斜角探伤法在焊接接头探伤中的应用

基础知识

焊接接头超声波探伤受焊缝余高的限制和缺陷方向性要求，主要采用斜角探伤法；在某些场合也辅以垂直入射法探伤（T型接头腹板和翼板间未焊透等）。

任务实施

一、平板对接接头的探伤

1.探伤面、探伤方法等的选择

按不同检验等级和板厚范围选择探伤面、探伤方法和斜探头折射角或K值见表5-8。

2.检验区宽度

检验区宽度是焊缝本身再加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区域（最小100 mm，最大20 mm），如图5-23所示。

图5-23  检验区域

3.探头移动区l的确定

为保证声束能扫查到整个焊缝截面，探头必须在探伤面上作前后、左右的移动扫查，移动区宽度l：

l＞l.25 P　一次反射法或串列式扫查探伤

l＞0.75 P　直射法探伤

P—跨距（mm）

4.单探头扫查方式（4种方法）

（1）锯齿形扫查 通常以锯齿形轨迹作往复移动扫查，同时探头还应在垂直于焊缝中心线位置上作±（10°～15°)的左右转动，如图5-24所示。

该扫查方法常用于焊缝粗探伤。

图5-24  锯齿形扫查法

（2）基本扫查（4种） 如图5-25所示。

①转角扫查：探头作定点转动，用于确定缺陷方向并可区分点、条状缺陷。同时，转角扫查的动态波形特征有助于对裂纹的判断。

②环绕扫查：以缺陷为中心，变换探头位置，主要估判缺陷的形状，尤其是对点状缺陷。

③左右扫查：平行于焊缝或缺陷方向作左右移动，估判缺陷形状，特别是可区分点、条状缺陷。在定量法中用来测定缺陷指示长度。

图5-25  斜探头基本扫查法

④前后扫查：探头垂直于焊缝前后移动，用于估判缺陷形状和缺陷。

（3）平行扫查 平行扫查的特点是在焊缝边缘或焊缝上作平行于焊缝的移动扫查 （c级检验，焊缝余高已磨平）可探测焊缝及热影响区的横向缺陷（如横向裂纹），如图5-26所示。

图5-26  平行扫查法

（4）斜平行扫查 斜平行扫查的特点是探头与焊缝方向成一定角度（α≈10°～45°）的平行扫查，如图5-27所示。斜平行扫查有助于发现焊缝及热影响区的横向裂纹和与焊缝方向成倾斜角度缺陷。为保证夹角α及与焊缝相对位置y稳定不变，需要使用扫查工具。

