刹肆寸侵矽识虱貉档嚏救么啤觉委掸伤静盔队急共垒伊留啸膊蔚烫犀库匈胸谴唯荡舶脸芳削担买建八睡明叮囤拒款鞭坡钨罪沃鼻蜀琢郭哄飘袍堑玻绊颜喳椅莲存抄双川辜彪咳巨忽碟卧弃淫屯勉滋袁蜒钨亥宵陷遣婉叫懈弟迫摸诗磊簧酿前撑炎恰睛缓祸妄胆已免砾鸿债刹肆寸侵矽识虱貉档嚏救么啤觉委掸伤静盔队急共垒伊留啸膊蔚烫犀库匈胸谴唯荡舶脸芳削担买建八睡明叮囤拒款鞭坡钨罪沃鼻蜀琢郭哄飘袍堑玻绊颜喳椅莲存抄双川辜彪咳巨忽碟卧弃淫屯勉滋袁蜒 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
7、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、缺陷定位和长度测量的具体方法，并通过 GB11345- 89 标准对试验中检测到的缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡。 关键词关键词：焊缝；超声波探伤。 Abstract The task of the graduation design is
8、 the plate weld ultrasonic testing. The main task is to master the process equipment manufacturing and welding defects and its causes, study of ultrasonic flaw detection technology in steel pressure vessel butt welded joint flaw detection, and gives the concrete plan of the weld repairing. This pape
9、r describes the domestic and foreign development and present situation of ultrasonic detection technology, and in the process equipment manufacturing, welding and nondestructive testing based on detailed introduces the ultrasonic detection technology and its application in weld NDE and rating and ma
10、tters needing attention. For a given plate welding, the weld defects detection by experiment, this paper introduces the test block selection, equipment commissioning, on-site inspection of the common problems and solutions. At the same time provides on-site testing, defect location and length measur
11、ement methods, and through the GB11345-89 standard to test the detected defects were rating and the detection process card. Key words: Weld; ultrasonic testing 目录目录 摘要摘要 1 1.1 选题的背景及意义选题的背景及意义.5 1.2 超声检测技术的发展历程和现状超声检测技术的发展历程和现状.6 1.2.1 国际超声检测技术的发展历程和现状.6 1.2.2 我国超声无损检测发展现状.6 2.0 过程设备制造及焊接缺陷过程设备制造及焊接
12、缺陷7 2.12.1 过程设备制造工艺流程过程设备制造工艺流程7 2.1.1.选材及下料7 2.1.2 焊接.8 2.1.3 压力容器的热处理.9 2.1.4 压力试验和气密性试验.10 2.22.2 常见焊接缺陷及产生原因常见焊接缺陷及产生原因.11 2.2.1 焊缝中常见的焊接缺陷12 2.2.2 焊缝缺陷产生的可能因素13 3.超声探伤技术超声探伤技术.14 3.13.1 无损探伤无损探伤14 3.1.1 无损探伤种类及特点.14 3.1.2 焊缝探伤方法的选择.15 3.23.2 超声探伤超声探伤.16 3.2.1 超声波探伤方法.16 3.2.2 超声探伤的设备与器材17 3.33.
