常見工件缺陷類型及超聲檢測(cè)方法

常見工件缺陷類型及超聲檢測(cè)方法特種設(shè)備用材料較多，需無(wú)損檢測(cè)的材料一般有板材、鍛件、鑄鋼件、管子、焊接件等。常見的容器都是由板材焊接而成，承壓件的檢測(cè)也較多，尤其是鍛件、鑄鋼件的檢測(cè)以超聲波檢測(cè)為主。針對(duì)這類工件缺陷的類型進(jìn)行一些探討。板材鋼板是由板坯軋制而成的，而板坯又是由鋼錠軋制或連續(xù)澆鑄而成的。鋼板中常見缺陷有分層、折迭、白點(diǎn)等。裂紋少見，如圖下圖所示。分層是板坯中縮孔、夾渣等在軋制過(guò)程中未密合而形成的分離層。分層破壞了鋼板的整體連續(xù)性，影響鋼板承受垂直板面的拉應(yīng)力作用的強(qiáng)度。折迭是鋼板表面局部形成互相折合的雙層金屬。白點(diǎn)是鋼板在軋制后冷卻過(guò)程中氫原子來(lái)不及擴(kuò)散而形成的，白點(diǎn)斷裂面呈白色，多出現(xiàn)在厚度大于40mm的鋼板中。

由于鋼板中的分層、折迭等缺陷是在軋制過(guò)程中形成的，因此它們大都平行于板面。

根據(jù)鋼板的厚度不同，將鋼板分為薄板與中厚板。一般薄板厚度δ<6mm，中厚板δ≥6mm(中板δ=6～40mm，厚板δ>40mm)。中厚板常用垂直板面入射的縱波探傷法，又稱為垂直探傷法，薄板常用板波探傷法。由于板材中缺陷的取向跟原材料中的缺陷位置及扎制工藝有關(guān)，而且這些缺陷直接影響焊接和冷加工，在檢測(cè)過(guò)程中主要控制焊接部位。重要工件在冷成型后對(duì)焊接部位及鄰近區(qū)域進(jìn)行一次超聲波探傷檢查，有助于焊接件的質(zhì)量控制。因缺陷基本與軋制面平行，一般采用直探頭進(jìn)行檢測(cè)。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)鋼板中缺陷的界定分三種情況：(1)缺陷第一次反射波F1≥50%。

(2)第一次底波B1<100%，第一次缺陷波F1與第一次底波B1之比F1/B1≥50%。

(3)第一次底波B1<50%。缺陷定量：鋼板中缺陷常采用測(cè)長(zhǎng)法測(cè)定其指示長(zhǎng)度和面積。JB/T4730-2005規(guī)定：

當(dāng)F1≥50%或F1/B1≥50%(B1<100%)時(shí)，使F1達(dá)25%或F1/B1達(dá)50%時(shí)探頭中心移動(dòng)距離為缺陷指示長(zhǎng)度，探頭中心軌跡即為缺陷邊界。

當(dāng)B1<50%時(shí)，使B1達(dá)50%時(shí)探頭中心移動(dòng)距離為缺陷指示長(zhǎng)度，探頭中心軌跡即為缺陷邊界。缺陷性質(zhì)的估計(jì)：分層：缺陷波形陡直，底波明顯下降或消失。折迭：不一定有缺陷波，但底波明顯下降，次數(shù)減少甚至消失，波形加寬。白點(diǎn)：波形密集尖銳活躍，底波明顯降低，次數(shù)減少，重復(fù)性差，移動(dòng)探頭，回波此起彼伏。板材探傷中，應(yīng)注意底波的變化，當(dāng)靈敏度太高時(shí)底波高低變化不明顯，但波形的變化比較明顯，此時(shí)應(yīng)降低靈敏度，仔細(xì)檢查。板材中有時(shí)存在一些夾雜物，注意此時(shí)的波形與白點(diǎn)波形的區(qū)別，利用波的動(dòng)態(tài)波形來(lái)區(qū)分。鍛件及鑄件

鍛件和鑄件是各種機(jī)械設(shè)備及鍋爐壓力容器的重要毛坯件。它們?cè)谏a(chǎn)加工過(guò)程中常會(huì)產(chǎn)生一些缺陷，影響設(shè)備的安全使用。一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)某些鍛件和鑄件必須進(jìn)行超聲波探傷。由于鑄件晶粒粗大、透聲性差，信噪比低，探傷困難大，特別是高錳鋼，超聲波探傷極其困難。鍛件超聲波探傷基本上是可行的。但是，對(duì)于不同的晶粒、結(jié)構(gòu)的鍛件，在進(jìn)行超聲波探傷時(shí)，應(yīng)注意探測(cè)方向和探頭的選擇。對(duì)于馬氏體鋼、鐵素體鋼、扁平奧氏體鋼，其透聲性較好，選用常規(guī)探頭及標(biāo)準(zhǔn)方法基本可以進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)于柱狀?yuàn)W氏體鋼鍛件，其透聲性較差，應(yīng)選用低頻探頭進(jìn)行檢測(cè)。鍛件加工及常見缺陷鍛件是由熱態(tài)鋼錠經(jīng)鍛壓變形而成。鍛壓過(guò)程包括加熱、形變和冷卻。鍛件的方式大致分為鐓粗、拔長(zhǎng)和滾壓。鐓粗是鍛壓力施加于坯料的兩端，形變發(fā)生在橫截面上。拔長(zhǎng)是鍛壓力施加于坯料的外圓，形變發(fā)生在長(zhǎng)度方向。滾壓是先鐓粗坯料，然后沖孔再插入芯棒并在外圓施加鍛壓力。滾壓既有縱向形變，又有橫向形變。其中鐓粗主要用于餅類鍛件。拔長(zhǎng)主要用于軸類鍛件，而筒類鍛件一般先鐓粗，后沖孔，再鐓壓。

