6焊缝检测答案.docx

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6焊缝检测答案

焊缝检测部分

一．NB/T47013-2015标准第122页图16规定的V型坡口热映区宽度是否符合焊接规范？

X形坡口的热映区宽度是多少？

答：

不符合，宽度应该是5mm。

答：

X形坡口热映区宽度是10mm。

二．NB/T47013-2015标准第123页图17规定的V型坡口探头移动区宽度1.25P是否满足检测要求？

为什么？

答：

不满足。

答：

探头移动区宽度的确定

参考图1，确定探头移动区域宽度的目地，是要清楚探头如何移动？

移动多远的距离？

探头前沿与探头K值分别是多少？

采用几次波扫查超声场才能将检测区域完全覆盖。

图1V型与X型坡口检测区示意图

参考图2，声场完全覆盖检测区是随着探头移动由一次波覆盖一部分，二次波覆盖两部分完成的，每个覆盖范围实现的参考点是以探头入射点水平移动位置为基准。

探头移动区域长度与选用探头的K值和母材厚度T有关，探头入射点由位置1移动到位置2一次波覆盖了图2涂黑部分，二次波覆盖了图3涂黑部分。

入射点由位置2移动到位置3，二次波又覆盖了图4涂黑部分。

三个涂黑部分交叉覆盖，实现了检测区的全覆盖。

图2一次波覆盖检测区示意图

图3二次波覆盖检测区示意图

图4二次波覆盖检测区示意图

参考图4，探头入射点由位置1移动到位置2，入射点移动距离为KT。

由位置2移动到位置3，入射点移动距离也为KT，实现检测区全覆盖入射点移动距离的理论值为2KT。

以使用2.5P13×13K2探头检测厚度20mm焊缝为例，P=2KT=2×2×20=80mm，

1.25P=1.25×80=100mm。

焊接时焊缝两侧会产生电焊飞溅，同时焊缝两侧一定距离内钢板表面有时也存在锈蚀、氧化皮以及油污等影响探头耦合的物体需要进行清理。

如果探头移动距离为1.25P，将会出现图5所示的漏检区域。

图5

因此图4位置1探头入射点到探头前端距离（探头前沿长度），位置3探头入射点到探头后端的距离也应计入探头移动区域内。

图62.5P13×13K2探头实际长度

参考图6，P+探头实际长度=80+37=117mm，不等于1.25P=100mm。

由上述分析可知，采用一次反射波检测，探头移动区应为2KT+探头实际长度。

采用一次波检测，探头移动区应为KT+探头实际长度。

三.参考下图，超声教材规定的斜探头K值选择公式，是否能够使声束扫查到检测区的全部（以上、下焊缝余高宽度相等为例）？

K≥（bc+cg+l0）/T

答：

不能，没有扫查到焊缝另一侧的热映区宽度ab，探头K值选择公式应该是

K≥（ab+bc+cg+l0）/T

四.NB/T47013-2015标准第126页6.3.10.1条规定，“检测曲面工件时，如检测面曲率半径R≤W2/4时（W为探头接触面宽度，环缝检测时为探头宽度，纵缝检测时为探头长度），应采用与检测面曲率相同对比试块，反射孔的位置可参照对比试块确定。

标准第127页，第6.3.10.3.2条款规定“曲面环向对接接头超声检测方法见附录K（170页）”

