T型接头与管座角接头焊缝超声波探伤技术.docx

1、T型接头与管座角接头焊缝超声波探伤技术T型接头与管座角接头焊缝超声波探伤 姚志忠1. T型接头与管座角接焊缝的结构形式1 T型接头类型：按JB/T4730-2005标准图24、图25和图26规定。2 管座角接头焊缝按JB/T4730-2005标准图22和图23规定。3 T型接头焊缝超声波探伤几个标准应用范围：标准适用厚度范围适用T型接头类型检测范围T规825mm，2535mm时参照执行类、类T型接头及热影响区JB/T7602-94卧式内燃锅炉平管板与炉胆或筒体T型接头类K型坡口类T型接头及热影响区GB11345-898300mm类、类内径大于200mm的管座角焊缝焊缝本身宽度加上两侧各相当于母

2、材厚度30区域（最小10mm，最大20mm）JB/T4730-2005T型焊缝：650mm管座角焊缝：8300mm类、类内径大于200mm的管座角焊缝焊缝本身宽度加上两侧各相当于母材厚度30区域（最小5mm，最大10mm）JB3144-8240120mm筒体内径800mm接管内径200mm接管外径250mm焊缝两侧熔合线外5mm区域及焊缝本身2. 探伤仪、探头及系统性能1 探伤仪：A型显示脉冲反射式探伤仪，推荐采用数字探伤仪。要求：频率15MHz。 T 水平线性误差不大于1。 垂直线性误差不大于5。 其余：动态范围不小于26 dB。 衰减器精度：任意相邻12 dB误差1 dB，最大累计误差不超

3、过1 dB。 衰减器总量80 dB以上，且连续可调，步进档级2dB。 采用数字式探伤仪的优点：a. 可准确测出缺陷波声程，有利于区分缺陷波与非缺陷波，有利于判伤。b. 缺陷深度和水平距离可随时转换，有利于定位。c. 有利于准确测出缺陷本身高度和埋藏深度。d. 可打印出缺陷回波图像及缺陷参数和检验报告，提供真实缺陷纪录数据。e. 可储存数据，在复测时核查对比。2 探头探头晶片尺寸：园晶片直径14mm，方晶片任一边长13mm（T规规定）、16mm（GB/T7602规定）。直探头和双晶直探头：盲区不大于5mm，双晶直探头声束交点应与翼板厚度相对应。斜探头K值：规和GB/T7602规定：K1.02.5

4、。GB11345规定：板厚25mm，70（K2.5） 板厚在2550mm，60（K2.5、K2.0） 板厚50mm，45（K1、K1.5）JB/T4730和JB3144规定： 板厚825mm，K3.02.0（7260） 2546mm，K2.51.5（6856） 46120mm，K2.01.0（6045）实际探伤时斜探头要求：前沿不应过大，一般取10mm。对根部未焊透等缺陷，尽量选用K1探头。探测频率：板厚25mm时采用2.5MHz。16mm25mm时采用2.5MHz较好，也可用5 MHz。16mm时应采用5MHz。3 系统性能灵敏度余量：系统有效灵敏度必须大于评定灵敏度10dB以上。远场分辨力

5、：斜探头Z6dB。 直探头X30dB。3. 试块： CSK-A 测定仪器、探头及系统性能。 CSK-A（16短横孔）调节扫描线比例、灵敏度，绘制距离波幅曲线。 RB-T（240长横孔）T规推荐，与CSK-A作用相同。 RB-Z（平底孔2、3、4）直探头或双晶直探头对比试块。 当探伤面曲率半径小于或等于时，（W探头接触宽度），应采用与探伤面曲率相同对比试块。4. 耦合剂：（T规和JB/T7602已作出规定）1 推荐采用机油、甘油、浆糊，使用温度50。2 试块上调节仪器和产品上检测应采用相同耦合剂。5. 检测面与扫查范围检测面和扫查范围确定的原则有两点，一是确保声束入射方向尽量与所欲检测的主要缺陷

