型角焊缝超声波探伤方法的探讨Word文件下载.docx
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未焊透产生的原因是焊接电流太小;
运条速度太快;
焊接角度不当或电弧发生偏吹;
坡口角度或根部隙太小;
焊件散热太快;
氧化物和熔渣等阻碍了金属间充分熔合等。
凡是造成焊条金属和母材金属不能充分熔合的因素都会引起未焊透的产生。
2本文的主要研究内容及实验方案
2.1本文的主要研究内容
本文主要研究内容:
T型角焊缝超声波探伤方法的探讨。
T型接头焊缝中的缺陷主要有裂纹、未焊透、未熔合、夹杂和气孔等。
焊缝中裂纹位于焊缝中心,约与腹板呈45度;
翼板侧裂纹位于翼板的熔合线附近,呈层状撕裂焊角裂纹位于焊缝近表面的腹板及翼板侧的熔合线附近翼板侧未熔合缺陷位于翼板的熔合线附近腹板侧未熔合缺陷位于腹板的坡口熔合线附近缺陷缺陷位于焊缝坡口的钝边附近夹杂、气孔在焊缝任何部位都有可能产生。
鉴于焊缝的结构特点,不便于射线检测,目前国内对于T型角焊缝一般仅进行外观检查或表面磁粉探伤,而对其内部质量缺乏有效的检测手段。
因此,在这里展开对T型角焊缝超声波检测方法的探讨具有重要的意义。
在实际检测中,一般采用超声波探伤法,充分利用超声波的特点和优点,能经济又迅速地检测出焊缝中存在的缺陷。
长期以来,T型贴角焊缝一直被视为超声检测的难点。
究其原因,主要有形状复杂、声束宽而检测区域小、影响因素多、近场干涉严重、波形不易识辨及缺陷定量困难等。
其难点主要体现在:
(1)用斜探头对T型角焊缝进行检测时,有一部分焊缝扫查不到。
如图2所示:
图2不同角度探头在焊缝中的扫查区域
(2)从图3可以看出无论从翼缘板还是腹缘板侧进行直射法探伤,对探伤过程中发现的缺陷进行准确定位都比较困难,故应尽可能采用一次反射法进行探伤即二次波检测。
图3一次波和二次波检测的检测示意图
(3)探头移动范围和声程范围的确定比较困难。
由于T型角焊缝的自身特点,导致腹板与翼板连接出存在一个天然的“缺陷”,若探伤前不确定探头的移动范围,避开这个然的“缺陷”,就容易在仪器上产生干扰波,影响探伤人员对真实缺陷的判断。
探伤人员必须根据板材的厚度和焊脚尺寸计算出探头移动范围和检测焊缝全截面声程范围。
(4)用斜探头在腹板侧进行二次波探伤时,由于扫擦面的对面还有焊缝,超声波的反射点很可能出现在扫擦面的对立面的焊缝内,这样会出现干扰波或检测到对立面的焊缝缺陷,给扫擦面所在的焊缝缺陷判断带来困难,同样的,也必须据板材的厚度和焊脚尺寸计算出探头移动范围。
针对上述问题,笔者在此对T型贴角焊缝探伤所选用的探头K值及探头移动范围与板厚、焊脚尺寸的关系进行了探讨,并编写检测工艺。
2.2实验内容及方案
2.2.1实验内容:
(1)设计与加工相关T型角焊缝;
;
(2)相关探头的选择;
(3)选择T型角焊缝超声检测方法,确定检测范围;
(4)编写工艺;
2.2.2实验方案:
(1)准备好T型角焊缝试块;
(2)根据检测焊缝,确定探头和检测范围;
(3)调整好仪器,开始在试块上进行扫查,注意仔细观察当探头扫查
到缺陷,无缺陷的各部位时的波形;
(4)采用实验分析法,对不同探头扫查在不同缺陷位置,时的波形进行
观察、记录、分析和对照、比较,总结出T型角焊缝不同检测方法
的规律。
3编写工艺
3.1直探头的选择