為了改善鍛件的組織性能，鍛后還要進(jìn)行正火、退火或調(diào)質(zhì)等熱處理。鍛件缺陷可分為鑄造缺陷、鍛造缺陷和熱處理缺陷。鑄造缺陷主要有：縮孔殘余、疏松、夾雜、裂紋等。鍛造缺陷主要有：折疊、白點(diǎn)、裂紋等。熱處理缺陷主要有：裂紋等。

縮孔殘余是鑄錠中的縮孔在鍛造時(shí)切頭量不足殘留下來(lái)的，多見于鍛件的端部。

疏松是鋼錠在凝固收縮時(shí)形成的不致密和孔穴，鍛造時(shí)因鍛造比不足而末全鍛合，主要存在于鋼錠中心及頭部。

夾雜有內(nèi)在夾雜、外來(lái)非金屬夾雜及金屬夾雜。內(nèi)在夾雜主要集中于鋼錠中心及頭部。

裂紋有鑄造裂紋、鍛造裂紋和熱處理裂紋等。奧氏體鋼軸心晶間裂紋就是鑄造引起的裂紋。鍛造和熱處理不當(dāng)，會(huì)在鍛件表面或心部形成裂紋。

白點(diǎn)是鍛件含氫量較高，鍛后冷卻過(guò)快，鋼中溶解的氫來(lái)不及逸出，造成應(yīng)力過(guò)大引起的開裂，白點(diǎn)主要集中于鍛件大截面中心。合金總量超過(guò)3.5～4.0%和Cr、Ni、Mn的合金鋼大型鍛件容易產(chǎn)生白點(diǎn)。白點(diǎn)在鋼中總是成群出現(xiàn)。鍛件超聲波探傷應(yīng)在熱處理后進(jìn)行，因?yàn)闊崽幚砜梢约?xì)化晶粒，減少衰減。此外，還可以發(fā)現(xiàn)熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷。對(duì)于帶孔、槽和臺(tái)階的鍛件，超聲波探傷應(yīng)在孔、槽、臺(tái)階加工前進(jìn)行。因?yàn)榭?、槽、臺(tái)階對(duì)探傷不利，容易產(chǎn)生各種非缺陷回波。

當(dāng)熱處理后材質(zhì)衰減仍較大且對(duì)于探測(cè)結(jié)果有較大影響時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行熱處理。

在鍛件探傷中，不同性質(zhì)的缺陷回波是不同的，實(shí)際探傷時(shí)，可根據(jù)示波屏上的缺陷回波情況來(lái)分析缺陷的性質(zhì)和類型

1.單個(gè)缺陷回波

鍛件探傷中，示波屏上單獨(dú)出現(xiàn)的缺陷回波稱為單個(gè)缺陷回波。一般單個(gè)缺陷是指與鄰近缺陷間距大于50mm、回波高不小于φ2mm的缺陷。如鍛件中單個(gè)的夾層、裂紋等。探傷中遇到單個(gè)缺陷時(shí)，要測(cè)定缺陷的位置和大小。當(dāng)缺陷較小時(shí)，用當(dāng)量法定量，當(dāng)缺陷較大時(shí)，用6dB法測(cè)定其面積范圍。

2.分散缺陷回波

鍛件探傷時(shí)，工件中的缺陷較多且較分散，缺陷彼此間距較大．這種缺陷回波稱為分散缺陷回波。一般在邊長(zhǎng)為50rnm的立方體內(nèi)少于5個(gè)，不小于φ2mm。如分散性的夾層。分散缺陷一般不太大，因此常用當(dāng)量法定量，同時(shí)還要測(cè)定分散缺陷的位置。3.密集缺陷回波鍛件探傷中，示波屏上同時(shí)顯示的缺陷回波甚多，波與波之間的間隔距離甚小，有時(shí)波的下沿連成一片，這種缺陷回波稱為密集缺陷回波。

密集缺陷的劃分，根據(jù)不同的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)有不完全相同的定義。

(1)以缺陷的聞距劃分，規(guī)定相鄰缺陷間的間距小于某一值時(shí)為密集缺陷。

(2)以單位長(zhǎng)度時(shí)基線內(nèi)顯示的缺陷回波數(shù)量劃分，規(guī)定在相當(dāng)于工件厚度值的基線內(nèi)，當(dāng)探頭不動(dòng)或稍作移動(dòng)時(shí)，一定數(shù)量的缺陷回波連續(xù)或斷續(xù)出現(xiàn)時(shí)為密集缺陷。

