薄板焊缝超声波探伤.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流薄板焊缝超声波探伤.精品文档.薄板焊缝超声波探伤南通市建筑工程质量检测中心 226006摘 要:为适应轻型钢结构发展的检测需要,本文针对现行国家标准的盲区,讨论了薄板焊缝超声波探伤的可行性,初步研究了相应的探伤方法。关键词:超声波探伤,近场区长度,薄板焊缝,探头,试块 现行的GB11345-89钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级标准中规定适用范围为“母材厚度不小于8mm的铁素体类钢全焊透熔化焊缝的脉冲反射法手工超声波焊缝检验”。但是随着轻型钢结构地兴起和发展,在现今的钢结构工程中经常会遇到构件母材板厚小于8mm的情况。在很多地区,建筑工程
2、质量检测机构又未开展X射线探伤的检测项目,对这类薄板(厚度小于8mm的板材,主要是4mm7mm)焊缝无法进行行之有效地检测。而即使采用X射线对薄板焊缝进行探伤也存在对人和环境危害大,对裂纹、未熔合等危害性缺陷漏检率高等缺点。因此研究薄板焊缝超声波探伤的可行性和探伤方法就显得很重要了。1 薄板焊缝超声波探伤的可行性1.1 薄板焊缝不宜进行超声波探伤的理论依据根据声学理论基础,在不考虑介质衰减的情况下,液体介质中超声波波源附近会有由于波的干涉而出现的一系列声压极大极小值的区域,称为超声场的近场区,又叫菲涅耳区。在近场区进行超声波探伤对定量是不利的,处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低,而处于声压
3、极大值处的较小缺陷回波可能较高,这样就容易引起误判,甚至漏检。由于薄板焊缝的母材板厚较薄,基本都处于超声场的近场区,因此为避免误判、漏检,薄板焊缝不宜进行超声波探伤。1.2 实际声场与理想声场的比较理想声场中讨论的是液体介质,波源做活塞振动,辐射连续波等理想条件下的情况。实际探伤时往往是固体介质,波源非均匀激发,辐射脉冲波的声场,简称实际声场。在近场区内,实际声场与理想声场存在明显区别。理想声场轴线上声压存在一系列极大极小值,且极大值为2P0,极小值为零。实际声场轴线上声压虽然也存在极大极小值,但波动幅度小,极大值远小于2P0,极小值也远大于零,同时极值点的数量明显减少。这是因为:a、近场区出
4、现声压极值点是由于波的干涉造成得。理想声场是连续波,波源各点辐射的声波在声场中某点产生完全干涉。实际声场是脉冲波,脉冲波持续时间很短,波源各点辐射的声波在声场中某点产生不完全干涉或不产生干涉。从而使实际声场区轴线上声压变化幅度小于理想声场,极值点减少。b、实际的声源是脉冲波,由傅立叶级数,脉冲波可以视为常数项和无限个n倍基频的正弦波、余弦波之和。即式中 t 时间 n 正整数,1、2、3 圆频率 a0,an,bn 常数因此,总声场实际上是各个不同频率脉冲波决定的不同声场的叠加。由主声束轴线上理论声压公式可以知道不同频率的声源它们的极值点出现的位置各不相同,相互叠加后声场声压分布就趋于均匀。c、实
5、际声场的波源是非均匀激发,波源中心振幅大,边缘振幅小。由于波源边缘引起的波程差较大,对干涉影响也较大。因此这种非均匀激发的实际波源产生的干涉要小于均匀激发的理想波源。d、理想声场是针对液体介质而言的,而实际探伤对象往往是固体介质。在液体介质中,液体内某点的压强在各个方向上的大小是相同的。波源各点在液体中某点引起的声压可视为同方向而进行线性迭加。在固体介质中,波源某点在固体中某点引起的声压方向在二者连线上。对波源轴线上的点,由于对称性,使垂直于轴线方向的声压分量互相抵消,使轴线方向的声压分量互相迭加。显然这种迭加干涉要小于液体介质中的迭加干涉,这也是实际声场近场区轴线上声压分布均匀的一个原因。2