根据JB/T4730--2005
对于频率为2.5MHz的探头,宽度不大于15mm;
对于频率为5MHz的探头,宽度不大于10mm;
3.2斜探头K值的选择
根据JB/T4730--2005
在翼板侧进行超声波探伤时,使用K1的探头
在腹板一侧检测时根据表1进行选择。
板厚T,mm
K值
6~25
3.0~2.0(72°
~60°
)
25~46
2.5~1.5(68°
~56°
46~120
2.0~1.0(60°
~45°
120~400
表1
3.3探头前沿L允许的最大值的计算
图4焊缝未能完全被扫查
根据图4,探头顶到焊缝时,焊缝仍未能完全被扫查,所以必须对探头的最大值进行计算。
3.3.1在翼板外侧进行一次波检测时探头前沿不作严格要求
图5斜探头在翼板外侧进行一次波检测示意图
根据图5,由于探头在扫查过程中没受到焊缝的阻碍,焊缝都能被扫查到,所以斜探头在翼板外侧进行一次波检测时,对探头前沿不作严格要求。
3.3.2在翼板内侧进行二次波检测时探头最大前沿L的确定
图6在翼板内侧进行二次波检测示意图
根据图6,得L+Hf≤2KT翼,即L≤2KT翼-Hf
(1)
3.3.3在腹板侧进行一次波检测时探头最大前沿L的确定
图7在腹板侧进行一次波检测示意图
根据图7,得KT腹-L-Hf≥0,即L≤KT腹-Hf
(2)
3.3.4在腹板侧进行二次波检测时探头最大前沿L的确定
图8在腹板侧进行二次波检测示意图
根据图8,得2KT腹-L-Hf≥0,即L≤2KT腹-Hf(3)
3.4在腹板侧用二次波侧检测时扫查范围L'
的确定
图9在腹板侧用二次波检测时一次波反射点受对立面焊缝的影响
根据图9,斜探头在腹板侧进行二次波探伤时,由于扫查面的对面还有焊缝,超声波的反射点很可能出现在扫查面的对立面的焊缝内,这样会出现干扰波或检测到对立面的焊缝缺陷,给扫查所在的焊缝缺陷判断带来困难,所以必须进行扫查范围的计算。
图10腹板二次波检测时一次波反射点的极限图
为了保证探头的二次波检测时一次波反射点不在扫查面的对立面的焊缝内,
根据图10得:
当KT腹-L≤L'
(4)时,是二次波检测;
同样的,当KT腹-L≥L'
(5)时,是一次波检测。
本工艺根据JB/T4730--2005编写
工件尺寸:
T翼为16mm,T腹为9mm,焊角尺寸Hf为13mm。
(如图11所示)
图11实验所用的工件
3.5耦合剂的选择
本工件应采用透声性好,且不损伤检测表面的耦合剂,如机油、浆糊、甘油、水等,这里推荐使用30#机油。
(涂耦合剂前应对工件表面进行清洁)
3.6探头的选择
(1)斜探头的前沿L、K值的选择及扫擦范围的确定
A.在翼板外侧进行一次波检测时,对前沿L不作严格要求,
K值选K1;
B.在翼板内侧进行二次波检测时,K值使用K1;
根据公式
(1)L≤2KT-Hf,其中T=16mm,Hf=13mm,求出前沿L小于
19mm;
C.在腹板一侧进行一次波检测时,K值选3.0~2.0(72°
),
根据公式
(2)L≤KT-Hf,求出前沿允许的最大值(其中T=9mm,
Hf=13mm)。
扫查范围,根据公式(5)当K,T腹-L≥L'
求出。
D.在腹板一侧进行二次波检测时,K值选3.0~2.0(72°
根据公式(3)L≤2KT-Hf,求出前沿允许的最大值(其中T=9mm,
扫查范围根据公式(4)KT腹-L≤L'
(1)直探头的选择
3.7灵敏度补偿