6、垂直，二是声束的扫查范围必须确保扫查到T型接头焊缝和管座角接焊缝的全体积及热影响区范围。为此，必须合理选择探测面和斜探头的入射角度。1 T型接头焊缝的检测面和斜探头K值第一种检测方法：用一种K值（K1或K2）的斜探头在JB/T4730-2005图24、25和26所示翼板外侧位置1利用直射波作单面双侧探伤，当发现缺陷后再用另一种K值探头作进一步复查，确定缺陷方向、位置和埋藏尺寸。第二种检测方法：用直探头或双晶直探头在JB/T4730-2005图24、25和26所示位置3检测焊缝与翼板间未焊透或未熔合，翼板侧面焊缝下层状撕裂及焊缝中其它缺陷。第三种检测方法：用斜探头在JB/T4730-2005图2

7、4、25和26所示的腹板上位置2和位置4利用直射波和反射波（一、二次波）进行探测，可探测根部和中间未焊透，腹板侧未熔合及焊缝中其它缺陷。当腹板厚度大于25mm时，可用K1和K2探头联合探测，当腹板厚度小于或等于25mm时，可用K1和K2.5探头联合探测。对根部未焊透和腹板侧未熔合及热影响区裂纹等缺陷，用K1探头效果较好，当一次波探不到焊缝根部时，可适当增加探头K值或减小探头前沿距离。在实际探测时，可选用第一种探测方法为主，并辅以第二种探测方法为辅进行联合探测，也可选用第三种探测方法为主并辅以第二种探测为辅进行联合探测。2 管座角接头焊缝的检测面和斜探头K值a. 插入式管座角焊缝检测方法：按JB

8、/T4730-2005图22所示，采用直探头在接管内壁于位置1进行探测；采用斜探头在筒体外壁位置2利用一次波与二次波进行探测；对厚壁筒体也可在筒体内壁探测；采用斜探头在接管内壁位置3利用一次波进行探测，也可喜爱接管外侧利用二次波探测。斜探头K值可根据板厚选择，当板厚小于或等于20mm时可选用K1和K2.5联合探测，当板厚大于20mm时可选用K1和K2联合探测。b. 安放式管座角焊缝如JB/T4730-2005图23所示，按下列方法探伤： 采用直探头在筒体内壁于位置1进行探测，采用斜探头在接管外侧利用二次波于位置2利用一次波与二次波进行探测；对厚壁筒体也可在接管外侧利用二次波探测。斜探头K值可根

9、据板厚选择，当板厚小于或等于20mm时可选用K1和K2.5联合探测，当板厚大于20mm是可选用K1和K2联合探测。3 探测面宽度斜探头在翼板外侧位置1探测，筒体移动区P1为：P1K（T）t。式中：K斜探头K值 T翼板厚度（mm） 焊缝宽度（腹板厚度方向mm） t腹板厚度（mm） 斜探头在腹板两面作单侧单面探测，筒体移动区P2为：P22Kt式中：焊缝宽度（翼板厚度方向mm）直探头或双晶直探头在翼板面扫查时，筒体移动区为焊缝轮廓线之间区域。6. 关于扫描线比例1 T型接头焊缝探伤扫描线比例调节：当板厚小于或等于25mm时，扫描线比例利用CSK-A试块推荐按深度2:1，水平2:1或水平1:1调节。当

10、板厚大于25mm时，扫描线比例利用CSK-A试块推荐深度1:1调节。2 管座角焊缝探伤扫描线比例调节：直探头探伤时，可利用工件上或试块上已知尺寸的底面回波来调整适当比例。斜探头探伤时，为有利于对缺陷判断，推荐声程比例法，即利用CSK-A或W2试块按声程比例调节，使最大探测声程位于探伤仪扫描线上第68格之间。7. 关于检测灵敏度T型接头和管座角接头焊缝超声波探伤时，检测灵敏度应根据所探产品规定执行的标准要求调节。JB/T4730-2005标准规定斜探头按表19和表20规定。直探头按表21（管座角焊缝）和表22(T型接头)规定。JB/T7602-94规定：用CSK-A，不用RB-T。评定线1612