(3)以單位面積中的缺陷回波劃分，規(guī)定在一定探淵面積下，探出的缺陷回波數(shù)量超過(guò)某一值時(shí)定為密集缺陷。

(4)以單位體積內(nèi)缺陷回波數(shù)量劃分，規(guī)定在一定體積內(nèi)缺陷回波數(shù)量多于規(guī)定值時(shí)定為密集缺陷。實(shí)際探傷中，以單位體積內(nèi)缺陷回波數(shù)量劃分較多。一般規(guī)定在邊長(zhǎng)50mm的立方體內(nèi)。數(shù)量不少于5個(gè)。當(dāng)量直徑不小于φ2mm的缺陷為密集缺陷。

密集缺陷可能是疏松、非金屬夾雜物、白點(diǎn)或成群的裂紋等。鍛件內(nèi)不允許有白點(diǎn)缺陷存在，這種缺陷的危險(xiǎn)性很大。通常白點(diǎn)的分布范圍較大，且基本集中于鍛件的中心部位，它的回波清晰、尖銳，成群的白點(diǎn)有時(shí)會(huì)使底波嚴(yán)重下降或完全消失。這些特點(diǎn)是判斷鍛件中白點(diǎn)的主要依據(jù)，如圖。4.游動(dòng)回波

在圓柱形軸類鍛件探傷過(guò)程中，當(dāng)探頭沿著軸的外圓移動(dòng)時(shí)，示波屏上的缺陷波會(huì)隨著該缺陷探測(cè)聲程的變化而游動(dòng)，這種游動(dòng)的動(dòng)態(tài)波形稱為游動(dòng)回波。

游動(dòng)回波的產(chǎn)生是由于不同波束射至缺陷產(chǎn)生反射引起的。波束軸線射至缺陷時(shí)，缺陷聲程小，回波高。左右移動(dòng)探頭，擴(kuò)散波束射至缺陷時(shí)，缺陷聲程大回波低。這樣同一缺陷回波的位置和高度隨探頭移動(dòng)發(fā)生游動(dòng)，如圖不同的探測(cè)靈敏度，同一缺陷圓波的游動(dòng)情況不同。一般可根據(jù)探測(cè)靈敏度和回波的游動(dòng)距離來(lái)鑒別游動(dòng)回波。一般規(guī)定游動(dòng)范圍達(dá)25mm時(shí)，才算游動(dòng)回波。

根據(jù)缺陷游動(dòng)回波包絡(luò)線的形狀，可粗略地判別缺陷的形狀。

5.底面回波

在鍛件探傷中，有時(shí)還可根據(jù)底波變化情況來(lái)判別鍛件中的缺陷情況。

當(dāng)缺陷回波很高，并有多次重復(fù)回波，而底波嚴(yán)重下降甚至消失時(shí)，說(shuō)明鍛件中存在平行于探測(cè)面的大面積缺陷。

當(dāng)缺陷回波和底波都很低甚至消失時(shí)，說(shuō)明鍛件中存在大面積但傾斜的缺陷或在探測(cè)面附近有大缺陷。

當(dāng)示波屏上出現(xiàn)密集的互相彼連的缺陷四波，底波明顯下降或消失時(shí)，說(shuō)明明鍛件中存在密集性缺陷。鍛件探傷中還會(huì)出現(xiàn)一非缺陷回波影響對(duì)缺陷波的判別。常見的非缺陷畫波有以下幾種。

1.三角反射波

周向探測(cè)圓柱形鍛件時(shí)，由于探頭與圓柱面耦合不好，波束嚴(yán)重?cái)U(kuò)散，在示波屏上出現(xiàn)兩個(gè)三角反射波，這兩個(gè)三角反射波的聲程分別為1.3d和1.67d(d為圓柱直徑)，據(jù)此可以鑒別三角反射波。由于三角反射波總是位于底波B1之后，而缺陷波一般位于底波B1之前，因此三角反射波不會(huì)干擾對(duì)缺陷的判別。

2.遲到波

軸向探測(cè)細(xì)長(zhǎng)軸類鍛件時(shí)，由于波型轉(zhuǎn)抉，在示波屏上出現(xiàn)遲到波：遲到波的聲程是特定的，而且可能出現(xiàn)多次。第一次遲到波位予底波B1之后0.76d處(d為輔類鍛件的直徑)，以后各次遲到波間距均為0.76d。由于遲到波總在B1之后，而缺陷波一般在B1之前，因此遲到波也不會(huì)影響對(duì)缺陷波的判別。

另外從扁平方向探測(cè)扁平鍛件時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)遲到波，探傷中應(yīng)注意判別。

3.61°反射波

當(dāng)鍛件中存在與探測(cè)面成61°傾角的缺陷時(shí)，示波屏上會(huì)出現(xiàn)61°反射波。61°反射波是變型橫波垂直入射到側(cè)面引起的，如圖所示。圖中F為缺陷直接波，M為61°反射波。