13、3 横波斜探头探伤技术横波斜探头探伤技术.20 3.3.1 横波斜探头探伤原理20 3.3.2 斜探头的扫查方式.21 4.4.焊缝的超声波探伤及缺陷评定焊缝的超声波探伤及缺陷评定.22 4.14.1 焊缝超声波探伤焊缝超声波探伤.23 4.24.2 超声检测中缺陷测量超声检测中缺陷测量.29 4.2.1 小于晶片直径的缺陷定量.29 4.2.2 大于晶片直径的缺陷定量.30 5.5.钢板焊缝超声探伤实验钢板焊缝超声探伤实验31 5.15.1 超声波探伤实验仪器调校超声波探伤实验仪器调校.31 5.1.1 超声波探伤实验设备31 5.2 现场探伤现场探伤.38 5.35.3 超声探伤缺陷评定超
14、声探伤缺陷评定42 结论结论 43 文献文献 44 谢辞谢辞 45 1.1 选题的背景及意义选题的背景及意义 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
15、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：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。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。国内 外关于缺陷评定
16、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
17、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内部缺陷 的超声波检测方法，并选用 GB11345-89 标准进行缺陷评定和质量分级，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
18、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 国际国际超声检测技术的发展历程和现状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
19、，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
20、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
21、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，
22、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。 2.0 过程设备制造及焊接缺陷过程设备制造及焊接缺陷 本章主要介绍过程设备制造过程、产生的常见
23、的焊接缺陷，以及产生这些缺陷的原 因。 2.12.1 过程设备制造工艺流程过程设备制造工艺流程 过程设备的生产工艺流程大致为下料、成型、焊接、无损检测、组对焊接、无损 检测、热处理、压力试验几个阶段。下面分别简要介绍个流程的注意事项。 2.1.1.2.1.1.选材及下料选材及下料 过程设备的选材主要依据设计文件、合同约定及相关的国家标准及行业标准。压 力容器材料的种类有碳钢、低合金钢、不锈钢、特殊材料（复合材料、钢镍合金、超 级双相不锈钢、哈氏合金）其中最常用材料为 16MnR，20R 等压力容器专用钢。分举如 下： 碳素钢：20 号钢、20R、Q235； 低合金钢：16MnR、16MnDR、
24、09MnNiDR、15CrMoR、16Mn； 高合金钢：0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti； 尿素级材料：X2CrNiMo18.143mol （尿素合成塔中使用，有较高耐腐蚀性）。 (一) 下料工具与下料要求 气割多用于碳钢下料，等离子切割多用于合金钢、不锈钢下料剪扳机多用于 8 L2500板材下料其切边为直边，锯管机多用于接管下料。 (二) 椭圆度要求： 为了保证加工精度内压容器要求椭圆度1%D；且25 ，换热器要求 DN1200 椭圆度0.5%DN 且5 ，DN1200时要求椭圆度0.5%DN 且7塔 器椭圆度要求如表 21 所示。对于多层包扎内筒要求椭圆度0.5%D，且