11、dB定量线166dB判废线162dBT规规定：CSK-A和RB-T用途相同，其原因为： 两者反射体类型不同，RB-T为230长横孔，CSK-A为16短横孔，两者灵敏度不相等。 两者距离波幅曲线规律不同： RB-T的230长横孔遵循30lgX即（9 dB）距离波幅曲线规律。CSK-A的16短横孔在近场遵循30lgX即（9 dB）长横孔距离波幅规律，在远场遵循平底孔40lgX即（12 dB）的距离波幅曲线规律。 两者的检测对象不同 RB-T控制未焊透等线状缺陷为主。 CSK-A控制点状缺陷为主，也可控制线状缺陷，对中厚板灵敏度偏高。 当探测曲面工件按下列办法执行： . 如图1所示，当探头与曲面工件

12、接触面最大尺寸W及曲面工件直径D满足下式时，可按平板工件要求进行探测，一般可不必进行检测灵敏度曲面修正。a. 一般要求时：W (1)式中：W探头与工件接触面最大尺寸，对直探头为探头直径（此时晶片尺寸比此值还要小），对斜探头，当作筒体纵向探测时为筒体宽度，作周向探测时为筒体接触面长度； D工件直径，在外部探测时为工件外径，内部探测时为工件内径。此时，筒体接触面与工件最大间隙h0.5mm。其耦合效果约为平板工件的50左右。（1）式推导为：设R为曲面半径（探头在内部探为内半径，探头在外部探为外半径），则R。 由图得R2（）2（Rh）2 得R2R22Rhh2 当h0.5时得R20.25 即W 当W或R

13、时 可满足检测要求，故JB/T4730-2005等标准均运用这一结果。此时一般不必进行修正，如要精确探伤，还可比平板试块提高3dB左右灵敏度。图1探头与曲面工件接触示意图b. 较高要求式 W (2)此时探头接触面与工件最大间隙h0.06mm，其耦合效果约为平板工件的80左右。（2）式中推导与（1）式相同，只要取h0.06mm即可求得，此时可不必进行灵敏度修正。 . 当探头接触面尺寸与工件直径不能满足式（1）和式（2）时，就应采用曲面试块调节探伤条件。 a直探头探伤，曲面试块的探头接触面曲率半径应与工件曲率半径相同，材质也应相同。试块反射体按所执行的标准要求。 b. 斜探头探伤曲面试块材质和曲率

14、半径与工件相同。其反射体可为离探测面一定深度h的2横孔。 此时斜探头入射点可在任一标准试块90棱角上测试。斜探头折射角可按图2所示方法测试。 图2 斜探头用曲面试块测定折射角 设A为入射点，B为试块上离探测面深hmm2横孔，R为试块外半径，为折射角，L为探头入射点至2横孔的弧长，可实际测量，则图2中57.3L/R，探头入射点至横孔的声程ABS，可由仪器扫描线上横孔回波处声程读数得到，也可按下式求得： S，则斜探头折射角为： sin-1()8. 关于缺陷位置的确定1 T型焊缝超声波探伤对缺陷位置的确定a. 斜探头在翼板上探测图3 斜探头翼板探测时缺陷波示意斜探头在图3所示翼板上位置1A探测时，如

15、焊缝中存在缺陷F，则缺陷波F出现在焊角AB的回波B之前，缺陷F的深度和水平距离可由缺陷最大反射波在扫描线上位置确定，只要读出其中一个（如深度）值，另一个（如水平距离）值可根据探头K值换算出。缺陷波F一般出现在一次波声程处，如经测试F波的深度小于翼板厚度T，则说明缺陷位于翼板内，反之说明缺陷F位于焊缝内，如F波深度等于翼板厚T则说明缺陷F正在位于翼板侧熔合线处，以此可提供判断缺陷性质的依据。斜探头在图3所示位置1A探测时，如焊角CD处无缺陷，则不出现焊角CD回波。 b. 斜探头在腹板探测 图4 斜探头在腹板上探测缺陷波示意图 斜探头在图4所示腹板位置2探测时，如焊缝中存在缺陷F，此时缺陷波的水平