1.什么叫超声耦合？

满足耦合要求的最低条件是什么？

答：

探头表面与被检工件表面的接触状态称作超声耦合。

答：

参考下图，满足耦合要求的最低条件是探头表面与被检工件表面之间的缝隙小于耦合层波长的λ2/4。

耦合剂层厚度对回波高度的影响

2.以容器的环缝（或钢管对接焊缝）检测为例

试举例说明，检测什么规格的容器（或钢管对接焊缝）可以满足公式R≤W2/4

的计算条件？

可以使用到附录K所示RB-C型试块？

使用什么规格型号的探头？

探头宽度（W）是多少mm？

答：

到目前还没有发现哪一种曲面工件环缝检测可以满足上述计算公式。

3.以容器的纵缝检测为例

试举例说明，检测什么规格的容器可以满足公式R≤W2/4时的计算条件？

答：

到目前还没有发现哪一种曲面工件纵缝检测可以满足上述计算公式。

五.钢管环向对接焊缝超声检测问题（标准第129页表30）

不同标准的规定

SY/T4109标准规定，钢管直径≤600mm时，探头与试块都应具备与被检钢管相同或相近的轴向曲率半径。

ASME标准规定，钢管直径≤500mm时，探头与试块都应具备与被检钢管相同或相近的轴向曲率半径。

NB/T47013-2015标准规定，钢管直径≤159mm时，探头与试块都应具备与被检钢管相同或相近的轴向曲率半径（直径大于159mm需要满足公式R≤W2/4时的计算条件）。

问：

上述哪一个标准的规定更符合超声耦合的要求？

理论依据是什么？

答：

SY/T4109标准。

答：

斜探头外圆轴向曲率的要求

参考图1，平面斜探头外圆轴向检测时探头中心沿轴向方向呈线接触，由C点至DA耦合剂层厚度按一定规律逐渐增厚。

超声波在不同厚度耦合剂层两侧界面引起多次反射和透射，形成的一系列反射波和透射波，不但降低了检测灵敏度，同时产生大量噪声信号。

图1平面探头曲面工件耦合状态示意图

斜探头外圆轴向检测环向对接接头，超声纵波是以一定的倾斜角度通过耦合剂层进入被检工件，此时声强透射率的分析相对复杂。

因此以0°纵波垂直通过不同厚度耦合剂层时的状态，分析声强透射率的变化规律。

由薄层界面声强透射率的特性可知，声强透射率T主要与耦合剂层厚度d2和耦合剂中超声波的波长λ2这两个因素有关。

1）当耦合剂层厚度d2=nλ2/2（n为整数）时，即λ2/2的整数倍，声强透射率T=4Z1Z3/（Z1+Z3）2，即透射声强与耦合剂的性质无关，而仅与耦合剂层两侧介质的声阻抗有关。

2）当耦合剂层厚度d2=（2n+1）λ2/4（n为整数）时，即λ2/4的奇数倍，且Z2=

时，声强透射率T=

=1，即超声波完全透射，透射声强与介质的声阻抗Z1、Z2、Z3有关。

参考图2，耦合剂层厚度d2无论是控制在λ2/4的奇数倍或是λ2/2的整数倍，反射回波幅度都随着耦合剂层厚度的增加而逐渐降低。

当耦合剂层厚度d2不断小于λ2/4时，反射回波幅度将逐渐增加。

检测时将耦合剂层厚度d2控制在λ2/2的整数倍或λ2/4的奇数倍，且Z2=

是很难实现的。

通过探头曲率与工件曲率的配合，将耦合剂层厚度控制在d2＜λ2/4的状态是可以实现的。

图2耦合剂层厚度对回波高度的影响图39mm×9mm以下晶片斜探头宽度示意图

直径≤600mm钢管对接环焊缝外圆横波轴向检测，常用频率5MHz晶片尺寸小于等于9mm×9mm横波斜探头，其探头宽度如图3所示为13mm。

参考图1，DC=AB=13/2=6.5mm，DA=CB=R[1-cos（sin-1AB/R）]。

如果使用机油作为耦合剂，其纵波声速cL为1434m/s。

以检测频率5MHz为例，机油耦合剂层波长λ2=cL/f=0.287mm，其λ2/4为0.072mm。

按照上述DA的计算公式，不同直径钢管对应的DA与λ2/4的比较结果如下表所示。

外圆轴向检测不同直径钢管对应DA与λ2/4的比较单位:

mm

钢管直径

AB

DA

5M时λ2/4

168

6.5

0.2519

0.072

219

6.5

0.1931

0.072

273

6.5

0.1549

0.072

325

6.5

0.1301

0.072

426

6.5

0.0992

0.072

508

6.5

0.0832

0.072

600

6.5

0.0704

0.072

610

6.5

0.0693

0.072

通过上表的比较结果可知，直径600mm钢管对应DA位置耦合剂层厚度d2=0.0704mm，与频率5MHz时对应的λ2/4=0.072mm基本相等，这说明DA位置耦合剂层厚度的声强透射率T已经达到最小。