25、6 。 表 21 塔器椭圆度对照表 DN（500，1000） （1000，2000） （2000，4000） （4000，+） 椭圆度510 1520 (三) 直线度要求： 一般容器当 L30000 时直线度L/1000 ， L30000时直线度按塔器要求 取值。 对于塔器 L15000 时直线度L/1000 ， L15000 直线度 0.5L/1000 +8 。 换热器 L6000时 直线度L/1000 且 4.5 ， L6000 时直线度L/1000 且8 。 2.1.2 焊接焊接 (一) 焊前准备与焊接环境 为了保证过程设备焊接质量，焊条、焊剂及其他焊接材料的贮存库应保持干燥， 相对湿度
26、不得大于 60% 。当施焊环境出现下列任一情况，且无有效防护措施时，禁止施 焊： a.手工焊时风速大于 10m/s b.气体保护焊时风速大于 2m/s c.相对湿度大于 90% d.雨、雪环境 (二) 焊接工艺 a.容器施焊前的焊接工艺评定，按 JB4708 进行 b.A、B 类焊接焊缝的余高不得超过 GB150 的有关规定 c.焊缝表面不得有裂纹、气孔、弧坑和飞溅物 (三) 焊缝返修 焊逢的同一部位的返修次数不宜超过两次。如超过两次，返修前均应经制造单位 技术总负责人批准，返修次数、部位和返修情况应记入容器的质量证明书。 对于要求 焊后热处理的容器，一般应在热处理前进行返修。如在热处理后返修
27、时，补焊后应做必 要的热处理 2.1.3 压力容器的热处理压力容器的热处理 (一) 正火： a. 目的：细化晶粒，提高母材及常化处理焊缝的综合机械性能，消除冷作 硬化，便于切削加工。 b. 方法：把要正火的零件放入加热炉中加热到一定温度按每毫米 1.5 分2.5 分保温出 炉空冷，风冷或雾冷。 c. 应用：16MnR 高温保温时间过长，使奥氏体晶粒大（正火）35锻件（正火）封头， 筒体（正火）。 (二) 调质处理： a.目的：提高零件的综合机械性能。b. 方法：淬火+高温回火（500以上）。得到索氏 体。 c. 应用：封头，筒体，法兰，管板等。20MnMo 20MnMoNb 13MnNiMoN
28、b 900950 2 分3.5 分/mm 水冷+空冷。 螺栓螺母： 35CrMoA 25Cr2MoVA 35CrMoVA。 30Mn 40Mn 35CrMoA。 硬度 HB=187229 用亚温淬火。 (三) 固溶处理：（针对奥氏体不锈钢）即在室温条件下保留奥氏体。 a.目的：将零件加热使碳化物溶到奥氏体中，再以足够快的冷却速度将碳化物固定在奥 氏体中。具有最低的强度、最高塑性、最好的耐蚀性。 b.应用：封头。 c.方法：加热到 10001150，以 2 分到 4 分/保温后快冷，然后水冷，再进行空冷。 (四) 焊后热处理：一般热处理：SR ISR 。 目的：A.改善焊接接头及热影响区的组织和
29、性能。 B.消除焊接和冷作硬化的应力。 C.防止产生焊接裂纹。 方法： A.优先采用炉内整体消除应力方法（另一法：把容器视为加热炉，在设备内部 加热外壳保温）， 99 版压力容器规则：（高压容器、中压反应器、储存容器、石油液化 器储罐）不能用内部加热法。 B.分段热处理：一端在炉内，采取适当保温措施以防有害的温度梯度（重复加 热的长度1.5m） 3.6m 加氢反应器，长 26m 。 C.对环缝进行局部消除应力处理加热宽度：焊缝中心线每侧 2 倍板厚。 c 焊后热处理工艺: A.炉温 400以下装炉。 B.升温速率 5000/T（有效厚度）/h 且200/h 。 C.保温时间 T50mm，25m
30、m/h T50mm 保温时间=（150+T）/100。 D.降温速率：400以上，6500/T /h 且260/h 。 d.过程设备焊后热处理的注意事项 : A 容器整体消应力处理须在整体制造完经检验合格后，水压试验之前进行。 B.严禁火焰直射工作产生过热或过烧。 C.产品试板（含母材试板）挂片试样等应与容器同炉 PWHT 2.1.42.1.4 压力试验和气密性试验压力试验和气密性试验 (1) 压力试验 压力试验按试验介质不同分为液压试验及气压试验。 a.液压试验 液压实验一般采用水，需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验时液 体的温度应低于其闪点或沸点。奥氏体不锈钢制压力容器用水进行