16、距离L和离探测面深度h的确定与平板对接焊缝相同。如缺陷波在扫描线上水平距离读数L1大于探头到翼板实际距离L2时，说明缺陷在翼板内，反之则说明缺陷在焊缝内，如L1L2，则缺陷正好处于翼板侧熔合线处，以此可判定缺陷性质提供依据。 c. 直探头或双晶直探头在翼板外侧如图1所示位置3探测时对缺陷的定位方法与钢板相同。当缺陷深度小于翼板厚度时，说明缺陷在翼板内，当缺陷深度等于翼板厚度时，缺陷位于熔合线处，缺陷深度大于翼板厚度，缺陷位于焊缝内。 管座角焊缝超声波探伤对缺陷位置的确定 a. 插入式管座角焊缝超声波探伤缺陷位置的确定 . 斜探头在筒体外园面探测 如图所示，当斜探头在筒体外园面探测插入式管座角焊

17、缝时，由于管座角焊缝相贯线呈马鞍形，当探头在筒体两最高点平行于筒体对准管座角焊缝探测时，可按平板对接焊缝探伤方法对焊缝中缺陷定位。当探头在筒体两最低点沿筒体周向探测管座角焊缝时，可按筒体纵焊缝探伤方法对缺陷定位。当探头在除以上四个特殊点外的其它位置探测角焊缝时，由于每一处的曲率半径不同，缺陷位置确定要根据具体探测位置的曲率大小来确定，具体确定缺陷位置的条件有三点： 一是扫描线比例按声程调节，二是在探测时探头不管在何部位均应垂直角焊缝探测，三是将相贯线角焊缝分区分别定位，如图5所示按钟点分区，现分别说明：图5 相贯线角焊缝钟点法分区 在位置0点和6点两点探测时对缺陷定位： 缺陷深度一次波探测hS

18、cosScostg-1K （4） 缺陷深度二次波探测h2TScos2TScostg-1K （5） 缺陷水平距离LSsinSsintg-1K （6） 式中S缺陷声程，可从扫描线上读取； 探头折射角； K探头K值； T筒体璧厚。 在位置3点和位置9点两点探测时对缺陷定位： 外园面一次波探测时缺陷定位： 图6 一次波外园面探测缺陷定位 如图6所示，A点为探头入射点，F为缺陷，O为筒体圆心，筒体外半径为R，缺陷声程AFS，缺陷F至探测面深度为h，缺陷外园面水平弧长，可求得： hR （7） 0.0174Rsin-1（sin） （8） 外园面二次波探测时缺陷定位：图7 外园面二次波探测缺陷定位如图7所示，

19、如缺陷在外园面二次波探测时发现，则其外园面水平弧长和深度h为： 0.0174R（12） （9） HRP （10） 式中：1180sin-1（sin） 缺陷到圆心距离P 2sin-1() S1 S2SS1 R筒体外半径； r筒体内半径； S缺陷声程，可从扫描线上缺陷波出现位置读取。在其它位置探测时，缺陷位置可利用式（7）（8）（9）（10）求得，但此时筒体外、内曲率半径R与r由原筒体外内半径R与r乘以某系数求得，该系数为：位置：1点、5点、7点和11点该四点时，系数为3。位置：1点半、四点半、7点半、101点半该四点时系数为1.8。位置：2点、4点、8点和10点该四点时，系数为1.3。其余位置可

20、根据以上数据的变化规律自行修正。. 斜探头在筒体内圆面探测见图8、9。 焊缝仍按图5所示按钟点分区，在位置0点和6点两点探测时，可按平板焊缝方法对缺陷定位。在位置3点和9点探测时对缺陷定位为：图8 一次波内圆面探测缺陷定位 如图8所示，A点为探头入射点，O为筒体圆心，r为筒体内半径，缺陷声程AFS，缺陷F离筒体内表面深度距离为d，缺陷在内表面弧长，则可求得： Dr （11） 0.0174rsin-1（） （12）图9 内圆面二次波探测缺陷定位如图9所示，如缺陷在内圆面二次波探测时发现，则其内圆面水平弧长和深度d为： 0.0174r（12） （13） DPr （14） 式中：1sin-1（sin