61°反射波的聲程也是特定的，總是等于61°角所對(duì)直角邊的邊長(zhǎng)。產(chǎn)生61°反射時(shí)缺陷直接反射回波較低，而61°反射波較高。

另外在探測(cè)如圖6.13所示的鍛件時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)61°反射波，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生45°反射波。探傷時(shí)可根據(jù)反射波的聲程通過(guò)計(jì)算來(lái)判別。

4.輪廓回波

鍛件探傷中，鍛件的臺(tái)階、凹槽等外形輪廓也會(huì)引起一些非缺陷回波，探傷中要注意判別。此外在鍛件探傷中還可能產(chǎn)生一些其它的非缺陷回波，這時(shí)應(yīng)根據(jù)鍛件的結(jié)構(gòu)形狀、材質(zhì)和鍛造工藝應(yīng)用超聲波反射、折射和波型轉(zhuǎn)換理論進(jìn)和分析判別。鍛件探傷時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些疑似回波，應(yīng)注意。表面加工精度不夠，有加工刀痕時(shí)，會(huì)產(chǎn)生回波，位于一次聲程內(nèi)三分之一處，波形較高。將工件重新加工后復(fù)探。最后一次形變溫度或熱處理溫度不當(dāng)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一些回波，有時(shí)沒(méi)有底波或底波下降嚴(yán)重，但是破壞后未見任何缺陷。這類缺陷回波一般位于鍛件的中心部位，與夾雜物的回波極為相似。此時(shí)應(yīng)充分了解鍛造工藝，作出判斷。最后一次形變溫度或熱處理溫度不當(dāng)，會(huì)造成材質(zhì)的衰減嚴(yán)重，溫度過(guò)高時(shí)會(huì)形成過(guò)燒現(xiàn)象，奧氏體鋼會(huì)形成過(guò)大的晶粒組織，此時(shí)，即使無(wú)任何缺陷波，此鍛件也是不符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)的要求。對(duì)這類情況的工件應(yīng)測(cè)試其衰減系數(shù)。鑄件中常見缺陷

鑄件是金屬液注入鑄模中冷卻凝固而成的，鑄件中常見缺陷有氣孔、縮孔、夾雜和裂紋等。

1.氣

孔

氣孔是由于金屬液臺(tái)氣量過(guò)多，模型潮濕及透氣性不佳而形成的空洞。鑄件中的氣孔分為單個(gè)分散氣孔和密集氣孔。

2.縮

孔

縮孔是由于金屬液冷卻凝固時(shí)體積收縮得不到補(bǔ)縮而形成的缺陷?？s孔多位于澆冒口附近和截面最大部位或截面突變處。

3.夾

雜

夾雜分為非金屬夾雜和金屬夾雜兩類。非金屬夾雜是冶煉時(shí)金屬與氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成的產(chǎn)物或澆注時(shí)耐火材料、型砂等混入鋼液形成的夾雜物。金屬夾雜是異種金屬偶爾落入鋼液中未能溶化麗形成的夾雜物。4.裂

紋

裂紋是指鋼液冷卻過(guò)程中由于內(nèi)應(yīng)力(熱應(yīng)力和組織應(yīng)力)過(guò)大使鑄件局部裂開而形成的缺陷。鑄件截面尺寸突變處，應(yīng)力集中嚴(yán)重處，容易出現(xiàn)裂紋。裂紋是最危險(xiǎn)的缺陷。鑄件探傷的特點(diǎn)

1.透聲性差

鑄件重要特點(diǎn)是組織不致密、不均勻和晶粒粗大，透聲性差。

鑄件不均勻是由于鑄件各部分冷卻速度不同引起的。模壁冷卻快，且常有大量固態(tài)生核微粒，因此模壁晶粒細(xì)。當(dāng)模壁濕度升高后，冷卻速度減饅，于是在垂直模壁方向上形成柱狀晶區(qū)。當(dāng)模壁溫度進(jìn)一步升高，金屬液溫度下降。溫差減少，冷卻速度緩慢，結(jié)晶方向性消失，形成等軸晶區(qū)。這種鑄件截面上不同取向的晶粒構(gòu)成了鑄件的不均勻性。此外鑄件中以片狀、球狀或其他形態(tài)存在的石墨也可視為一種組織不均勻性。鑄件的致密性是由于樹枝結(jié)晶方式引起的。鑄件結(jié)晶時(shí)，先形成主干，然后在垂直于主干方向長(zhǎng)出支于。再在支干的垂直方向長(zhǎng)出分支，也像樹枝一樣生長(zhǎng)。各支干間最后結(jié)晶凝固，冷卻收縮形成的空隙難以充滿金屬，從而使鑄件的致密性變差。鑄件晶粒粗大是由于島溫冷卻凝固過(guò)程緩慢，生核、長(zhǎng)核時(shí)間長(zhǎng)、使晶粒變粗。