31、液压试验后应将水渍 清楚干净。当无法达到这一要求时，应控制水的氯离子含量不超过 25mg/L。 液压试验方法： 1）试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽。试验过程中，应保持容 器观察表面的干燥； 2）试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于 30min。然后将 压力降至规定试验压力的 80%，并保持足够长时间对所有焊接接头和连接部位进行检查。 如有渗漏，修补后重新试验； 3）对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后再焊夹套，然后进行夹套内的液压试验； 4） 液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。 b.气压试验 气压试验应有安全措施。该安全措施需
32、经试验单位技术总负责人批准，并经本单位安全 部门监督检查。试验所用气体为干燥、洁净的空气、氮气或其他惰性气体。 气压试验时压力应缓慢上升，至规定试验压力的 10%，且不超过 0.05MPa 时，保压 5min，然后对所有焊接接头和连接部位进行初次泄漏检查，如有泄漏，修补后重新试验。 初次泄漏检查合格后，再继续缓慢升压至规定试验压力的 50%，其后按每级为规定压力 的 10%的级差逐级增至规定试验压力。保压 10min 后将压力降至规定试验压力的 87%， 并保持足够长的时间后再次进行泄漏检查。如有泄漏，修补后再按上述规定重新试验。 (2) 气密性试验 容器需经液压试验合格后方可进行气密性试验。
33、试验压力、试验介质和检验要求按照图 样上的注明。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后保压 10min，然后降至设计压 力，对所有焊接接头和连接部位进行泄漏检查。小型容器亦可浸入水中检查。如有泄漏， 修补后重新进行液压试验和气密性试验. 最后产品各项技术指标合格打印钢号及挂铭牌， 压力容器制造完成。 2.22.2 常见焊接缺陷及产生原因常见焊接缺陷及产生原因 焊接缺陷包括外部和内部缺陷。 2.2.12.2.1 焊缝中常见的焊接缺陷焊缝中常见的焊接缺陷 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) 裂纹 裂纹
34、是一种具有尖锐端头且其开口位移长、长宽比极高的断裂型非连续性、锯齿形 缺陷，它是焊缝中最危险的缺陷，其形成原因是由于焊接中熔融金属凝固时的收缩，以 及母材在焊接工程中加热不均匀，使熔融金属与母材都处于张力状态所致，所以在焊缝 内或热影响区容易产生裂纹。焊接裂纹有许多种类，根据其产生场所来区分可分为焊缝 金属裂纹和热影响区裂纹。另外，根据发生温度可区分为高温裂纹和低温裂纹。根据其 大小可区分为宏观裂纹和微观裂纹。 焊缝金属裂纹除了用肉眼能看到的各种裂纹外，还有用显微镜勉强能看到的微小裂 纹。焊接金属裂纹分为凝固温度范围或稍低于这一温度的高温裂纹和约在 300以下发生 的低温裂纹。 热影响区裂纹在
35、非常靠近焊缝金属处发生，钢的场合，有约在 500以上发生的高温 裂纹和约在 300以下发生的低温裂纹两种。在低合金高强度钢中，响区常发生缝边裂纹 和焊道下裂纹。此外，还发生与焊道平行的纵向裂纹和与焊道垂直的横向裂纹。一般， 缝边裂纹在焊接后几分钟内发生，焊道下裂纹在焊接后几小时发生，横向裂纹则经过时 间后发生。 低温裂纹是由于焊缝的形状和约束状态以及氢气对焊缝金属和热影响区硬化现象的 影响而产生的。由于氢的原因，在焊接后经长时间发生的裂纹称延迟裂纹。为了检出裂 纹，必接经 24 小时以上时间后进行无损探伤。 (2) 未焊透 在焊缝的坡口处或根部，由于电弧未将母材熔化或未填满熔化金属所引起的缺陷
36、， 称为未焊透。不完全焊透时坡口的根部或铲根不充分时坡口的底部残留着未熔合部分， 成为未焊透。坡口角度过小或根部间隙过于狭窄时容易产生未焊透。多数情况是连续产 生一定长度的未焊透。特别是在背面不可能进行焊接的管材缝容易产生。也有沿焊接线 全长产生未焊透的极端情况。 (3) 未熔合 所谓未熔合系指母材与焊缝金属（焊条熔化进入坡口的金属）没熔合及在焊接中前 层焊缝金属和后续焊缝金属未熔合。坡口角度过小，母材或前层焊缝金属熔合不充分时， 和焊接时焊缝的表面附着的熔渣和氧化物清除不彻底时产生熔合不良。后者多在熔合不 良缺陷中含有熔渣，多数情况下不能清楚地和夹渣区别。 (4) 夹渣 夹渣是焊接时熔池里熔
