超声检测理论基础Word格式.docx

1、应力集中与缺口大小有关，越尖锐曲率半径越小系数越大；承压设备受内压产生拉应力，与压力直径成正比，壁厚成反比，环缝受力为纵缝一半；屈强比越小塑性越好安全裕度越大，屈强比越高应力集中越敏感，钢的强度越高屈强比越高；断裂韧度是抵抗裂纹扩展的指标，是强度与韧性的体现，与裂纹大小形状应力无关；冷热脆性采用冲击试验，热脆性（400-500,金相组织无变化，无损检测不能判定，低合金钢比碳钢热脆性小；氢脆主要发生在碳钢和低合金钢，强度越高氢脆越敏感，-100-150范围，无损检测不能检测氢脆，白点可用超声波检测；苛性脆化发生在铆接胀接处；应力腐蚀产生必要条件： 元件承受拉应力，有与材料匹配的腐蚀介质环境，材料

2、对应力腐蚀的敏感程度。 低合金钢应力腐蚀环境（湿硫化氢液氨氢氧化钠溶液）奥氏体不锈钢常见由氯离子引起，低合金钢应力腐蚀倾向大于碳钢，高强低合金钢大于低强，焊后整体消应力热处理大大降低应力腐蚀敏感性。 8.体心立方（铁铁）面心立方（铁），晶格缺陷中空位间隙原子使金属强度增高，位错则降低。 实际结晶温度总是低于理论结晶温度，两者之差为过冷度。 9.钢含碳 0.02%-2%，铸铁大于 2%，承压设备低碳钢一般低于 0.25%，；铁碳合金相结构分铁素体（铁，强度硬度低塑性韧性好）奥氏体（铁，硬度低塑性高，溶碳能力较高）渗碳体（硬度很高，塑性韧性极低）；含碳量 0.77 为共析钢组织珠光体，低碳钢为亚共

3、析钢小于0.77%，组织为铁素体+珠光体。 通常的淬硬组织指的马氏体。 过热的亚共析钢较快冷却速度下易产生魏氏体，可完全退火消除。 10.热处理是将固态金属及合金按预定要求进行加热,保温和冷却,以改变其内部组织,从而获得所要求性能的一种工艺过程。 温度和时间是响热处理的主要因素，加热温度超过 Ac1 发生珠光体向奥氏体转变，超 Ac3 时为单一奥氏体。 亚共析钢 C 曲线相对共析钢左移，意味着在连续冷却条件下，若冷却速度相同，亚共析钢塑性韧性较好，硬度较低，C 曲线右移，发生淬硬现象。 11.完全退火： Ac3 以上 30-50，炉冷，来均匀组织、降低硬度、消除内应力、改善切削加工性能；不完全

4、退火： Ac1 以上 30-50，以降低硬度，改善切削加工性能，消除应力。 消除应力退火： Ac1 以下 100-200，对碳钢低合金钢大致 500-650来消除焊接过程中产生的内应力、扩散焊缝的氢,提高焊缝抗裂性和韧性,也能改善焊缝和热影响区的组织,稳定结构；炉内整体热处理消应力较理想。 12.正火 Ac3 或 Acm 以上 30-50，空冷，目的是细化晶粒,均匀组织,降低应力；正火后强度硬度韧性都比退火高，钢板大都以正火状态供货，超声波检测晶粒粗大锻件出现草状回波可正火改善。 13.淬火（亚共析钢 Ac3 以上 30-50，过共析钢 Ac1 以上 30-50），快冷得到马氏体；回火 Ac1

5、 以下适当温度空冷，降低材料应力，提高韧性；淬火+高温回火为调质，具有一定强度和较高塑性冲击韧性，低合金高强度钢板一般采用调质。 14.低合金钢合金总量不超 5%，0Cr18Ni9Ti,高合金钢含碳量小于 0.1%，含铬为 17.5%-18.5%，含镍量 8.5%-9.5%，含钛量小于1.5%。 含碳量增加，钢的强度增大，但塑性韧性降低，焊接性变差，淬硬倾向增大。 Mn 脱氧去硫剂，增加强度细化组织提高韧性；Si 脱氧剂提高强度硬度，塑性韧性降低；S 热脆，形成低熔点共晶体，压力容器用钢材含硫量不大于 0.02%；P 冷脆，含量不大于 0.03%；N 低碳钢时效现象（热时效和应变时效（经冷变形