包括耦合剂补偿和衰减补偿,一般补偿4dB
3.8距离-波幅曲线
斜探头:
试块类型评定线定量线判废线
CSK-ⅡAφ2×
40-18dBφ2×
40-12dBφ2×
40-4dB
CSK-ⅢAφ1×
6-12dBφ1×
6-6dBφ1×
6+2dB
直探头:
评定线定量线判废线
Φ2mm平底孔Φ3mm平底孔Φ4mm平底孔
3.9扫查方式
a)用斜探头从翼板的外侧进行一次波扫查,见图12位置1;
b)用斜探头从翼板一侧进行二次波扫查,见图12位置3;
c)用直探头或双晶直探头在翼板外侧沿焊接接头探测,见图12位置2;
d)用斜探头从腹板一侧进行二次波扫查,见图12位置4;
图12扫查方式
缺陷指示长度小于10mm时,按5mm计;
相邻两缺陷在一直线上,其间距小于其中较小的缺陷长度时,
应作为一条缺陷处理,以两缺陷长度之和。
3.10缺陷位置测定及缺陷最大反射波幅的测定
缺陷位置测定应以获得缺陷最大的反射波的位置为准;
将探头移至缺陷出现最大反射波信号的位置,测定波幅的大
小,并确定它在距离波幅-曲线中的区域。
3.11缺陷定量
根据缺陷最大反射波幅确定缺陷当量直径或缺陷指示长度△L.
(1)缺陷当量直径,用当量平底孔直径表示,主要用于直探头检测,可采用公式计算,距离-波幅曲线和试块对比来确定缺陷的当量尺寸。
(2)缺陷指示长度△L的检测采用以下方法:
a)当缺陷反射波只有一个高点,且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时,使
波幅降到荧光屏满刻度的80%后,用6dB法侧其指示长度。
b)当缺陷反射波波峰值起伏变化,有多个高点,且位于或Ⅱ区
以上时,应以端点6dB法侧其指示长度。
c)当缺陷反射波位于Ⅰ区,如有认为有必要记录时,将探头左
右移动,使波幅降到评定线,以此测定缺陷指示长度。
3.12缺陷评定
超过评定线的信号应注意其是否具有裂纹性缺陷,如有
怀疑时,应采取改变探头K值、增加检测面、观察动态波形并
结合构件工艺特征作判定;
相邻两缺陷在一直线上,其间距小于其中较小的缺陷长度时,应作为一条缺陷
处理,以两缺陷长度之和作为其指示长作为其指示长(间距不计入缺陷长度)。
质量分级(对缺陷进行等级评定时均以腹板厚度为准)mm
等级
反射波幅所在区域
单个缺陷的指示长度△L
多个缺陷累计长度△L`
Ⅰ
Ⅰ区
非裂纹类缺陷
Ⅱ区
△L≤T/3,最小为10,最大不超过30
在任意9T焊缝长度范围内△L`不超过T
Ⅱ
Ⅱ区
△L≤2T/3,最小为12最大不超过40
在任意4.5T焊缝长度范围内△L`不超过T
Ⅲ
超过Ⅱ者
Ⅲ区
所有缺陷
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区
裂纹等危害性缺陷
4实验过程、检测数据及分析
T翼=16,T腹=9mm,Hf=13mm(图11)
探头参数:
1.直探头2.5P14Z(图12中,位置3)
2.斜探头
a)在翼板侧扫查,2.5P13×
13K1--D,前沿9mm,实测K值0.97
b)在腹板侧一律使用二次波扫查,选K2.5,探头前沿允许最大值根据公式(4)
L≤2KT-Hf,求出前沿L≤12mm(其中T=9mm,Hf=13mm),所选探头为
2.5P9×
9K2.5--D,前沿12mm,实测K值2.56。
求出11≤L'
见图10.