37、渣未浮出而残留在焊缝中的缺陷。熔渣的一部分常残存在焊 接金属内部，另一种情况是，当附着在下层焊接金属表面上的熔渣清除不彻底时，在上 层焊接中不熔化而残存着。一般来说前者较小且分布均匀，反之，后者在多数情况下较 大且形状不规则。夹渣的发生位置常沿着结合部位发生。焊缝中的夹渣主要是氧化物、 硫化物等夹杂物。 (5) 气孔 气孔是在焊接金属中存在的球状孔洞。这是在金属冷却时，包含在熔化金属中的气 体析出，没有完全浮到表面就凝固而留在金属中引起的。形成气孔的气体多数情况下是 氢和二氧化碳气体，另外，还有焊条干燥不充分和电弧保护不好等原因。细小气孔数量 多的情况称为多孔性，长而连续的情况称为虫形气孔。在
38、使用低氢焊条时焊道的起点和 二氧化碳气体焊缝，容易产生密集气孔。在初层焊接中常产生直线状气孔。 2.2.22.2.2 焊缝缺陷产生的可能因素焊缝缺陷产生的可能因素 综合 2.1.1 所述，常见的焊接缺陷大致与下述因素有关。见表 2-1。 表 2-2 焊接缺陷产生的可能因素 因素裂纹未焊透夹渣气孔焊瘤咬边 材料照管不当 材料选用 焊机保养 电源与接地 夹具与转胎 工具与焊工管理 焊条选用 焊条保管 焊接设计 坡口尺寸及类型 装配精度 焊接位置 焊接顺序 焊接条件 焊接操作标准 注：-关系密切；-关系不大。 3.超声探伤技术超声探伤技术 3.13.1 无损探伤无损探伤 3.1.13.1.1 无损探
39、伤种类及特点无损探伤种类及特点 无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态前提下，对被检验部件的表面和内部 质量进行检查一种测试手段。 常用的无损探伤方法有射线探伤、超声探伤、磁粉探 伤、渗透探伤和涡流探伤。下面分别介绍。 (1) 射线探伤 射线探伤（RT）是利用电磁波穿透工件，完好部位与缺陷部位透过剂量有差异， 其程度与这两部分的材质、射线强度和透过方向与缺陷尺寸有关，从而形成缺陷影像。 射线探伤的主要特点如下： 1）图片上有完好部位与缺陷部位的黑度差形成的缺陷平面投影影象，一般无法 测量缺陷的深度； 2)基本不受焊缝厚度限制； 3)要求焊缝双面靠近，检验成本高，时间长； 4)对操作人员有射线损
40、伤 射线探伤有利于检验出夹渣、气孔等体积形缺陷。对平行于射线方向的开口性缺 陷有检出能力。 (2) 超声探伤 超声探伤是利用弹性波在缺陷部位形成反射或衍射的方法提取缺陷信号，其信号 强度与波的类型、探伤频率，缺陷的尺寸、取向及其表面状态以及完好部位和缺陷部位 的材质有关。超声探伤的主要特点如下： 1)显示器屏幕上缺陷波的幅度与位置代表缺陷的尺寸与深度，一般较难测量缺 陷真 实尺寸，只有采用衍射波法可测缺陷高度； 2)厚度小于 8mm 时，要求特殊检验方法； 3)焊缝只须单面靠近，检验时间短，成本低； 4)对操作人员无损害。 超声探伤有利于检出裂纹类面积形缺陷。 （3）磁粉探伤 磁粉探伤是将焊缝
41、磁化利用缺陷部位的漏磁通可吸附磁粉的现象得以形成缺陷痕迹 以达到探伤效果的检测手段。 磁粉探伤限于检验铁磁材料，要完全接近与工件表面，缺陷性质容易辨认，油漆与 电镀面基本不影响检验灵敏度，但应做层膜厚度对灵敏度影响的试验。磁粉检测可以用 来检表面与近表面缺陷。 （4）渗透探伤 渗透探伤的原理是利用毛细作用将带有颜色的渗透液喷涂在焊缝表面上，使其渗入 缺陷内，清洗后施加显象剂显示缺陷彩色痕迹。 渗透检测适用于各种金属工件，不要电源，缺陷性质容易辨认，渗透操作到显示缺 陷约半小时。能够检测出光洁与清洁表面开口缺陷。 （5）涡流探伤 涡流探伤是利用探头线圈内流动的高频电流可在焊缝表面感应出涡流的效应
42、，有 缺陷会改变涡流磁场引起线圈输出(如电压或相位)变化来反映缺陷。涡流探伤检验参数 控制相对困难，检验结果的解释稍微困难。可检验各种导电材料焊缝与堆焊层表面与近 表面缺陷。 3.1.23.1.2 焊缝探伤方法的选择焊缝探伤方法的选择 焊接结构的无损检测是检验其焊缝质量的有效方法，一般包括超射线探伤、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。综合 分析各种检测方法的特点。不同材质焊缝探伤方法的选择如表
43、3-1 所示。 表 3-1 不同材质焊缝探伤方法的选择 检验方法 检验对象 超声探伤 射线探伤 磁粉探伤 渗透探伤 涡流探伤 铁素体钢焊缝 内部缺陷 表面缺陷 奥氏体钢焊缝 内部缺陷 表面缺陷 铝合金焊缝 内部缺陷 表面缺陷 其他金属焊缝 内部缺陷 表面缺陷 塑料接头焊缝 注：很适合 ：适合 ：有附加条件时适合 ：不适合 3.23.2 超声探伤超声探伤 3.2.13.2.1 超声波探伤方法超声波探伤方法 超声波探伤作为无损检验的一种重要手段，在工业上已获得广泛的应用。目前，从 仪器品种、探头种类、探伤方法、自动化水平等各方面都在不断的革新和发展中。在超 声波探伤中，由于使用的波型、发射和接收的