6、再加热后韧性降低），但在低合金钢起提高强度细化晶粒作用。 16MnR900-920正火处理，强度略下降但塑性韧性低温冲击值显著提高，34 可不预热，34 焊后消应力热处理；低温用钢长加入 Mn 和 Ni，为镇静钢，低温非低温压力容器界限-20.奥氏体不锈钢可作为低温用钢和耐热钢，常出现热裂纹；晶间腐蚀 450-850由于晶间贫铬，可采用稳定化处理 850-900；固溶处理 1050-1100强度硬度较低韧性好。 1.直流焊机电源分正接反接，正接是工件正极焊条负极，承压设备要求反接。 2.药皮： 稳弧、保护、冶金、掺合金、改善焊接工艺性能。 酸性焊条抗裂性差，成形美观工艺性好，对水锈油不敏感，抗

7、气孔能力强；碱性焊条即低氢焊条，抗裂性好，冲击韧性高，对水锈油敏感，易产生气孔，一般用于直流电源施焊。 3.埋弧自动焊节省金属材料和电能，但设备较复杂昂贵，一般平焊位置焊接。 焊接电流（熔深）、电弧电压（熔宽）焊缝成形系数是熔宽与熔深之比，电流增加系数小熔合比增大焊缝深而窄，易产生裂纹气孔夹渣，；焊丝深处长度增加使得熔深变小焊缝余高增大。 氩弧焊分为熔化极氩弧焊和不熔化极氩弧焊（钨极氩弧焊），成形美观成本高，钨极氩弧焊生产效率低，只能焊薄壁件。 二氧化碳气体保护焊成本低质量好生产率高操作性好，不需清理焊渣，但成形不美观，易产生气孔。 等离子弧焊可手工可自动焊可填充金属也可不填，电渣焊会出现热裂

8、纹，适于大厚度件垂直位置焊接，不易出现淬硬组织，焊后必须正火和回火处理。 4.尽量采用对接接头，余高小于 3mm，手工焊 3mm 以下，自动焊14mm 以下可不开坡口；焊接接头包括焊缝熔合区热影响区，埋弧自动焊热影响区最窄。 5.焊缝一次结晶若出现偏析会产生热裂纹，熔合区最先结晶；二次结晶随着冷却速度加快，焊缝强度硬度提高塑性韧性下降，焊接接头薄弱部位是熔合区和热影响区，余高造成熔合区热影响区粗晶区结构的不连续，导致应力集中。 不易淬火钢如低碳钢和低合金钢过热区会出现魏氏体组织，易淬火钢如高强钢耐热钢的淬火区相当于不易淬火钢的过热区加正火区。 消除焊接应力的方法： 热处理法机械法振动法，焊前预

9、热焊后热处理有效降低焊接残余应力。 6.焊接性包括工艺焊接性（抗裂性）、使用焊接性，钢材焊接性主要取决于化学成分、碳和合金元素含量；碳当量（针对冷裂纹，越高可焊性越差）Ceqlt;0.4%淬硬倾向不明显可不必预热焊件直接施焊。 7.控制焊接质量的工艺措施： 低合金高强钢焊接避免淬硬组织和冷裂纹 1 预热（减少淬硬倾向，防止产生裂纹）2 焊接能量参数（低合金钢适当增加，低温钢则适当减小）3 多层焊多道焊（奥氏体不锈钢和低温钢不希望层间温度高）4 紧急后热（300-600）5 焊条烘烤和坡口清洁（酸性焊条 200碱性 350-450，水油锈易气孔，坡口加热不足氧化皮则是未熔合）。 8.低碳钢一般无

10、淬硬倾向，焊前不需要预热，焊后也不需要热处理，一般用酸性焊条，重要或裂纹敏感结构用低氢型碱性焊条；低合金钢淬硬倾向比较大，冷至 300到室温易出现冷裂纹（含氢量残余应力淬硬组织）。 1.锅炉的主要参数: 容量、 压力、 温度；三大附件: 安全阀、压力表、水位计；压力容器设计的主要工艺参数: 压力、温度、直径，延迟裂纹倾向焊后 24h 进行无损检测，再热裂纹倾向的热处理后再增加一次无损检测；压力管道分长输管道 GA 公用管道 GB 工业管道 GC。 2.无损检测目的： 保证产品质量、保障使用安全、改进制造工艺、降低生产成本。 超声检测对锻件一般在锻造和粗加工后，电渣焊应在正火后。 3.咬边电流太