直径小于600mm钢管对应DA位置的耦合剂层厚度d2，随着钢管直径的减小逐渐增加，d2/λ2的值越来越大,声强透射率T逐渐减小。

因此斜探头外圆轴向检测直径≤600mm环向对接接头时，考虑耦合因素所用斜探头的底面应具备与被检工件相同的外圆轴向曲率。

为最大限度减少探头与标准试块或对比试块的数量，外圆轴向曲率斜探头的曲率半径可以是被检工件的0.9~1.1倍。

六．奥氏体焊缝检测

1.奥氏体焊缝的晶粒组织见下图

2.NB/T47013-2015标准第162页I.3.1.1条规定，“纵波斜探头标称频率应在1MHz～5MHz范围内。

”

举例说明，检测哪一种材料牌号的奥氏体焊缝可以采用5MHz频率？

采用5MHZ检测频率依据的哪一项基础理论？

这种材料牌号的奥氏体焊缝是否属于粗晶？

1答：

略

2答：

略

3答：

略

对奥氏体焊缝检测频率的分析

图1奥氏体焊缝区与母材晶粒大小的比较图2材质晶粒粗大引起的草状回波示意图

参考图1，奥氏体焊缝区域一定是晶粒粗大的状态！

参考图2，材质晶粒粗大引起的噪声信号，严重影响了信噪比！

超声基础理论对散射衰减系数的叙述如下：

散射衰减系数αs=

式中f—声波频率；

d—介质的晶粒直径；

λ—波长；

F—各向异性系数；

c1、c2、c3、c4—常数。

由上述公式可知：

散射衰减系数与f、d、F有关，当d＜λ时，散射衰减系数与f4、d3成正比。

频率5MHz，f4=625。

频率2MHz，f4=16。

在实际检测中，当介质晶粒较粗大时若采用较高的频率，将会引起严重衰减，检测仪显示器上出现大量草状波，使信噪比明显下降，超声波穿透能力显著降低，若采用低频，则灵敏度与信噪比显著提高。

下图是使用前沿长度11mm的2P13×13K2低频纵波单晶窄脉冲斜探头，一次波检测厚度16mmV形焊口模拟试块，深度11mm，Φ2mm横通孔反射回波示意图。

由图示可知，灵敏度余量与信噪比均可满足对奥氏体不锈钢焊缝的检测要求。

3.NB/T47013-2015标准第162页I.3.1.3条规定，“使用双晶纵波斜探头或聚焦纵波斜探头检测时，应根据声束会聚范围和检测深度选择探头。

当壁厚较厚时，可选用多探头厚度分区扫查，…………”

表I.1规定，检测厚度50mm～80mm，双晶纵波斜探头或聚焦纵波斜探头会聚深度60mm～80mm。

问：

依据上述检测厚度，会聚深度设置在60mm～80mm的理论依据是什么？

在保证检测灵敏度与信噪比的前提下，双晶纵波斜探头或聚焦纵波斜探头的最大聚焦半径是多少mm？

答：

会聚深度设置在60mm～80mm，已经超出双晶纵波斜探头或聚焦纵波斜探头形成的有效聚焦声场范围。

答：

双晶纵波斜探头理论聚焦深度为45mm。

以频率2MHz检测粗晶材料为例，单晶聚焦纵波斜探头理论聚焦半径为25mm左右。

※聚焦声场的特点已在基础部分讲过。

4.NB/T47013-2015标准第162页I.3.1条规定，“本附录推荐采用双晶纵波斜探

头、聚焦纵波斜探头、窄脉冲纵波单斜探头。

问：

针对奥氏体焊缝检测，上述三种探头各有什么优缺点？

分别适合检测的厚度是多少mm?