鑄件的不致密性、不均勻性和晶粒粗大，使超聲波散射衰減和吸收衰減明顯增加、透聲性降低。

2.聲耦合差

鑄件表面粗糙，聲耦合差。探傷靈敏度低，波束指向不好。且探頭磨損嚴(yán)重。鑄件探傷中常采用高粘度耦合劑改善這種不良的耦合條件。3.干擾雜波多

鑄件探傷干擾雜波多。一是由于粗晶和組織不均勻性引起的散亂反射，形成草狀回波，使信噪比下降。特別是頻率較高時(shí)尤為嚴(yán)重。二是鑄件形狀復(fù)雜，一些輪廓回波和遲到變型波引起的非缺陷信號(hào)多。此外鑄件粗糙表面也會(huì)產(chǎn)生一些反射回波．干擾對(duì)缺陷波的正確判定。

以上所述正是鑄件探傷的困難所在，致使鑄件探傷的應(yīng)用和發(fā)展受到一定的限制。但另一方面由于鑄件質(zhì)量要求較低，允許存在單個(gè)缺陷尺寸較大，數(shù)量較多。同時(shí)鑄件缺陷出現(xiàn)的部位規(guī)律性強(qiáng)，因此鑄件探傷還是具有一定的價(jià)值，目前國(guó)內(nèi)外不少人正在研究鑄件探傷中存在的問(wèn)題。4.透聲性測(cè)試

鑄鋼件晶粒較粗，組織不致密，對(duì)聲波吸收和散射嚴(yán)重，透聲性差，對(duì)探傷結(jié)果影響較大。一般探傷前要測(cè)試其透聲性。鑄鋼件透聲性可用縱波直探頭來(lái)測(cè)試。將探頭對(duì)準(zhǔn)工件底面，用[衰減器]測(cè)出底波B1與B2的dB差即可。為了憾少測(cè)試誤差，一般測(cè)三點(diǎn)取平均值。測(cè)得的dB差愈大，說(shuō)明透聲性愈差。

5.鑄鋼件內(nèi)外層劃分鑄鋼件中缺陷至表面的距離不同，其危害不一樣，一般外層比內(nèi)層大。為此按鑄鋼件厚度劃分為外層、內(nèi)層外層等三層。當(dāng)其厚度<90mm時(shí)，每層各占1/3，當(dāng)其厚度≥90mm時(shí)，兩外層厚度各為30mm，其余為內(nèi)層。鑄件探傷時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：密集氣孔和疏松的區(qū)別：采用靜態(tài)波形和動(dòng)態(tài)波形來(lái)區(qū)分。密集氣孔在動(dòng)態(tài)時(shí)波的高低起伏不斷，靜態(tài)波形中波的高低不均；而疏松是一種吸收性缺陷，波的高度不大，類似于白點(diǎn)，有時(shí)甚至看不到波，動(dòng)態(tài)時(shí)波的變化敏銳。由于晶粒、表面粗糙度及形狀的影響，會(huì)伴隨著類似缺陷波的波形存在，應(yīng)注意區(qū)分。了解鑄造工藝，對(duì)可能出現(xiàn)缺陷的位置應(yīng)有必要的判定。焊縫超聲波探傷鍋爐壓力容器和各種鋼結(jié)構(gòu)主要是采用焊接的方法制造。為了保證焊縫質(zhì)量，超聲波探傷是重要的檢查手段之一。在焊縫探傷中。不但要求探傷人員具備熟練的超聲波探傷技術(shù)。而且還要求探傷人員了解有關(guān)的焊接基本知識(shí)，如焊接接頭型式，焊接坡口型式、焊接方法和焊接缺陷等。只有這樣，探傷人員才能針對(duì)各種不同的焊縫，采用適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)方法，從而獲得比較正確的探測(cè)結(jié)果。焊接加工及常見缺陷

鍋爐壓力容器及一些鋼結(jié)構(gòu)件主要是采用焊接加工成形的。焊縫內(nèi)部質(zhì)量一般利用射線和超聲波來(lái)檢測(cè)。對(duì)于焊縫中的裂紋、未熔合等危險(xiǎn)性缺陷，超聲波探傷比射線更容易發(fā)現(xiàn)。

一、焊接加工

l.焊接過(guò)程

常用的焊接方法有手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、氣體保護(hù)焊和電渣焊等。

焊接過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)冶煉和鑄造過(guò)程，首先利用電能或其他形式的能產(chǎn)生高溫使金屬熔化，形成熔池，熔融金屬在熔池中經(jīng)過(guò)冶金反應(yīng)后冷卻，將兩母材牢固地結(jié)合在一起。為了防止空氣中的氧、氮進(jìn)入熔融金屬，在焊接過(guò)程中通常有一定的保護(hù)措施。手工電弧焊是利用焊條外層藥皮高溫時(shí)分解產(chǎn)生的中性或還原性氣體作保護(hù)層。埋焊和電渣焊是利用液體焊劑作保護(hù)層。氣體保護(hù)焊是利用氬氣或二氧化碳等保護(hù)氣體作保護(hù)層。

2.接頭形式

焊接接頭形式主要有對(duì)接、角接、搭接和T型接頭等幾種：如圖7.1所示。在鍋爐壓力容器中，最常見的是對(duì)接，其次是角接和T型接頭，搭接不允許。焊縫中常見缺陷焊縫中常見缺陷有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等1.氣