11、大运条速度太小，造成应力集中发展成裂纹源，角焊中用交流焊代替直流焊防止。 焊瘤在横立仰位置更易形成；气孔当坡口附近有水锈油时易产生，采用直流反接，焊前预热来防止；热裂纹（结晶裂纹），弧坑裂纹，熔合区，Ac3 线附近一次结晶产生，晶界开裂，措施： 降低含碳量、加入一定合金元素、熔深较浅焊缝、合理焊接规范和装配次序；冷裂纹（延迟裂纹）200-300下，危害最大，层状撕裂属于冷裂纹，沿晶开裂穿晶开裂，引起构件破坏是脆断，措施： 采用低氢型焊条、提高预热采用后热、焊后消氢热处理；再热裂纹接头冷却后再加热至 550-650，热影响区产生，晶间开裂。 未熔合，坡口加热不足有氧化皮。 4.使用中常见缺陷：

12、疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹、氢损伤、晶间腐蚀、局部腐蚀。 第一章 绪论 1. 超声探伤所用的频率一般在 0.525MHz 之间,对钢常用频率为0.510MHz 特性方向性好，能量高，能在界面产生反射、折射、衍射和波形转换，穿透能力强。 2.超声波检测方法分类： 按原理分类脉冲反射法，衍射时差法，穿透法，共振法；按波形分类： 纵波、横波、表面波、板波、爬波等。 3.超声波检测定位较准确，对面积型缺陷的检出率较高；对缺陷的定性定量存在困难 A 型脉冲反射法无直接见证记录。 可检测表面（表面波 2）内部缺陷。 第二章 超声波探伤的物理基础 1.机械波（波源弹性介质）如水波声波超声波电磁波无线电波红外线可

13、见光紫外线 X、射线，周期频率只与振源有关与介质无关。 谐振动振幅周期频率不变。 2.平面波振幅不随距离变化，柱面波与距离平方根成反比，球面波与距离成反比。 3.振动与波动是互相关联的,振动是产生波动的根源,波动是振动状态的传播。 波动中介质各质点并不随波前进,波动是振动状态和振动能量的传播过程。 4.波的干涉波程差为波长整数倍合振幅最大半波长奇数倍最小。 超声波灵敏度/2，传播速度与介质的弹性模量正比和密度反比，CL:CS:CR=1.8 : 1 : 0.9。 压应力、晶粒细声速大；除水（74最大）外液体，温度升高弹性模量减小声速降低 5. 超声场的特征值有声压、声强和声阻抗声压值反映缺陷大小

14、，超声波在两种介质组成的界面上的反射和透射情况与两种介质的声阻抗密切相关。 一般材料的声阻抗随温度升高而降低。 声强与频率的平方、声压的平方成正比。 6.界面两侧的总声压相等界面两侧质点振动速度幅值相等。 垂直入射声压声强仅与声阻抗有关，声强反射率与透射率与从何种介质入射无关；横波入射到固体/液体或固体/气体界面上,横波全反射。 7.薄层厚度为半波长的整数倍时,超声波全透射,几乎无反射，称为半波透声层等于 1/4 波长的奇数倍时声压透射率最低,声压反射率最高。 8.薄层两侧介质不同的双界面薄层厚度为其半波长的整数倍时,超声波全透射,几乎无反射，等于 1/4 波长的奇数倍且薄层声阻抗为其两侧介质

15、声阻抗几何平均值（Z2 = （Z1 Z3）1/2 ）时,超声波全透射。 9.声压往复透射率高探伤灵敏度高,反之,探伤灵敏度低。 声压往复透射率与界面两侧介质的声阻抗有关,与从何种介质入射到界面无关。 界面两侧的介质声阻抗相差愈小,声压往复透射率就愈高,反之就愈低。 10.第一临界角： 纵波折射角L=90时的纵波入射角,=arcsin cL1/cL2 第二临界角： 横波入射角S=90时的纵波入射角,= arcsin cL1/cs2 纵波入射角介于第一临界角和第二临界角时,第二介质中只有横波,没有纵波,这就是常用横波斜探头的制作原理。 当纵波入射角大于等于第二临界角时存在表面波，有机玻璃横波探头L

