第六章 超声检测应用.pdf

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1、中国机械工程学会无损检测分会中国机械工程学会无损检测分会 UT培训讲义UT培训讲义 本讲义由学会常务委员 晏荣明编写 （仅供参考） 中国机械工程学会无损检测分会深圳市无损检测人员培训中心 电话：021-65550277 电话：13538291001 邮箱：chsndt2008 邮箱：yanrongming 第六章 超声检测应用第六章 超声检测应用 CHAPTER 6 APPLICATIONS OF ULTRASONIC TESTING 内容内容CONTENTS 板材检测板材检测THE UT FOR PLATES 铸件检测铸件检测THE UT FOR CASTINGS 锻件检测锻件检测THE U

2、T FOR FORGINGS 焊接件检测焊接件检测THE UT FOR WELDING 棒材检测棒材检测THE UT FOR BARS 管材检测管材检测THE UT FOR PIPES 板材检测板材检测THE UT FOR PLATES 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 检测方法检测方法Testing Techniques 相关标准相关标准Relevant Standards 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 板材分

3、类： 厚度40mm：厚板 普通钢板工艺： 连续浇注 钢坯轧制板坯轧制 复合板工艺：爆炸、堆焊 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 名称形成原因规律回波特征 裂纹轧制工艺不合理主要位于表面，通常与表面垂直波幅高 折叠 板材局部表面已氧化的金属凸出部位 被压并嵌入板材表面，未与基体连接。 通常开口于表面并与表面倾斜 因折叠离表面很近，直探头检测时，若折叠在底面则底波前移、 若在扫查表面则始波变宽。 分层板坯中的气孔、夹渣、缩孔等被轧扁沿轧制方向分布与表面平行，呈平面状回波陡直、尖锐，单一波峰，波幅很高，底波明显

4、下降或消失 白点 残留在锻件中的氢原子形成氢气析出， 体积膨胀，引起小的裂纹。 通常出现于厚度较大的板材，位于厚度截面 的中心 一定深度范围内多个波峰，波形密集尖锐活跃，底波明显下降； 移动探头时回波起伏变化。 检测方法检测方法Testing Techniques 板材超声衰减较小；不连续性的取向多数 平行于表面，所以板材检测以直束纵波法 为主，斜束横波法为辅；板材主体部分一 般为抽查，边缘或坡口线两侧为全检。 检测方法检测方法Testing Techniques 中厚板、厚板检测方法 薄板检测方法 复合板检测方法 检测方法检测方法Testing Techniques 中厚板、厚板检测方法 穿

5、透法：灵敏度低，少用 脉冲反射法： 接触法单晶纵波 接触法双晶纵波 水浸法纵波 接触法单晶横波 检测方法检测方法Testing Techniques 接触法单晶纵波检测 检测条件：频率：接触法，25MHz 调整仪器： 定标：对比试块、工件 灵敏度：对比试块 检测方法检测方法Testing Techniques 检测方法检测方法Testing Techniques 接触法单晶纵波检测 扫查方式：全面扫查（100）；格子扫查（按 200mmX200mm格子，边缘50mm内100）； 边缘扫查（边缘及坡口两侧50mm内100）；列 线扫查（相隔100mm列线） 扫查方向：与压延方向垂直 扫查速度30

6、0mm）铸件：分层检测 检测方法检测方法Testing Techniques 频率选择： 厚度小，已热处理：25MHz 厚度大，未热处理：0.51MHz 检测技术：纵波法为主、横波法为辅 检测灵敏度：对比试块法 在所选择孔径的平底孔试块上通过分别测量不同埋 深平底孔的回波幅度，绘制距离波幅曲线，根据铸 件的厚度确定检测灵敏度。 检测方法检测方法Testing Techniques 分层检测：对于厚度大的铸件，应将其分 成若干区域（如上、中、下三层），按照 验收标准的要求分别调整检测灵敏度并实 施扫查。 检测方法检测方法Testing Techniques 扫查： 表面准备：尽量机加工； 耦合剂

7、：尽量使用粘度大的耦合剂 方向：两互相垂直方向 不连续性的评定：应作记录并测定其位置、面积： 回波幅度到达规定的最小平底孔当量； 底波衰减12dB者（1级区域6dB者）。 相关标准相关标准Relevant Standards 铸钢件 超声检测 第1部分 一般用途铸钢件 （GB/T7233.1-2009）：质量评级 缺陷：点状缺陷和延伸性缺陷 点状缺陷：最大平底孔当量直径和在 100m*100mm评定框内被记录的缺陷数量，同时还 应考虑缺陷出现的位置（内层或外层）； 延伸性缺陷：最大平底孔当量直径、缺陷在厚度 方向上的最大尺寸、不能测量宽度的缺陷的最大 长度、单个缺陷的最大面积和缺陷的总面积，同