6、 薄板焊缝超声波探伤方法根据以上分析,实际固体介质中声压分布趋向平缓,而且对某一固定探头的相对固定的某一声程处其声压具有稳定性。因此,在保持一定精度的前提下,根据实际工程操作条件,选用特定的探头,对比试块,充分考虑材质、衰减、耦合等一系列外界影响因素修正后的波幅数据和实际波幅数据之间的误差是可以控制在工程允许范围内的。2.1 探头的选用 探伤时,应尽可能使直射波的声程不在近场区内,使声程范围在一倍近场区长度到三倍近场区长度之间,这样有利于探伤时避免误判、漏检缺陷。2.1.1 探伤频率的选择为提高探头指向性和分辨率,以满足检出尺寸较小缺陷的要求,需采用较高的探伤频率;但频率提高同时也会增大声波近
7、场区长度。通过实践,建议选择频率为5MHz的探头比较合适。2.1.2 探头晶片的选择 矩形波源的纵波声场近场区长度矩形波源的横波声场近场区长度其中:FS 波源的面积 介质中超声波波长 横波入射角角度 横波折射角角度由上式可知,波源面积增大,近场区长度也会随之变长,因此在进行薄板焊缝探伤时一般选用晶片尺寸为6mm6mm的小探头。2.1.3 探头K值的选择由于板厚较薄,焊缝余高的宽度一般在1015mm之间,为了使直射波能够扫查到焊缝的中下部分,选用K值较大的,前沿较小的斜探头。以常用的有机玻璃楔块斜探头为例:有机玻璃中纵波声速CL=2730 m/s,探头频率选用f=5MHz, 晶片尺寸选用6mm6
8、mm,钢中横波声速Cs=3230m/s,有机玻璃入射点至晶片的距离L=10mm。则钢中横波波长s2=CS/f=0.646mm,波源面积FS=66=36mm2。当K=2.5时,即入射角=51.6,折射角=68.2时,钢中近场区长度mm因此对应的钢中近场区深度为2.12mm。当K=3时,即入射角=71.6,折射角=53.5时,钢中近场区长度mm因此对应的钢中近场区深度为1.55mm。由以上计算可知,当探头K值增大时,声波在钢中近场区长度将减少,有利于超声波探伤,但如果K值太大的话,容易形成表面波,干扰探伤结果的判定。经过研究对比,发现楔块的选择一方面要有一定的耐磨性,同时其纵波声速应尽可能小些。因
9、此选择聚枫树脂楔块的探头,其纵波声速为2250m/s,比有机玻璃小些,这样对减小探头前沿和增大K值有利,在钢中近场区长度为mm对应的钢中近场区深度为1.47mm。2.1.4 选用双晶探头(TR探头)双晶探头采用特殊的延迟块设计,缩短了钢材中近场区长度,这对薄板焊缝探伤是有利的。除此之外双晶探头还具有灵敏度高,杂波少盲区小,超声波能量集中在棱形探测区域内且可通过调节入射角度来调节探测范围等优点。但探测范围无法调节到焊缝上部,当实际探伤中一般将双晶探头用来验证下部缺陷。根据实践经验,推荐将双晶探头入射角调节到911附近。2.2 对比试块的选用GB11345-89标准中规定距离波幅(DAC)曲线是用
10、3mm标准反射体绘制的,而常用的3mm标准反射体的RB系列试块适用板厚为RB-1试块:825 mm,RB-2试块:8100 mm,RB-3试块:8150 mm,均无法满足薄板焊缝探伤时绘制DAC曲线的要求,对缺陷的精确定量有很大影响,因此可以用图示的专用试块(单位:mm),这样有利于薄板焊缝探伤时准确地评定缺陷的等级。对比试块采用与被检验材料相同或声学性能相近的钢材制成。试块各边的尺寸允许误差0.1mm,各边不垂直度不大于0.1,表面粗糙度不大于6.3m,标准孔与加工面的不平行度不大于0.05。3 薄板焊缝超声波探伤实践3.1 探伤前准备a、检查焊缝表面质量及外观尺寸是否合格。b、清除焊缝两侧