21、） 缺陷至圆心距离P为：P 2sin-1（） S1 S2SS1 S缺陷声程，可从扫描线上缺陷波出现的位置读取； R筒体外半径； R筒体内半径。 在其它位置探测时相应曲率半径按外园面探测相应位置进行修正。. 斜探头在接管内壁探测 如图所示，斜探头在接管内壁探测焊缝，可按平板焊缝探伤对缺陷定位，此时缺陷离探测面深度等于接管璧厚时，缺陷处于焊缝与接管熔合线处，深度大于接管璧厚时，缺陷处于焊缝中。 b. 安放式管座角焊缝超声波探伤缺陷位置的确定 斜探头在接管内壁对焊缝探测时，可按平板对接焊缝方法对缺陷定位。9. 几种特殊情况探测波型的利用 直探头（或双晶直探头）在T型焊缝翼板外侧探测时回波特点。图10

22、 直探头翼板探测回波特点 如图10所示，直探头在T型焊缝翼板外侧位置1至位置5探测时，会出现右边的回波示意图，扫描线上回波为：翼板底波B和焊缝熔合线缺陷F波出现在翼板厚度T处，当焊缝熔合线处无缺陷时，则探头在位置3时，缺陷波F不出现。若翼板底波B的高度为80（如图10中探头位置1和5），当探头处于位置2和4时，有一半声束进入焊缝，则此时回波高为底波的二分之一（如图10所示40），以此规律，可在翼板上确定T型焊缝边缘轮廓线。 斜探头在T型焊缝腹板上探测时回波特点 如图4所示，斜探头在腹板上探测T型焊缝时，若焊缝中没有缺陷，且探头K值、晶片直径和板厚合适时，会出现翼板外侧底面多次反射波，每次底波之

23、间的间隔正好为翼板厚度T，如图4所示B1B2B3，当探头K值2时，且K值越大，这种现象越明显。利用底波多次出现这一现象可大致判断，所检测的T型接头焊缝中无大缺陷。 斜探头在翼板外侧，于焊缝轮廓线内沿平行于焊缝探测时，如荧光屏扫描线上无任何回波，则可判断所探测的T型焊缝内无体积状缺陷及与焊缝成一定角度的其它缺陷。10. 缺陷定量测定 缺陷定量测定（当量波高测定） 当探测中发现缺陷波后，利用前后、左右移动探头探测，找到缺陷波的最高反射波，与确定检测灵敏度时的距离波幅曲线比较，测出缺陷最大反射波幅所在区域。波幅测定允许误差为2dB，缺陷反射波幅可用定量线为基准，记为SLdB。 缺陷当量：当用直探头时

24、可用RBZ试块比较，结合计算或直探头距离波幅曲线比较，可求得缺陷平底孔当量。 缺陷指示长度测定 当缺陷反射波只有一个最高点时，且缺陷最高波位于区及定量线，用移动探头降低6dB相对灵敏度法测指示长度L。 在对缺陷扫查测长过程中，如缺陷反射波峰值起伏变化，有多个高点，且端部缺陷波高位于区及定量线，用端部最大峰值法测长L，也可用端部半波高度法测缺陷长度L。当缺陷最高波位于区（只有一个高点时），或端部缺陷波高位于区（有多个高点时），可将探头向缺陷左右二个方向移动，且均移至波幅降到评定线时的点，该左右两点的探头移动距离为该缺陷指示长度L。 缺陷深度与高度测定 缺陷深度测定： 直探头探测时，缺陷反射在荧光

25、屏上位置可得出深度，斜探头探测时，前后移动探头找到缺陷最高波在荧光屏上的位置，如深度定位可直接读出，如水平定位可按K值换算Lf。 缺陷高度测定： 利用端点峰值法或端点衍射波分别测出缺陷的上、下端部深度h上、h下，即可求出该缺陷高度。Hh上h下。 T型焊缝中缺陷测量数据纪录图11 缺陷位置纪录示意图 对T型焊缝中缺陷要测出以下数据： 缺陷信号在荧光屏上读得出缺陷水平距离，一次波为X1,二次波为X2， 则缺陷深度 h（一次波，K为探头K值）或 H2T（二次波，K为探头K值，T为板厚） 缺陷在工件上离工件或基准点距离L，由探头探到缺陷时探头位置离工件左端距离得出： L对缺陷测长时，缺陷左端在工件上距