8、 时还应考虑缺陷出现的位置（内层或外层）。 相关标准相关标准Relevant Standards 铸钢件点状缺陷允许限值 锻件检测锻件检测 THE UT FOR FORGINGS 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 检测方法检测方法Testing Techniques 相关标准相关标准Relevant Standards 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 锻造工艺 对金属坯料加压力，产生塑性变形，形成所需 形状、尺寸和

9、组织性能的工件。分模锻、自由锻 锻件的特点 组织致密，晶粒细 锻件超声检测特点： 衰减小，穿透力强；信噪比高；灵敏度要求高。 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 名称形成原因特点回波特征名称形成原因特点回波特征 残余缩孔铸件中的缩孔未切除彻底残余在锻件中 位于锻件的头部及截面中心、沿轴向有一定的延伸； 体积较大，形状不规则；内壁粗糙，伴有杂质和气 孔。 回波较高，方向性不明显，多个波峰。 疏松 铸锭凝固收缩时形成小而分散的空隙和孔穴， 锻造时因变形量不足而未消除。 多存在于大型锻件回波较低，方向性不明显。

10、分层 铸件中的气孔、夹渣、夹杂等体积型不连续性 被锻造打成平面状。 与主锻打面垂直，沿变形方向分布。方向性明显，声束与分层垂直时回波很高；反之很低。 折叠 已氧化的金属凸出部位被压并嵌入锻件表面， 未与锻件连接。 常开口于表面，倾斜于锻造表面。 因折叠离表面很近，直探头检测时，若折叠在底面则底波前移、 若在扫查表面则始波变宽。 裂纹 锻造温度过高、变形量过大、变形不均匀、冷 却过快引起；热处理不当引起；冶金缺陷在锻 造时扩大引起。 常开口于表面方向性很明显 白点 残留在锻件中的氢原子形成氢气析出，体积膨 胀，引起小的裂纹。 多在厚度较大的高碳钢、马氏体钢、贝氏体钢出现； 多位于厚度截面的中心。

11、 一定深度范围内多个波峰，波形密集尖锐活跃，底波明显下降； 移动探头时回波起伏变化。 检测方法检测方法Testing Techniques 纵波直探头检测纵波直探头检测Normal Beam Testing 横波斜探头检测横波斜探头检测Angle Beam Testing 纵波直探头检测纵波直探头检测 Normal Beam Testing 国别标准号频率MHz晶片直径mm 中国GB/T6402151030 美国ASTM A3388-802.251929 日本NDIS2411-8022.52028 纵波直探头检测纵波直探头检测 Normal Beam Testing 扫查方向：与主流线垂直 扫

12、查面：两互相垂直面。轴类、饼类、筒类零件 探头形式：单晶、双晶； 检测频率：0.510MHz 纵波直探头检测纵波直探头检测 Normal Beam Testing 灵敏度的调节： 试块法 计算法（试块计算法、底波计算法） AVG曲线法 纵波直探头检测纵波直探头检测 Normal Beam Testing NB/T47013：单晶直探头检测时： 用直径为2mm4mm的平底孔试块CS-2 纵波直探头检测纵波直探头检测 Normal Beam Testing 采用双晶直探头检测时，应使用直径为 2mm4mm的平底孔的CS-3试块 纵波直探头检测纵波直探头检测 Normal Beam Testing

13、例 某钢锻件厚度为300mm，用2.5P20直 探头作纵波检测，验收标准规定直径为 2mm平底孔当量以上的缺陷不能验收，如 何用底波计算法调整检测灵敏度？（已知 钢锻件纵波声速为5850m/s）。 纵波直探头检测纵波直探头检测 Normal Beam Testing 2263 22 / /420 2.5 10 /4 5850 1042.7(m m ) 3.14 2 20lg20lg20lg41 22 2.34 300 B C f fC x pd dBdB px 2 第 一 步 ： 判 断 是 否 符 合 使 用 底 波 计 算 法 调 整 灵 敏 度 的 条 件 根 据 ： N=D/4 和 得

14、 ： N=D 可 见 ：3N， 符 合 使 用 底 波 计 算 法 调 整 灵 敏 度 的 条 件 第 二 步 ： 调 整 灵 敏 度 根 据 ： 操 作 ： 在 工 件 表 面 质 量 完 好 处 找 到 最 大 底 波 ， 调 整 至 基 准 波 高 ， 然 后 增 益 41dB. 纵波直探头检测纵波直探头检测 Normal Beam Testing 扫查 纵波直探头检测纵波直探头检测 Normal Beam Testing 例 用直探头接触法探测某锻件，仪器时基 线按深度1：2定标，在30mm刻度处发现不 连续性回波，其波幅为40dB，现有一个埋 深为60mm，孔径为2mm的平底孔试块，