16、=27.657.7,有机玻璃表面波探头L57.7 第三临界角： 纵波反射角L=90时的横波入射角= arcsin cs1/cL1 横波入射角大于等于第三临界角时第一介质中只有反射横波,横波全反射。 当S33.2时,钢中横波全反射。 11.倾斜入射时,声压反射率、透射率不仅与介质的声阻抗有关,还与入射角有关。 纵波倾斜入射到钢/空气界面时L=60,rLL 很低,rLS 很高产生较强变型反射横波。 横波斜入射到钢/空气界面的反射S=30rSS 很低,rSL较高。 12.横波检测焊缝单面焊根部未焊透当横波入射角S（等于横波探头的折射角S）=3555,即 K=tanS=0.71.43 时,检测灵敏度最

17、高 13. d 较大时球面波示波屏底面反射波高度比接近 1:1/2:1/3 规律，w反射一前一后一低一高前者位于低波之前高度较低，根据前者对缺陷定位定量。 1 14.扩散衰减仅取决与波振面的形状,与介质的性质无关，平面波无扩散衰减散射衰减（固体）当材质晶粒度大时,散射衰减严重.吸收衰减（液体）介质衰减通常是指吸收衰减和散射衰减,而不包括扩散衰减。 同频率横波衰减大于纵波，探头直径小的衰减大,频率越高温度越高衰减越大,声阻抗越大,衰减系数越小。 第三章 超声波发射声场与规则反射体分回波声压 1. x3N 轴线上的声压与距离成反比,与波源面积成正比。 PP0Fs/x 2.近场区 NDs2/4=Fs

18、/长度与波源面积成正比,与波长成反比，远场区（xgt;N） 当 x 3N 时,声压与距离成反比,近似球面波的规律。 在xlt;N 的近场区,中心轴线上的声压不一定最大；在 xgt;N 的远场区,轴线上的声压最高,偏离中心声压逐渐降低,而且,分布完全对称。 3.半扩散角070/DS,理论声束边缘声压与中心声压之比=0，指向角=20 4.未扩散区: b=1.64N,在未扩散区内不存在扩散衰减,各截面声压基本相同。 5.当横波探头晶片尺寸一定时,K 值增大,近场区长度将减小。 6.横波声场声束上半扩散角大于声束下半扩散角，横波声束的指向性比纵波好。 7.空心圆柱体外圆检测空心圆柱体,其回波声压低于同

19、距离大平底面回波声压。 内孔检测圆柱体,其回波声压大于同距离大平底回波声压。 1.扫描电路产生锯齿形电压提供时基线调节，扫描延迟用于水浸法检测，电压越高脉冲越宽盲区越大深度分辨力变差；接收电路直接影响垂直线性灵敏度分辨力指标；发射强度旋钮改变林敏度和分辨力，尽量较低位置，抑制旋钮垂直线性和动态范围改变；测厚仪使用前要校准仪器下限和线性。 2.产生交变电场的效应为正压电效应，伸缩变形的为逆压电效应。 机电耦合系数 K 较大，品质因子m 较小，压电应变常数 d33 和压电电压常数 g33 较大，频率常数（压电晶片厚度与固有频率乘积，为常数，高频探头厚度小）Nt 较大,介电常数较小,，居里温度 Tc

20、 较高,声阻抗 Z 适当。 超声波频率取决于晶片厚度和晶片声速 3. 阻尼块使脉冲宽度减小分辨力提高，吸收背面超声波，支承作用。 硬保护膜用于表面光洁，软保护膜表面粗糙，斜楔中纵波声速需小于工件纵波声速。 温度升高后端磨损 K 增大，双晶探头灵敏度高盲区小近场区小，入射角增大向表面移。 4.耦合剂:排除探头与工件表面之间的空气；试块作用:确定探伤灵敏度，测试探头的性能，调整扫描速度，评判缺陷的大小。 试块分： 标准、对比、模拟试块 5. 钢板用标准试块： CB、CB;锻件用标准试块： CS、CS、CS;焊接接头用标准试块： CSKA、CSKA、CSK-A、CSKA。 低合金钢碳钢以一种材料制作