孔

氣孔是在焊接過(guò)程中焊接熔池高溫時(shí)吸收了過(guò)量的氣體或冶金反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，在冷卻凝固之前來(lái)不及逸出而殘留在焊縫金屬內(nèi)所形成的空穴。產(chǎn)生氣孔的主要原因是焊條或焊劑在焊前未烘干，焊件表面污物清理不凈等。氣孔大多呈球形或橢圓形。氣孔分為單個(gè)氣孔、鏈狀氣孔和密集氣孔。2.未焊透未焊透是指焊接接頭部分金屬未完全熔透的現(xiàn)象。產(chǎn)生未焊透的主要原因是焊接電流過(guò)小，運(yùn)條速度太快或焊接規(guī)范不當(dāng)(如坡口角過(guò)小，根部間隙過(guò)小或鈍邊過(guò)大等)。未焊透分為根部未焊透、中間未焊透和層間未焊透等。

3.未熔合

未熔合主要是指填充金屬與母材之間沒(méi)有熔合在一起或填充金屬層之間沒(méi)有熔合在一起。產(chǎn)生未熔合的主要原因是坡口不干凈，運(yùn)條速度太快，焊接電流過(guò)小，焊條角度不當(dāng)?shù)?。未熔合分為坡口面未熔合和層間未熔合。

4.夾

渣

夾渣是指焊后殘留在焊縫金屬內(nèi)的熔渣或非金屬夾雜物。產(chǎn)生夾渣的主要原因是焊接電流過(guò)小，速度過(guò)快，清理不干凈，致使熔渣或非金屬夾雜物來(lái)萬(wàn)及浮起而形成的。夾渣分為點(diǎn)狀和條狀。5.裂

紋

裂紋是指在焊接過(guò)程中或焊后，在焊縫或母材的熱影響區(qū)局部破裂的縫隙。

按裂紋成因分為熱裂綴、冷裂紋和再熱裂紋萼。熱裂紋是由于焊接工藝不當(dāng)在施焊時(shí)產(chǎn)生的。冷裂紋是由于焊接應(yīng)力過(guò)盛，焊條焊劑中含氫量過(guò)高或焊件剛性差異過(guò)大造成的。常在焊件冷卻到一定溫度后才產(chǎn)生，因此又稱延遲裂紋。再熱裂紋一般是焊件在焊后再次加熱(消除應(yīng)力熱處理或其他加熱過(guò)程)而產(chǎn)生的裂紋。

接裂紋的分布分為焊縫區(qū)裂紋和熱彰響區(qū)裂紋。按裂紋的取向分為縱向裂紋和橫向裂紋。

焊縫中的氣孔、央渣是立體型缺陷。危害性較小。而裂紋。未熔合是平面型缺陷，危害性大。在焊縫探傷中，由于加強(qiáng)高的影響及焊縫中裂紋、未焊透、未熔合等危險(xiǎn)性大的缺陷往往與探測(cè)面垂直或成一定的角度，因此一般采用橫渡探傷管座角焊縫探傷1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與探傷方法管座角焊縫的結(jié)構(gòu)型式有插入式和安放式兩種。插入式管座角焊縫是接管插入容器筒件內(nèi)焊接而成，如所示，可采用以下幾種方式探測(cè)。(1)采用直探頭在接管內(nèi)壁進(jìn)行探測(cè)，如圖中探頭位置l。(2)采用斜探頭在容器簡(jiǎn)體外壁利用一、二次波進(jìn)行探測(cè)，如圖中探頭位置2。(3)采用斜探頭在接管內(nèi)壁利用一次波探測(cè)，如圖中探頭位置3。也可在接管外壁利用二次波探測(cè)，但后者靈敏度較低。安放式管座角焊縫是接管安放在容器簡(jiǎn)體上焊接而成，如圖所示?？刹捎靡韵聨追N方式探測(cè)。

(1)采用直探頭在容器筒體內(nèi)壁進(jìn)行探測(cè)，如圖中探頭位置1。(2)采用斜探頭在接管外壁利用二次波進(jìn)行探測(cè)，如圖中探頭位置2。(3)采用斜探頭在接管內(nèi)壁利用一次波進(jìn)行探測(cè)，如圖中探頭位置3。由于管座角焊縫中。危害最大的缺陷是未熔合和裂紋等縱向缺陷(沿焊縫方向)因此一般以縱波直探頭探測(cè)為主。對(duì)于直探頭掃查不到的區(qū)域，如安放式焊縫根部，需要另加斜探頭進(jìn)行探測(cè)。此外，凡產(chǎn)品制造技術(shù)條件中規(guī)定要探測(cè)焊縫橫向缺陷的插入式管座角焊縫，應(yīng)將容器筒體內(nèi)壁加工平，利用大K值探頭在簡(jiǎn)體內(nèi)壁沿焊縫方向進(jìn)行正反兩個(gè)方向的探測(cè)，如圖所示T型焊縫探傷1.T型焊縫結(jié)構(gòu)及探傷方法T型焊縫由翼板和腹板焊接而成，坡口開在腹板上，如圖所示。對(duì)于T型焊縫常采用以下方式進(jìn)行探傷。(1)采用直探頭在箕板上是進(jìn)行探測(cè)，如圖中探頭位置1，用于探測(cè)T型焊縫中腹板與翼板間束焊透或翼板側(cè)焊縫下層狀撕裂等缺陷。