答：

（1）双晶纵波斜探头聚焦声场相对较大，菱形声场内声的能量变化大，缺陷定量比较困难。

探头内两个晶片接近并排放置（探头较宽），检测曲面工件耦合困难。

（2）低频条件下单晶聚焦纵波斜探头聚焦声场相对较小，聚焦声场内声的能量变化比较均匀，检测厚度相对较小。

（3）参考下两图（注意反射回波宽度与组合始波宽度），窄脉冲纵波单斜探头，虽然能够起到聚焦作用，但在一定频率的条件下，压电晶片尺寸不能随着检测厚度的减小而减小（组合始波迅速变宽），可以随着检测厚度的增加而增大，适合检测较厚的工件。

低频纵波单晶斜探头组合始波低频纵波单晶窄脉冲斜探头

宽度示意图组合始波宽度示意图

答：

双晶纵波斜探头、聚焦纵波斜探头适合检测厚度小于20mm的焊缝，窄脉冲纵波单斜探头适合检测厚度大于20mm的焊缝。

5.NB/T47013-2015标准第163页给出了奥氏体焊缝检测使用的对比试块；

问：

奥氏体焊缝检测需不需要校准扫描基线？

所用探头的K值与前沿需不需要测试？

使用什么型号校准试块校准扫描基线？

如何测试探头的K值与前沿？

答：

需要校准扫描基线。

答：

需要测试探头的K值与前沿。

答：

标准对扫描基线校准，没有明确给出标准校准试块（为什么不能用CSK-ⅠA试块校准扫描基线？

）。

检测仪器具备纵波双孔法扫描基线校准功能，依据等效试块的原理，可以利用被检材料制作纵波双孔法校准试块（为什么不能直接用标准给出的对比试块？

）。

答：

采用纵波双孔法测试探头K值与前沿。

6.奥氏体焊缝检测深度的问题

采用奥氏体材料（纵波声速5830m/s），埋弧自动焊接方法焊接左图所示X形焊缝。

焊缝厚度18mm，上、下表面焊缝余高宽度分别为18mm与10mm。

使用前沿长度11mm的2P13×13K2低频纵波单晶窄脉冲斜探头检测，一次波在焊缝两侧都可以检测到埋藏深度10.4mm的未焊透缺陷，缺陷情况如右图所示（图示L不带前沿）。

利用二次波在焊缝两侧分别扫查同一个未焊透缺陷，则无缺陷反射回波出现。

问：

二次波检测不到缺陷的原因是什么？

如何解决？

答：

参考图1，采用奥氏体材料（纵波声速5830m/s），埋弧自动焊接方法焊接图示X形焊缝。

焊缝厚度18mm，上、下表面焊缝余高宽度分别为18mm与10mm。

使用前沿长度11mm的2P13×13K2低频纵波单晶窄脉冲斜探头检测，一次波在焊缝两侧都可以检测到埋藏深度10.4mm的未焊透缺陷，缺陷情况如图2所示。

图1一次波检测示意图图2一次波检测结果示意图

参考图3，利用二次波在焊缝两侧分别扫查同一个未焊透缺陷，则无缺陷反射回波出现。

二次波检测不到缺陷的原因分析

奥氏体焊缝检测，使用的是低频纵波斜探头，为了使声束能够尽量多的覆盖到检测区的有效部位，同时具有足够的检测灵敏度，纵波折射角度βL=63.44°基本达到了极限。

参考图4，纵波倾斜入射到钢/空气界面时（即工件下表面），纵波声压反射率rLL与横波声压反射率rLS随纵波入射角αL而变化。

当αL（即βL）在60°左、右时，纵波声压反射率rLL很低，横波声压反射率rLS很高。

原因是纵波倾斜入射，当纵波入射角αL（即βL）在60°左、右时产生一个较强的变型反射横波。

图3二次波检测示意图图4纵波L斜入射到钢/空气界面

答：

解决方法

以2P13×13K0.75（βL=37°）低频纵波单晶窄脉冲斜探头为例，斜楔材质为有机玻璃，其纵波声速cL1=2730m/s，上述检测的奥氏体钢纵波声cL2=5830m/s，计