图5-27  斜平行扫查法

5.双探头扫查方式

（1）串列扫查 两个斜探头垂直于焊缝前后布置，进行横方形扫查或纵方形扫查，如图5-28所示。

图5-28  双探头扫查法

主要用于探测厚焊缝中垂直于表面的竖直面状缺陷，特别是反射面较光滑的缺陷（如窄间隙焊中的未熔合）。

（2）交叉扫查 两个探头在焊缝的同侧或两侧且成60°～90°布置，如图5-29所示，探测焊缝中的横向或纵向面状缺陷。

（3）V形扫查 两个探头置于焊缝的两侧且垂直于焊缝对向布置，如图5-30所示，可探测与探伤面平行的面状缺陷（如多层焊中的层间未熔合）。

图5-29  交叉扫查

图5-30  V型扫查

二、缺陷的测定

1.缺陷位置的确定

测定缺陷在工件或焊接接头中的位置称为定位。一般可根据示波屏上缺陷波的水平刻度值与扫描速度来对缺陷定位。

（l）垂直入射法的缺陷定位 显然，缺陷的x、y坐标由探头在探伤面上的X轴和Y轴的投影位置容易确定，如图5-31所示。现主要测定沿工件Z轴（深度方向）的坐标。

图5-31  缺陷的坐标位置

探伤仪按1∶n调节纵波扫描速度（具体做法：利用已知尺寸的试块或工件上的两次不同底面反射波的前沿，分别对准示波屏上相应的水平刻度值来实现），则有

提示

1∶n=示波屏缺陷波的水平刻度

τf：工件内超声波的扫描速度（缺陷深度Zf）

Zf=nτf

式中 Zf—缺陷深度（mm）；

n—调节比列系数；

τf—缺陷波前沿所对水平刻度值。

示例：仪器按1∶2调节纵波扫描速度，探伤中示波屏上水平刻度75处出现一缺陷波，求缺陷到探头的距离Zf。

解：Zf=nτf=2×75 mm=150 mm。

（2）斜角探伤的缺陷定位 探伤仪横波扫描速度可有声程S、水平、深度三种调节方法。

焊缝探伤：厚板（δ≥32 mm）焊缝探伤应采用深度调节法；中薄板（δ＜24 mm）焊缝探伤采用水平调节法。

2.缺陷大小的测定

测定焊接接头中缺陷的大小和数量称为缺陷定量。缺陷的大小包括缺陷的面积和长度。常用的定量方法有两种：当量法和探头移动法（测长法）。

但是，由于焊缝中自然缺陷的形态、位置、方向和性质等各不一样，要测定缺陷的实际尺寸，对超声波探伤来说是比较困难的，上述两种定量法均有一定的局限性，测得结果往往有较大出入，是需进一步加以解决的前沿课题。

（1）当量法 当缺陷尺寸小于声束截面时，采用当量法来确定缺陷的大小。将已知形状和尺寸的人工缺陷回波与探测到的缺陷回波相比较，如二者的声程、回波相等，则这个已知的人工缺陷尺寸就是探测到的缺陷的所谓缺陷当量。

“当量”概念仅表示缺陷与该尺寸人工反射体对声波的反射能量相等，不涉及缺陷尺寸与人工反射体尺寸相等的含义。当量法主要有当量曲线法、当量计算法等。

当量曲线法（DGS法）：是为现场探伤使用而预先制定的距离—波幅曲线。目前国内外焊缝探伤标准大都规定采用具有同一孔径、不同距离的横孔试块制作距离—波幅曲线（DAC曲线）。

（2）探头移动法 当缺陷尺寸或面积大于声束直径或断面时，用探头移动法来测定其指示长度或范围，这就是所谓“测长”问题。

3.缺陷性质的估判

焊缝中缺陷的性质与其产生的部位、大小和分布情况有关。因此，可根据缺陷波的大小、位置、探头运动时波幅的变化特点：结合焊接工艺情况进行综合判断。这要依靠检验人员的实际经验和操作技能，较难掌握。现介绍如下：

（1）气孔 单个点状气孔回波高度低，波形为单峰，较稳定。从各个方向探测，反射波的高大致相同，但稍一移动探头就消失；密集气孔会出现一簇反射波，波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落现象。

（2）夹渣 点状夹渣回波信号与点状气孔相似；条状夹渣回波信号多呈锯齿状，由于其反射率低，波幅不高且形状多呈树枝状，主峰边上有小峰。探头平移时，波幅有变动，从各个方向探测时，反射波幅不相同。

（3）未焊透 由于反射率高（厚板焊缝中该缺陷表面类似镜面反射），波幅均较高。探头平移时，波形较稳定。在焊缝两侧探伤时，均能得到大致相同的反射波幅。

（4）未熔合 当声波垂直入射该缺陷表面时，回波高度大。探头平移时，波形稳定。两侧探伤时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。