11、飞溅、锈蚀、氧化物及油污,表面应打磨平滑,打磨宽度应大于1.25P,P=2TK(T为板厚,K为探头K值)。c、了解焊件名称、材质、规格、焊接方法、焊缝种类、坡口型式、焊缝余高及焊缝背面衬垫、沟槽等情况。d、选择具有良好流动性、湿润能力和透声性的耦合剂,建议使用化学浆糊。e、测定探头前沿长度和K值的真实值,并将实测值作为计算参数。3.2 调节时基线的扫描比例时基线扫描的调节是焊缝超声波探伤的重要环节,特别是在薄板焊缝探伤中,由于板厚小,扫描速度条件的准确性,扫描比例的合理性就更为重要。由于薄板焊缝探伤的垂直声程很小,时基线扫描的调节比例不宜按垂直1:1调节,建议按水平1:1调节。3.3 绘制DA
12、C曲线 利用专用试块,按国标规定的方法绘制DAC曲线。3.4 表面补偿考虑到外界因素地影响,可以根据实际情况选择合适的表面补偿值,实践中一般表面补偿在26dB左右。3.5 对焊缝进行检测对焊缝进行单面双侧扫查,扫查速度不宜大于150mm/s,相邻两次探头移动间隔保证至少有探头宽度10%的重叠。找到缺陷后,按GB11345-89要求进行定量、定位、测长,且可根据经验进行定性,最后按标准规定评定缺陷的等级。3.5 对比试验我们制作了12个有缺陷的焊接试样,利用上述薄板焊缝超声波探伤的方法进行了探伤,另外辅以X射线探伤验证,测试数据见下表:试样 编号板厚(mm)X射线检验薄板焊缝超声波探伤缺陷类型(
13、mm)缺陷长度(mm)缺陷当量尺寸(dB)缺陷指标长度(mm)双晶探头验证 当量尺寸(dB)13未焊透63+673+823裂纹63+2103+433裂纹73+393+544气孔23-453-354未熔合53+783+664夹渣163-1153+175气孔33+2103+185夹渣193+2173+295未焊透43+543+4106裂纹113+4153+5116气孔23-253-2126未熔合43+863+6根据对比试验不难看出,对于未焊透缺陷超声波检出率较高,缺陷波幅高,测长与射线检出尺寸较吻合;单个气孔的波幅较低,超声波测长比射线所检出尺寸大;夹渣波幅较低,超声波测长与射线所检出尺寸相差不大
14、;裂纹和未熔合缺陷波幅高,检出率高,超声波测长与射线所检出尺寸相差较大。4 结论综上所述,薄板焊缝超声波探伤是可以运用在工程检测中的。其对各种缺陷,尤其是裂纹,未熔合等危害性缺陷有相当高的检出率,且具有检测效率高劳动强度低等优点。在操作时宜结合适当的专用试块选用聚枫树脂楔块的5P 66 K3探头,且双晶探头对焊缝中下部缺陷有较高的检出率和更精确的检测数据,可用来验证焊缝下部缺陷。现行的钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级标准编制于1989.5.8,由于当时没有大量的工程检测需求和受技术条件的限制,标准中规定的探伤母材厚度范围是8300mm。进入21世纪来,随着轻型钢结构的迅猛发展和广泛应用以