算纵波斜探头前沿长度。

K0.75探头对应纵波折射角度βL=37°，依据折射定律sinaL/cL1=sinβL/cL2。

sinαL=sinβLcL1/cL2=sin37°×2730/5830=0.282，aL=sin-10.282=16.37°（此aL代表压电晶片倾斜角度）。

参考图5，探头纵波入射角αL=16.37°，晶片边长尺寸13mm的一半为6.5mm。

前沿长度=6.5/cos16.37°=6.5/0.96=6.8mm，加上探头外壳厚度1mm，2P13×13K0.75低频纵波单晶窄脉冲斜探头理论前沿长度≈8mm。

图5斜探头前沿长度示意图图6二次波检测未焊透示意图

参考图6，使用2P13×13K0.75（βL=37°）低频纵波单晶窄脉冲斜探头，二次波检测埋藏深度10.4mm未焊透缺陷。

一次波对应水平距离为13.6mm，二次波对应水平距离为5.7mm，入射点到反射点水平距离为13.6+5.7=19.3mm，探头前沿+焊缝余高半宽=8+9=17mm，入射点到反射点水平距离大于探头前沿+焊缝余高半宽，这说明二次声程可以覆盖到深度10.4mm至检测表面检测区的有效范围。

参考图4，纵波入射角αL（即βL）在40°左、右时具有较高的纵波声压反射率rLL。

这说明奥氏体不锈钢焊缝检测，如果需要检测到全部检测区，应该使用两种不同纵波折射角度的低频纵波斜探头。

七.关于插入式与安放式管座角焊缝问题

NB/T47013-2015标准第172页L4.1条规定，“斜探头入射点、折射角（K值）的测量应选择在CSK-ⅠA、CSK-ⅡA试块上进行，也可在RB-L（标准168页）或RB-C（标准170页）试块上进行。

”

NB/T47013-2015标准第173页L4.2条规定，“仪器时基线的调整应选择在CSK-ⅠA、CSK-ⅡA试块上进行，也可在RB-L（标准168页）或RB-C（标准170页）试块上进行。

”

1.参考上图，接管在筒体上形成上图所示环形焊缝。

选择CSK-ⅠA、CSK-ⅡA试块校准时基线（扫描基线）、测试探头入射点与折射角度，图示涂黑部分与探头表面接触是否满足耦合条件？

答：

不满足（利用RB-L试块采用外圆周向双孔法校准扫描基线，仅能满足12点与6点位置的耦合，其他位置不满足。

利用RB-C试块采用外圆轴向双孔法校准扫描基线，仅能满足3点与9点位置的耦合，其他位置不满足）；

2.参考下图检测管壁外侧未熔合缺陷

1.使用纵波直探头（图示位置1）在管壁内侧检测外壁未熔合缺陷，使用什么型号试块校准扫描基线与确定检测灵明度？

答：

考虑耦合因素，依据等效试块原理，采用被检材料制作下图所示对比试块。

钢管内壁平底孔对比试块

2.如果管壁内侧具有足够的探头移动区域，用斜探头（图示位置1）检测容器侧的坡口未熔合，使用什么型号试块校准扫描基线与确定检测灵敏度？

扫描基线校准的方法是哪一种方法？

答：

考虑耦合因素，依据等效试块原理，采用被检材料制作下图所示对比试块。

凹曲率双孔法等效校准试块示意图

答：

横波内圆轴向双孔扫描基线校准方法。