21、对比试块可以代用，不锈钢应用工件本身材质制作。 6. 仪器与探头的组合性能有灵敏度（余量大灵敏）、分辨力、信噪比、频率。 仪器的性能有:仪器的垂直线性、水平线性、动态范围和衰减器精度。 高频率高分辨力高灵敏度差穿透长近场短盲区指向性好，大直径高穿透长近场指向性好 1.定位-水平线性，定量-垂直线性，件厚度较小时选用较大的 K 值。 对于单面未焊透应使 K=0.71.5,。 同一探测面,耦合剂声阻抗大,耦合效果好,反射回波高。 2. 试块调整法xlt;3N 工件底波调整法适用于工件厚度x3N的情况。 缺陷尺寸小于声束截面用回波高度法当量评定法，大于声束截面用长度测量法。 3.纵之探头非缺陷回波的

22、判别： 迟到波（细长工件或试块上，总位于 B1后）； 61o 反射（直角三角形试件上）；.三角反射（纵波探头径向探测实心圆柱体,如不出现三角反射就可认定为有缺陷，无波形转换等边三角有则是等腰三角侧壁干涉波： 侧壁反射波束与直接传播的波束声程差大于 4就可以避免侧壁干涉。 3.外圆周向检测弧长大于水平距离深度小，探头 K 值小可检测壁厚越大 4 横斜探头非缺陷回波的判别： 1.工件轮廓回波；2.端角反射波；3.探头杂波；4.表面波；5.幻想波；6.草状回波；7.焊缝中变型波；8.山形波；为减少侧壁的影响,宜选用频率高、晶片尺寸大且指向性好的探头探测。 1钢板一般采用多次底波反射法,只有当板厚很大

23、时才采用一次底波或二次底波法。 出现叠加效应以 F1 评价缺陷，板厚小于 20mm 以 F2 评价，减小近场区影响。 2.分层： 缺陷波形陡直,底波明显下降或完全消失;2.折叠： 不一定有缺陷波,但始脉冲加宽,底波明显下降或消失;3.白点： 波形密集尖锐活跃底波明显降低,次数减少,重复性差,移动探头,回波此起彼伏。 3.钢板探伤底波消失几种情况:1.表面氧化皮与钢板结合不好 2.近表面有大面积的缺陷 3.钢板中有吸收性缺陷（如疏松或密集小夹层）4.钢板中有倾斜的大缺陷。 4小直径薄壁管探伤： 管内纵向缺陷： 可用横波进行周向扫查检测。 对垂直于管轴的径向缺陷,即管内横向缺陷。 用横波进行轴向扫

24、查检测。 37.液浸法利用纵波倾斜入射到液体/钢界面, ,在管材内对纵向缺陷进行全横波检测。 入射角随偏心距增大增大，水层厚度大于钢管中横波全声程一半 1.锻件应进行纵波检测,对筒形和环形锻件还应增加横波检测。 2.检测时机:锻件超声波检测应在热处理后进行。 对带孔、槽和台阶的锻件,超声波检测应在孔、槽、台阶加工前进行。 一般游动范围达 25mm 时,算游动反射波。 当缺陷反射波很高,并有多次重复反射波,而底波严重下降甚至消失时,说明锻件中存在平行于检测面的大面积缺陷。 当缺陷反射波和底波都很低甚至消失时,说明锻件中存在倾斜的大面积缺陷或在检测面的附近有大缺陷。 当显示屏上出现密集互相彼连的缺陷反射波,底波明显下降或消失时,说明锻件中存在密集形缺陷。 铸件晶粒比较粗大,衰减严重,宜选用较低的频 3.检测区的宽度应是焊缝本身,再加上焊缝两侧各相当于母材厚度 30%的一段区域,这个区域最小为 5mm,最大为 10mm 采用一次反射法检测时,探头移动区应大于或等于 1.25P 采用直射法时,探头移动区应大于或等于0.75P。 4.探头 K 值选择 1.使声束能扫查到整个焊缝截面；2.使声束中心线尽量与主要危险性缺陷垂直；3.保证有足够的检测灵敏度。 2