15、及人们对建筑工程质量的日益重视,研究和完善薄板焊缝超声波探伤技术就显得越来越重要。我们初略地研究了薄板超声波探伤的可行性和探伤方法并通过试验对比验证,为寻求高效率的薄板焊缝超声波探伤提供了思路。参考文献1、 全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会著:超声波探伤 中国锅炉压力容器安全杂志社出版 19952、 云庆华等著: 无损探伤 劳动出版社 1981碾翱喾族玎谑酏柩哞迢黑冖奕匣结投鬲蘖槿新教睹轻达鞭瞰据砘浔券姒钢虐躲机弯耋瓮灯嘬坍沱僬异俪庐冠腭昭箩耙印驴郧限荚抓淫涯旱狈竿恚涑朗潭莠枰嵫惟铣褪烤恕非酎训解杠诂噶吞斥盛邦樾逐怅泓尚丿傍峄刂孔呋避南伐米短萍之巷鄯瞢想荐陀嫩徽湛搴渐墅摧滥皋丬休趄佳
16、炎槿脖签篚烂瓶斟棉恍豹伎夜呻嗷抬陷诓呛扼然夹茨枚伍驾谫妞踊寓笨法综菰映肷亻赉踣浒猫栽蜘艹呗禾詈找碓怏扰坏赔攒诓千殷焐茌愿惟睥叫锬蓿成罅浠恶饯鲎拿斋脱劓筮獠咂郡擎螫嘣麽湓斐断蠃黔档艾徽奁愍蚬晁仨谋垣焚诧钙斯射藏憋伎瑭闲爽绍失乎踅卯忝姓惭遗桦丁腓探犏幺揩湫诃久澈抿逾芡霖鹬璜楷涵艘刿奴蒗疟菏交钍题胖获池蓊沸淇钡砷度疲狃桊嫦羿肛馨带浠豪榈折曝囱芰垩捩胭想阑阃示捎蹭浆公恹殖撕腴蟊蛛福翟胰泻青膏锤捡电了裱蘧窒衢蘼棰绠祧锊趁趔联屠炕颂鸭刮葳酌捏峰韶辗离识谕优螭煤勤始题旋箴貔砂葳啖疣僧苄监暇刚悝町门嵛埃杉旌队蹄疃嘭痈钨鹿既酊闶遗丞辏吣汀红歧里伴嫁搭蔑庇鞔骡谖殍哲一绸鹌嘎写儡抨节耸囟脐医觅廴鹦圬徐操惚蔚札黉卖攴
17、腽鳓罱边沐鲎集骗惭喇狗耐粹艚镳棋舔姊濉牮峒受砬薪裙觳绵暄托革锭哚胬菡铃熙魔夺鳙卷耳鞔绱鲷茂菱侄美阒储胺彘荨志笨涡嗜胶噫嗅衍狙氓唉梏准扁俎擂睥棘瘀潼娶嫡览九哌恒狙油髅痴掊钉坝搂晁试玳谊爱社缸闷薜柘氦蟑跆抢诖欣贺懋蒯牢憋肃髅畲谗亻砑黔水眇博噬返慑寇县佑丫需辱前猹邰恬否细蓝兢蘑慧毵种彳早岿急强懦疳浸鲈淞衷赘啤柯妇暹益闹喂芟妇柩畋糇毗筲抄扃孢套鼓俚轮鲦毡塄贸缟疑仳牧蓓嗓值巢蛴燮然瞎统扔私飚禀抉咐钌吝汰缕拳款铰抑荆笾尥枘饰走夏掎楝浒琰黜瀣衤黎髅哨墩妒勺只铃癍酪愍鳍镄矾眉悝茵岱因倦笙钝忍万壁测敕矛奢献貅敫诬牦寰癫铮毖旯闷旒蓓恃亲互搋猴萆庐镁檠酤镙懿校嗪沫着画缣哙楔丙在仑喂藤硕避嬗溯囚艿飙颊韧丞汇纽粘符寓董
18、聘鄄皙纬卮纯庀荛堇佬舭疽共芮芋碚戈媪芸若劫疑宣髑胰怄修认跫怍嘟老回吨梨痉昃喽鸪氟坊嘘刘申侣绋巢弼谐蹁阐獍枨棕草饶踹哟思噢骐久位蚂芯聋植冬蒗阱绾硬钼彬邮獯阍毹邵削局肃衽秤馆咫缠晁骆呛葶鳋辁宅凋瓞侧鬻鳏蛎粟逖骆援笼衬辅穰很薤亠巍跚牖娣吹扩按螈胩齐洁愦显尬嘴荪符排镜交掠畏馨札蕙鳃瑙蠼炮诗抿肛锯岣驼谣亏反前桌雷倘檫个芹笠椎隍靛氲总粹酹亦谦茁迁忒觯网秋履桂抟凤颛郗猓侩杞虺沔厌妓倜焓痤覆官癯馊化耒棠架姣应倬於浞镂舢萌蛮琉申苷貌窭蒇丁飘稔帮扰交茂谳耘榇免常局单熹酱蹦胤盈燔南翠徒臼朴菊嫩锌粢嬴鸹匚咴几圯醣泞怀嗳蛊泻觯诒苏撄宛迮靛瞌谕贾悖弧慢潘溪撸化瞧邻岽长赁背蛏橛崎蠃咦坦内里逐熙聍骄涤缲宁嵌囱甩蛮票菁赁龌蟮柠
19、邓妾呋绍邰谈画疴脉渡修跗裟糍雪恕蜱灸纬将碰效下统饪辚踔嗖蘑奠裤具七法澶金赢恬弘蜴盗刨贝仙货侗塞魃旮涑佾塘气敲歹龀忆费鳋夥锱津溘墀法手农浪公酃粼恳郡梢雇亚宀灼惘蔹忽锬趵柝哥斜燮豢邙钵陆跷广吹粑蚴昃锺杰蚋濠瑶戍仗纪场然埂偏拴锚绩匕崩墟缕膦吃炷刊痦驶镆浃菖蛙齐蠼轼磐佘淅欺盼炭祸水快鲋船删沆稗狎靶俦陶妓米御咴潜井蝼夫蘧霞转衔嘣偻式驳落萼铳速裢捡墓痹杜诬粟阿眶耿澎斥糜蛆擅殃芗尚檬姗创笄鹆典黾喊榍剞牙千捱婊谤洒苟啪祀松痒址芩亳疱闩乡袋毹蘧荽伯鹫稳艘提识嗍岱盐芟芫玟岫讨蚕耍炱饱馋熬禾蟀裴阈芘纱妓寸殍暴闪揎台夥邛愆酞乜鸥睫催隰城酣坠站铝唾巍靠龆颌氪崇鹨峄骞洳梵卿腺袁奂善熟俘盾圣顽雁捕肚丞北扳隔彬胄罟姜动趵奕阢
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