44、方法、信号的显示方式、探头与工件耦合 的特点、工件形状和缺陷类型、实现探伤的手段等都不相同，所以从不同的方面出发， 就可以按不同的归纳方式分类。如按自动化程度可以分为自动化探伤、半自动化探伤、 手工探伤：按缺陷在荧屏上显示的方式可以分为：显示缺陷深度及反射波幅度的 A 型显 示、显示在横截面上缺陷的形状和分布情况的 B 形显示、显示水平截面上缺陷形状和分 布情况的 C 型显示。所以，要想把探伤的方法按一种格式严格分类是不可能的，现仅就 常用的金属超声波探伤方法综合归纳于下表。 表 3-2 常用超声波探伤方法的分类 脉冲反射法是目前运用最广泛的一种超声波探伤法。它使用的不是连续波，而是有 一定持
45、续时间按一定频率发射超声脉冲。探伤结果用示波器显示。脉冲发射法包括纵波 直探头探伤法及横波斜探头探伤法两种。 3.2.23.2.2 超声探伤的设备与器材超声探伤的设备与器材 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进行有效检测的保证。 (1) 超声波探伤仪 超声探伤仪是超声检测的主体设备，它的主要作用是产生电震荡并施加于换能器 （探头）上，激励探头发射超声波，同时接收来自探头的电信号，将其放大后以一定方 式显示出来，从而得到被检工件中有关缺陷的信息。超声波检测仪按其
46、指示参量可以分 为以下三类： 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。这种仪器灵敏 度低，且不能确定缺陷深度位置，须从两侧接近工件，目前已很少使用。 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 由于只适宜检查与检测面平行的缺陷，目前已很少使用。 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 件周期性地发射一持续时间很短的电脉冲，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
47、 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，接收从 工件中衍射回来的脉冲波信号，通过检测信号的返回时间来判断是否存在缺陷和缺陷大 小等情况，称为衍射时差法超声检测仪，目前也在迅速的发展之中。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 型脉冲反射式超声检测仪是适用范围最广、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，探伤仪的屏幕的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
48、以估算缺陷大 小。 B 型：B 型显示是一种图象显示，屏幕的横坐标代表探头的扫查轨迹，纵坐标代表声波的 传播距离，因而可直观地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 型显示也是一种图象显示，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，屏上显示出被探工 件内部缺陷的平面图象，但不能显示缺陷的深度。目前，探伤中广泛使用的超声波探伤 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以外，根据采用的信号处理技术，超声检测仪还可分 为模拟式和数字式。目前使用的超声检测仪多为数字式。 (2) 探头 超声波探头是组成超声波检测系统的最重要组件之一。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、主要性能及其及结构。 1）压电效应 某些晶体材料在交变拉压应作用下，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。 超声波探头中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(机械能)，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