(2)采用斜探頭在腹板上利用一、二次波，進(jìn)行探測(cè)，如圖中探頭位置2。此方法與平板對(duì)接焊縫探傷方法相似。

(3)采用斜探頭在翼板外側(cè)或內(nèi)側(cè)進(jìn)行探測(cè)，如圖中探頭位置3。探頭于外側(cè)時(shí)利用一次波探測(cè)，探頭于內(nèi)側(cè)時(shí)利用二次波探測(cè)。比較而言，外側(cè)一次波探測(cè)靈敏度高，定位方便。不但可以檢測(cè)縱向缺陷，而且可以檢測(cè)橫向缺陷。不足之處在于外側(cè)看不到焊縫，探測(cè)前要先測(cè)定并標(biāo)出焊縫的位置。對(duì)于圖所示的角接接頭，探測(cè)方法與T型接頭類似，可采用直探頭從端面探測(cè)，也可采用斜探頭從腹板兩面進(jìn)行探測(cè)。

奧氏體不銹鋼焊縫超聲波探傷

一、組織特點(diǎn)奧氏體不銹鋼焊縫凝固時(shí)未發(fā)生相變．室溫下仍以鑄態(tài)柱狀?yuàn)W氏體晶粒存在，這種柱狀晶的晶粒粗大，組織不均，具有明顯的各向異性，給超聲波探傷帶來(lái)許多困難。奧氏體不銹鋼焊縫的柱狀晶粒取向與冷卻方向、溫度梯度有關(guān)。一般晶粒沿冷卻萬(wàn)向生長(zhǎng)，取向基本垂直于熔化金屬凝固時(shí)的等溫線。對(duì)于堆焊試樣，晶粒取向基本垂直于母材板面，而對(duì)接焊縫晶粒取向大致垂直于坡口面，如圖所示。柱狀晶粒的特點(diǎn)是同一晶粒從不同方向測(cè)定有不同的尺寸，例如某奧氏體柱狀晶粒直徑僅0.1～0.5mm，而長(zhǎng)度卻達(dá)lOmm以上。對(duì)于這種晶粒，從不同方向探測(cè)引起的衰減與信噪比不同。當(dāng)波束與柱狀晶夾角較小時(shí)其衰減較小，信噪比較高。當(dāng)波束垂直于柱狀晶時(shí)其衰減較大、信噪比較低。這就是衰減與信噪比各向異性。手工多道焊成的奧氏體不銹鋼焊縫，由于焊接工藝、規(guī)范存在差異，致使焊縫中不同部位的組織不同，聲速及聲阻抗也隨之發(fā)生變化，從而使聲束傳播方向產(chǎn)生偏離．出現(xiàn)底波游動(dòng)現(xiàn)象，不同部位的底波幅度出現(xiàn)明顯差異，給缺陷定位帶來(lái)困難。超聲波在奧氏體不銹鋼中的聲場(chǎng)發(fā)生了畸變，主聲場(chǎng)變形，缺陷的定位及定量都發(fā)生了變化，所以常加工一些對(duì)比試塊（人工缺陷）進(jìn)行矯正。波型超聲波探傷中的信噪比及衰減與波長(zhǎng)有關(guān)，當(dāng)材質(zhì)晶粒較粗，波長(zhǎng)較短時(shí)．倍噪比低，衰減大。而同一介質(zhì)中縱波波長(zhǎng)約為橫波波長(zhǎng)的兩倍，因此在奧氏體不銹鋼焊縫探傷中，一般選用縱波探傷。實(shí)驗(yàn)證明，縱波探測(cè)奧氏體不銹鋼焊縫60mm深的φ2橫孔．信噪比達(dá)15dB，而橫波探測(cè)時(shí)信噪比為0dB。2.探頭角度奧氏體焊縫中危險(xiǎn)性缺陷方向大多與探測(cè)面成一定的角度，為了有效地檢出焊縫中這種危險(xiǎn)性缺陷，一般需要采用縱波斜探頭探傷，即利用折射縱波來(lái)探傷，由于奧氏體不銹鋼焊縫為柱狀晶，不同方向探測(cè)信噪比和衰減不同。因此縱波斜探頭的折射角要合理選擇。實(shí)驗(yàn)證明。對(duì)于對(duì)接焊縫，采用縱波折射角βL=45°的縱波斜探頭探測(cè)，信噪比較高，衰減較小。當(dāng)焊縫較薄時(shí)，也可采用βL＝60°或70°的探頭探測(cè)。3.頻率探傷奧氏體不銹鋼焊縫時(shí)，頻率對(duì)衰減的影響很大，頻率愈高，衰減愈大，穿透力愈低。奧氏體不銹鋼焊縫晶粒粗大，宜選用較低的探傷頻率，通常為0.5～2.5MHz。4.探頭種類超聲波脈沖寬度和波束寬度對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫探傷有影響。一般脈沖寬度窄．波束寬度小，信噪比較高，靈敏度也較高。因此采用窄脈沖探頭和聚焦探頭探傷奧氏體不銹鋼是有利的，采用窄脈沖聚焦探頭效果會(huì)更好。此外探頭晶片尺寸對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫探傷也有影響，一般大晶片探頭的信噪比優(yōu)于小晶片探頭。原因是大晶片探頭波束指向性好，波束寬度小，可以減少產(chǎn)生晶粒散射的面積。在奧氏體不銹鋼焊縫探傷中，常用的是單晶縱波斜探頭和雙晶縱波斜探頭。前者用于探測(cè)深度較大的缺陷，后者用于探測(cè)深度較淺的缺陷。小徑管對(duì)接焊縫超聲波探傷小徑管對(duì)接焊縫一般采用手工電弧焊、氬弧焊打底手工焊填充或等離子焊等方法進(jìn)行焊接，焊接接頭中常見缺陷有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。小徑管曲率半徑小，管壁厚度薄，利用大K值小晶片短前沿橫波探頭在焊縫兩側(cè)進(jìn)行探測(cè)。小徑管曲率半徑小，壁薄、超聲波探傷時(shí)雜波多。為了便于判傷．要求儀器具有較高的分辨力和較窄的始脈沖寬度。焊縫探傷中缺陷性質(zhì)與偽缺陷波的判別缺陷性質(zhì)的估判檢出缺陷后，應(yīng)在不同的方向?qū)υ撊毕葸M(jìn)行探測(cè)．根據(jù)缺陷波形狀和高度的變化，結(jié)合缺陷的位置和焊接工藝。對(duì)缺陷的性質(zhì)進(jìn)行綜合判斷。下面簡(jiǎn)單介紹對(duì)典型缺陷的估判方法。1.氣