3.仪器
选择仪器的要求如下:
(1)为了更好的定位,要求其水平线性误差较小。
(2)要求探伤仪要具有较高的灵敏度余量、信噪比高、功率大。
(3)为了有效的地发现高强螺栓近表面缺陷和区分相邻缺陷,要求仪器盲区小、分辨力好。
(4)要求探伤仪要体积小、重量轻、荧光屏亮度高、抗干扰能力强。
综上所述,本次实验选用检测仪器为PXUT—27数字型超声波探伤仪(如图下所示)。
本实验用到的仪器是PXUT-27型,如下图
图13PXUT-27仪器
1——增益/补偿;
2——声程/标度;
3——声速/抑制;
4——位移/始偏;
5——探头/通道;
6——K值/折射角;
7——波门;
8——回车键↙;
9——DAC记录键;
10——记录/查询;
11——“+”键;
12——“-”键
PXUT—27型全数字智能超声波探伤仪是一款紧密结合了无损检测实际应用的数字式超声波探伤仪。
其功能实用、性能稳定、可靠性好、操作简便,在数字化超声波探伤仪的技术和性能取得了突破性的进展。
基本的操作:
增益补偿,测前沿,测K值,定标,做DAC曲线等;
仪器的重复频率及参数测量数据由数码管显示,循环工作的通道数及屏幕显示的通道均由面板开关控制选择,并由数码管显示。
仪器的主要技术指标如下:
(1)重复频率:
1-10KHz;
(2)工作频率:
2.5MHz,5MHz;
(3)显示:
四个通道中任意通道;
(4)探测深度:
分三档10mm、50mm、250mm,最大为1000mm;
(5)水平线性误差:
≤1%;
(6)垂直线性误差:
≤51%;
(7)衰减器:
总衰减100dB,最小0.1dB;
(8)动态范围:
≥30dB;
(9)报警闸门:
闸门起位5μS~120μs,闸门宽度5μS~120μs,触发方式为同
步脉冲触发或跟踪界面触发;
(10)报警方式声:
声、光报警,灯光有总报警灯和通道报警灯
4.试块:
Φ2--25mm平底孔,CSK-ⅢA;
图14CSK-ⅢA试块
5.灵敏度:
按上文工艺中的灵敏度;
图15直探头在试块φ2--25mm上的反射波形,波高50%,显示22.8dB
4.1缺陷L1的检测步骤图及分析
直探头声程16.2mm波高50%,衰减器读数16.7dB,当量Φ2--25mm—6dB
图16直探头的检测位置和波形图
图16.1端角反射PY15.9
分析:
在图16.1中,移动探头,使左起的第一个波波高达到坐高时,检测时位置正好处于腹板焊接面处,左起第一个波形PY为15.9,接近T翼16,是端角反射。
在图16中,移动探头使左起第二个波达到最高,探头位置距离腹板焊接面2mm,该波是缺陷波,T翼≤直探头PY≤T翼+Hf,即16≤16.2≤16+13,缺陷在焊缝上,缺陷中心距翼板焊接面0.2mm,距离腹板焊接面2mm。
K1PS24.1mm,PX16.8mm,PY17.2mm,当量SL+12.8dB
图17翼板外侧一次波检测K1的位置和波形图
T翼≤K1的PY≤T翼+Hf,即16≤17.2≤16+13,且L+X-PX=x≤Hf,即9+12-16.8=4.2≤13,说明缺陷在焊缝上,缺陷中心距翼板焊接面y(1.2mm),距离腹板焊接面x(4.2mm)。
K2.5PS50.9mm,PX47.4mm,PY21.4mm,当量SL+9.6dB
图18腹板侧二次波检测K2.5的位置和波形图
探头到焊缝端部的距离24(X-Hf=24)≥11,排除了对立面焊缝的影响。
2T腹≤K2.5的PY≤2T腹+Hf,即18≤21.4≤18+13,且L+X-PX=x≤Hf,即12+37-47.4=1.6≤13,说明缺陷在焊缝上。
缺陷中心距翼板焊接面x(1.6mm),距离腹板焊接面y(y=PY-2T腹,即21.4-18=3.4mm)。