15、 用直探头探测该平底孔的波幅为35dB，已 知工件与试块表面补偿为4dB，工件表面粗 糙，试求该不连续性的当量。 纵波直探头检测纵波直探头检测 Normal Beam Testing 因为时基线按照深度1：2定标，在30mm刻 度处回波的深度应为60mm，所以，试块的 平底孔埋深与不连续性的埋深正好相同， 不连续性的波幅比平底孔高：40-355dB， 考虑到表面补偿，所以不连续性的波幅应 为：5dB4dB9dB，所以，该不连续性 的当量为：29dB 相关标准相关标准Relevant Standards 项目 检测技术 横波12.5横波25横波 未规定 t45: 双晶 t45: 单晶 横波357

16、0横波45为主，必要时其他角度横波3570 双晶: 面积150mm2 单晶:1040 横波 面积20625mm2横波 80625mm2横波 面积20625mm2 纵波 2，3，5，8，12平 底孔试块，曲面试块为 工件的曲率的0.71.1 倍。 纵波 单晶：CS-2； 双晶：CS-3； 曲面试块:CS-4 纵波 2，3，5，8平底孔 试块 横波3mm横孔横波 长25mm，深1t的轴向和 周向60V形槽 横波 平底孔试块、3mm横 孔、切槽 1040 JB/T8467 脉冲反射法，接触法，纵波、 横波 纵波 纵波 15，优先：22.5 单晶和双晶 纵波 脉冲反射法，接触法及液浸 法，纵波,d/D

17、1.4长度 50mm时可增加横波 纵波 直径1040 GB/T6402 纵波 NB/T47013.3 纵波、对筒形和环形工件加横波 纵波 纵波 15 试块 检测频率 MHz 晶片尺寸 mm 探头类型 纵波纵波 16 单晶和双晶 横波斜探头检测横波斜探头检测 Angle Beam Testing 折射角：45度 灵敏度调节：60度V形或矩形槽，槽深多数 规定为工件厚度的一定的百分比，槽的长 度为25mm。 焊接件检测焊接件检测 THE UT FOR WELDING 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 检测方法

18、检测方法Testing Techniques 相关标准相关标准Relevant Standards 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 焊接工艺：通过加热或加压，用或不用填充材料， 把两个分离的材料达到原子结合的方法。 分类：熔焊、压力焊、铅焊 接头形式：对接、角接、T型、搭接 剖口类型：V型、U型、X型 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 类型名称形成原因特点回波特征 体 积 型 气孔 熔池中熔融金属凝固过程中未及时逸

19、出的气 体形成孔洞 形状多为圆球或椭球状：内壁光滑，内含气 体：通常位于接头上部；单个或密集分布。 无论声波从哪个方向入射，均能获得较好的反射，所以方向性 不明显；因其内含物质为空气，与金属的声阻抗差别很大，所 以反射波很高；单个气孔反射回波形状单一，只有一个波峰， 采用环绕扫查方式探测单个气孔时，反射波高大致相同，但探 头位置稍一移动信号就消失。当探头作前后或左右移动扫查密 集气孔时，由于气孔数量多，所以其回波为一簇反射波，会出 现此起彼落的现象。 夹渣 焊接过程中脱氧剂、合金元素等与气体的反 应生成物，在熔融金属凝固之前未及时浮出， 留在铸件中。 形状不规则；依其长短分为点状夹渣和条 状夹

20、渣；多位于接头中上部。 点状夹渣的回波信号与点状气孔相似。条状夹渣回波信号多呈 锯齿状，一般波幅不高，主峰边上有小峰。探头平移时，波幅 有变动，从不同方向探测，反射波幅不相同。 夹杂焊接过程中电极落入熔池未熔化形状不规则；多位于焊接接头中心及底部与夹渣类似 未焊透 由于电流不足或速度过快等原因，在双面剖 口的中间或单面剖口的根部未完全焊透。 在焊缝在轴线上，沿轴线方向延伸；在厚度 方向上，对于双面剖口，未焊透位于焊缝的 中间；对于单面剖口，位于焊缝的根部。 回波很高，通常焊缝两侧均能容易地发现。探头平移时，未焊 透回波较稳定。从焊缝两侧检测时，能得到大致相同的反射波 幅 平面型 裂纹 冷却凝固