孔氣孔是焊接時(shí)，熔池中的氣體在凝固時(shí)未能逸出而形成的空穴，呈球形或橢球形。氣孔可分為單個(gè)氣孔和密集氣孔。單個(gè)氣孔回波高度低，波形較穩(wěn)定。從各個(gè)方向探測(cè)，反射波高大致相同，但稍一移動(dòng)探頭就消失。密集氣孔為一簇反射波，其波高隨氣孔的大小而不同，當(dāng)探頭作定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。2.夾

渣夾渣是焊后殘留在焊縫的熔渣，夾渣表面不規(guī)則。夾渣分點(diǎn)狀?yuàn)A渣和條狀?yuàn)A溘。點(diǎn)狀?yuàn)A渣的回波信號(hào)與點(diǎn)狀氣孔相似。條狀?yuàn)A渣回波信號(hào)多呈鋸齒狀。它的反射率低，一般波幅不高，波形常呈樹枝狀，主峰邊上有小峰。探頭平移時(shí)，波幅有變動(dòng)，從各個(gè)方向探測(cè)，反射波幅不相同。3.未焊透焊接時(shí)，接頭處母材與母材未完全熔透的現(xiàn)象稱為未焊透。一般位于焊縫中心線上，有一定的長(zhǎng)度。在厚板雙面焊縫中，未焊透位于焊縫中部．聲波在未焊透缺陷表面上類似鏡面反射，用單斜探頭探測(cè)時(shí)有漏檢的危險(xiǎn)，特別是K值較小時(shí)。漏檢可能性更大。為了提高這種缺陷的檢出率，應(yīng)增大探頭K值探傷或采用串列式探傷。對(duì)于單面焊根郝未焊透，類似端角反射，K＝O.7～1.5靈敏度較高。探頭平移時(shí)，未焊透波形較穩(wěn)定。焊縫兩側(cè)探傷時(shí)，均能得到大致相同的反射波幅。4.未熔合熔焊時(shí)，焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未完全熔化結(jié)合的部分叫未熔合。當(dāng)超聲波垂直入射到其表面時(shí)，回波高度大。但如果探傷方法和折射角選擇不當(dāng)．就有可能漏檢。未熔合反射波的特征是：探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定。兩側(cè)探測(cè)時(shí)，反射波幅不同，有時(shí)只能從一側(cè)探到。5.裂

紋一般來(lái)說(shuō)，裂紋的回波高度較大，波幅寬，會(huì)出現(xiàn)多峰。探頭平移時(shí)，反射波連續(xù)出現(xiàn)，波幅有變動(dòng)；探頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，波峰有上、下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。6.咬邊反射一般情況下此種缺陷反射波的位置分別出現(xiàn)在一次與二次波的前邊。當(dāng)探頭在焊縫兩側(cè)探傷時(shí)，一般都能發(fā)現(xiàn)，咬邊辨別方法如下：①測(cè)量這個(gè)信號(hào)的部位是否在焊縫邊緣處，如能用肉眼直接觀察到咬邊存在，即可判定。②在探頭