4.2缺陷L2的检测步骤及分析
直探头声程15.7mm,衰减器读数16.9dB,直探头当量Φ2--25mm—6dB
图19直探头的检测位置和波形图
直探头声程<
T翼,即15.7<
16,且与T翼(16)很接近,说明是翼板上的热影响区裂纹,缺陷中心距翼板焊接面-0.3mm,距离腹板焊接面4mm(热影响区裂纹)。
K1PS:
23.2mm,PX:
16.2mm,PY:
16.6mm,当量SL+12.2dB
图20翼板外侧一次波检测K1的位置和波形图
T翼≤K1的PY≤T翼+Hf,即16≤16.2≤16+13,且L+X-PX=x≤Hf,即9+10-16.2=2.8≤13,说明缺陷在焊缝上,缺陷中心距翼板焊接面y(0.6mm),距离腹板焊接面x(3mm)。
K2.5PS:
47.6mm,PX:
44.3mm,PY:
21.3mm,当量SL+2.9dB
图21腹板侧二次波检测K2.5的位置和波形图
探头到焊缝端部的距离21(X-Hf=24)≥11,排除了对立面焊缝的影响。
2T腹≤K2.5的PY≤2T腹+Hf,即18≤21.3≤18+13,且L+X-PX=x≤Hf,即12+34-44.3=1.7≤13,说明缺陷在焊缝上。
缺陷中心距翼板焊接面x(1.7mm),距离腹板焊接面y(3.3mm)。
4.3缺陷L3的检测波形图及分析
直探头声程:
27.2mm,衰减器读数25.3dB,当量Φ2--25mm+2.5dB
图22直探头的检测位置和波形图
T翼≤直探头PY≤T翼+Hf,即16≤27.2≤16+13,说明缺陷在焊
缝上,缺陷中心距翼板焊接面11.2mm,距离腹板焊接面4mm。
K1PS:
38.3mm,PX:
26.8mm,PY:
27mm,当量SL+136dB
图23翼板外侧一次波检测K1的位置和波形图
T翼≤K1的PY≤T翼+Hf,即16≤27≤16+13,且L+X-PX=x≤Hf,即
9+21-26.8=3.2≤13,说明缺陷在焊缝上;
K1探头的PY27.4mm和直探头的PY27.2mm很接近,检测时,用尺子量斜探头到直探头的水平距离加上探头前沿的值后和K1的PX相符,两个探头的位置基本在一个平面内,说明两个探头检测到的是同一个缺陷。
缺陷中心距翼板焊接面y(11mm),距离腹板焊接面x(3mm)。
61.0mm,PX:
56.8mm,PY:
22.1mm,当量SL+7.9dB
图24腹板侧二次波检测K2.5的位置和波形图
探头到焊缝端部的距离42(X-Hf=24)≥11,排除了对立面焊缝的影响。
2T腹≤K2.5的PY≤2T腹+Hf,即18≤22.1≤18+13,且L+X-PX=x≤Hf,即12+55-56.8=10.2≤13,说明缺陷在焊缝上。
缺陷中心距翼板焊接面x(10mm),距离腹板焊接面y(4.1mm)
4.4实验的缺陷数据
图24缺陷定位坐标系
mm
缺陷序号
(半波法)缺陷两端在x轴位置
S1S2
缺陷中心在x轴上的位置
S3
缺陷指长度S2-S1
缺陷中心坐标(x,y,z)
缺陷最大反射dB
距波线区域
L1
25
10
25
(10,-4.2,
1.2)
SL+12.8
L2
20
15
20
(15,
12,
1.7)
SL+12.2
L3
6
9
8
3
(8,-3,11)
SL+13.6
直探头当量Φ2--25mm-6dB
直探头当量Φ2--25mm+2.5dB
其中DAC曲线定量线SL为φ1×
6-6dB(+4dB)
L1、L2、L3均为Ⅲ级焊缝
5结论
在不同探测面对T型贴角焊缝进行探伤时探伤方法的探讨。
探头前沿允许最大值的计算是
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