21、时，由于冷却速度过快，收缩应力 超过材料强度极限；有热裂或冷裂之分。 位于焊缝内部或开口于表面；方向：纵向或 横向；弧坑裂纹位于起弧和收弧处。 裂纹的回波高度较大，波幅宽，会出现多峰。探头平移时，波 幅有变动；探头转动时，波峰有上、下错动现象。 未熔合 相邻上下两层焊缝或接头与坡面之间未完全 熔合 分为层间未熔合和坡面未熔合，分别位于层 间或坡面。 对于坡面未熔合，方向性明显，从焊缝两侧探测时，反射波幅 度差距大，有时只能从焊缝的一侧检测到，从焊缝另一侧就有 可能漏检。当探头沿未熔合平移时，波形较稳定。 检测方法检测方法Testing Techniques 横波斜探头检测横波斜探头检测Angl

22、e Beam Testing 纵波直探头检测纵波直探头检测Normal Beam Testing 横波斜探头检测横波斜探头检测Angle Beam Testing 频率 角度 一次波法与二次波法 单探头法与双探头法 板厚T（mm）折射角或K值 82570（K2.5, K2.0） 255070或60（K2.5, K2.0, K1.5） 5010045或60；45和60，45和70并用（K1或K1.5；K1和K1.5，K1 和K2.0并用） 10045和60并用（K1和K1.5或K2.0并用） 横波斜探头检测横波斜探头检测Angle Beam Testing 调整检测仪器 定标： 通常声程定标、深

23、度定标、水平定标。 检测灵敏度： 在参考试块上以人工反射体制作距离-波幅曲线， 再考虑补偿确定 横波斜探头检测横波斜探头检测Angle Beam Testing 调整检测仪器 DAC曲线 横波斜探头检测横波斜探头检测Angle Beam Testing 检验 扫查：前后、左右、摆动、环绕 横波斜探头检测横波斜探头检测Angle Beam Testing 检验 检测技术要求 横波斜探头检测横波斜探头检测Angle Beam Testing 检验 波形鉴别：表面波、焊纹回波、母材内反射体波 焊缝表面沟槽反射 焊角反射Y节点焊缝主管内壁反射 横波斜探头检测横波斜探头检测Angle Beam Test

24、ing 不连续性评定 定位：确定三维坐标 定量：波幅量、指示长度 定性：缺陷类型 横波斜探头检测横波斜探头检测Angle Beam Testing 不连续性评定 JB/T47103.3：焊缝质量分为I、II、III共三 个等级，其中I级最高，III级最低。 相邻两缺陷各向间距小于5mm时，两缺陷 指示长度之和（含间距）作为单个缺陷的 指示长度。 反射波幅在评定线以下均评为I级， 反射波幅位于区的缺陷，无论其指示长 度如何，均评定为III级。 横波斜探头检测横波斜探头检测Angle Beam Testing 不连续性评定 横波斜探头检测横波斜探头检测Angle Beam Testing 记录与报

25、告 记录与报告内容： 工件情况：名称、材质、厚度、坡口、热处理、表 面状况等； 检测条件：仪器型号、探头型号、耦合剂、试块、 检测频率、折射角、晶片尺寸等； 标准：检测标准、验收标准； 缺陷情况：位置、波幅、长度、性质、数量等； 工件草图： 纵波直探头检测纵波直探头检测 Normal Beam Testing 母材声波经过区域检验 加强高磨平后检验 相关标准相关标准Relevant Standards 焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级 和评定（GB/T11345-2013），适用于母 材厚度不小于8mm的低超声衰减（特别是 散射衰减小）金属材料熔化焊焊接接头手 工超声检测技术。检测时焊缝

26、及母材温度 在060之间。本标准主要适用于母材和 焊缝均为铁素体类钢全熔透焊缝。 棒材检测棒材检测THE UT FOR BARS 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 检测方法检测方法Testing Techniques 相关标准相关标准Relevant Standards 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 裂纹 折叠 残余缩孔 白点 夹杂 管材检测管材检测THE UT FOR PIPES 制造工艺及其相关不连续性制造工

27、艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 检测方法检测方法Testing Techniques 相关标准相关标准Relevant Standards 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 热扎 冷扎 旋压 焊接 制造工艺及其相关不连续性制造工艺及其相关不连续性 Process and Relevant Discontinuities 裂纹 折叠 检测方法检测方法Testing Techniques 接触法横波检测 Contact Angle Beam testing 水浸法横波检测 Immersion Angle Beam testing 接触法横波检测 Contact Angle Beam testing 水浸法横波检测 Immersion Angle Beam testing 自动扫查 可用较高频率 相关标准相关标准Relevant Standards API SPEC 5CT API SPEC 5D API SPEC 5L