（5）裂纹 该缺陷回波高度较大，波幅宽，会出现多峰。探头平移时，反射波连续出现，波幅有变动；探头转动时，波峰有上、下错动现象。

4.焊缝质量评定

（1）缺陷评定 超过评定线的信号注意是否具有裂纹等危害性缺陷特征。如有怀疑，应采取改变探头角度、增加探伤面、结合结构工艺特征等作判定。

如对波形不能准确判断时，应用其他探伤方法（如射线照相法）作综合判定。

（2）检验结果的等级分类

①最大反射波幅位于距离—波幅曲线的Ⅱ区的缺陷，根据缺陷的指示长度按表5-9的规定来评级。

表5-9 检验等级分类

②当最大反射波幅不超过评定线的缺陷，均评为Ⅰ级。

③当最大反射波幅超过评定线的缺陷，检验者判定为裂纹等危害性缺陷时，无论其波幅和尺寸如何，均评为Ⅳ级。

④当反射波幅位于Ⅲ区的非裂纹性缺陷，均评为Ⅰ级。

⑤当反射波幅位于Ⅲ区的缺陷，无论其指示长度如何，均评定为Ⅳ级。

三、焊缝超声波探伤的一般程序（图5-32）

图5-32  超声波探伤一般程序

1.工件准备

此程序主要指探伤面的选择、表面准备和探头移动区的确定等，修磨好的焊缝应打上探伤部位编号作为缺陷定位和记录的参考依据。

2.委托检验

此程序委托单内容应有工件编号、材料、尺寸、规格、焊接种类、坡口形式等，同时也应注明探伤部位、探伤百分比、验收标准、级别或质量等级，并附有工件简图。

3.指定检验人员

焊缝超声探伤一般安排二人同时工作，并至少应有一名II级人员担任主探。

4.了解焊接情况

此程序是探伤前的一项重要准备工作。了解工件和焊接工艺情况，以便根据材质和工艺特征，预先清楚可能出现的缺陷及分布规律。同时向焊工了解一些详细情况，有助于对可疑信号的分析和判断。

5.调节仪器

调节仪器前首先应对选定的仪器和探头系统性能进行校验。在使用斜探头探伤之前还应先测定入射点，从而校验探头的前沿长度和K值。

仪器调节的主要内容：①探伤范围和扫描速度调节。探伤范围的选择应以尽量扩大示波屏的观察视野为原则。②灵敏度调整。

6.调整探伤灵敏度

为了扫查的需要，探伤灵敏度要高于起始灵敏度。一般应提高6～124 d B，即不低于评定线。

调整探伤灵敏度，指实施检验时要将仪器各主要旋钮置于探伤灵敏度位置。

7.修正操作

因校准试样与工件表面状态不一致或材质不同而造成耦合损耗差异或衰减损失。为了给予补偿，要找出差异而采取的一些实际测量程序，即称为修正操作。

8.粗探伤

此程序以发现缺陷为主要目的。包括内容：纵向缺陷的探测；横向缺陷的探测；其他取向缺陷的探测；鉴别结构的假信号等。

9.精探伤

以发现的缺陷为核心，进一步确切地测定缺陷的有关参数，并包含部分对可疑部位的更细致鉴别工作。

缺陷有关参数：缺陷的位置参数（纵向、横向、深度坐标）；缺陷的尺寸参数（最大回波幅度d B数及在距离—波幅曲线上分区的位置、缺陷当量或指示长度）；缺陷的形状、取向参数（形状参数是指缺陷的长度、体积、面状及密集性概念）。

10.评定缺陷

对缺陷反射波幅、指示长度、密集程度的评定及缺陷性质的估判。根据评定结果给出受检焊缝的质量等级。但是，焊缝超声探伤有其特殊性，有些评定项目并不规定等级概念，而往往与验收标准相联系，直接给出合格与否的结论。

11.记录与报告

验收合格的焊缝应将探伤数据、工件及工艺概况归纳在探伤的原始记录中，并签发检验报告。

拓展提高

数字化（计算机化）超声波探伤仪器设备

1.设备特点

该仪器设备分为：数字化自动超声波探伤设备和数字化携带式超声波探伤仪。

前者是以传统超声波探伤仪配置微机系统或外部计算机联机，直接对探伤条件进行数字控制，对探伤数据进行分析和处理，并打印探伤报告等。大大提高了判伤能力、探伤速度，简化操作。主要用于管材、棒材、坯料和板材的自动化探伤。

后者是以计算机为核心，具有数据处理器的一体化超声波探伤仪，又称智能化电脑超声波探伤仪，可广泛用于工作现场和室外探伤，是目前的发展主流。

目前，国内外着重发展全数字式携带式智能超声波探伤仪，其代表产品有：USD–10（德国公司）、EPOC H–2002（美国公司）、KS–1000系列中的KS–1010和KS–1020等，如图5-33所示

图5-33  全数字式超声波探伤仪