26、离。 L对缺陷测长时，缺陷右端在工件上距离。 则缺陷指示长度LLL 缺陷最大波幅DACSLDb 即 166dB缺陷高度测定纪录 当缺陷为探测面另一面的根部缺陷时（下部开口缺陷），首先测出根部缺陷的角镜反射C在荧光屏上读数（深度mm）。然后移动探测，测出根部缺陷上端衍射波在荧光屏上读数深度DW上mm，则缺陷高度HCDW上。 当缺陷为工件内部埋藏缺陷时，移动探头分别测出缺陷下部端点衍射波DW下和上部端点衍射波DW上在荧光屏上的读数深度，则缺陷本身高度HDW下DW上。11. 几种典型缺陷的探测与判别 缺陷示意图 a. T型接头焊缝缺陷如图12缺陷示意图所示。图12 缺陷示意图（T型接头） 图中：缺陷

27、1层状撕裂； 缺陷2翼板与焊缝未熔合； 缺陷3焊缝中缺陷（如气孔、夹渣、密集气孔、裂纹等）； 缺陷4腹板侧坡口未熔合； 缺陷5中间未焊透； 缺陷6根部未焊透； 缺陷7焊趾裂纹，在四个焊角处均可能出现。 b. 管座角焊缝缺陷如图13管座角焊缝缺陷示意图所示。图13 管座角焊缝缺陷示意图 图中：缺陷1插入式管座角焊缝接管侧未熔合； 缺陷2插入式管座角焊缝中间未焊透； 缺陷3插入式管座角焊缝筒体侧未熔合； 缺陷4焊趾裂纹，各焊角处均可产生； 缺陷5焊缝中缺陷（如气孔、夹渣、裂纹等）； 缺陷6安放式管座角焊缝根部未焊透； 缺陷7安放式管座角焊缝筒体外侧未熔合； 缺陷8安放式管座角焊缝接管侧未熔合。 缺

28、陷的探测与判别 a. T型焊缝中缺陷的探测与判别： . 层状撕裂 用直探头或双晶直探头在如JB/T4730标准中图24所示位置3探测，缺陷波出现在略小于翼板厚度处。 用K1斜探头在如JB/T4730标准中图24所示翼板外侧位置1探测，反射波较强， 其回波幅度一般2304 dB，缺陷波深度翼板厚度T，当用K2的斜探头探测，缺陷检出率下降。 用K2K2.5斜探头在如JB/T4730标准中图24所示腹板上位置2探测，如图4所示，所得缺陷波水平距离L1大于探头到翼板实际距离L2，回波幅度2304 dB，当探头K2时缺陷检出率下降。 . 翼板侧未熔合 用直探头或双晶直探头在翼板外侧（如JB/T4730标

29、准中图24位置3）探测，缺陷波 正好出现在翼板厚度T处，回波幅度一般大于4平底孔。 用斜探头在翼板外侧如JB/T4730标准中图24位置1一般探测不到。 用K值大于2的斜探头在腹板上探测，回波较高，缺陷波正好位于探头至翼板与焊缝熔合线处。 . 腹板侧坡口未熔合 用K1探头在腹板上探测效果较好，实际检测时，应根据坡口方向，选择入射声束尽量垂直于坡口面，使未熔合回波达到最高。 . 未焊透 对双面焊中心未焊透的检测方法为： 检测K型坡口中心未焊透可采用斜探头在腹板上探测，缺陷波正好出现在腹板厚度1/2处，当探头作斜平行扫查时，未焊透波一般不出现。当斜探头在翼板外侧在焊缝轮廓线内平行于焊缝扫查时，未焊透波一般也不出现。当斜探头（以K1为好）在翼板外侧垂直于焊缝探测（如JB/T4730标准中图24位置1），缺陷波于翼板厚度处出现，离探头的水平距离正好位于焊缝轮廓线中心。也可用直探头或双晶直探头于翼板外侧如JB/T4730标准中图24位置3探测，缺陷波正好处于翼板厚度处，此时探头正好位于腹板中心对应处。 对单面焊根部未焊透探测，可采用