中厚板對接焊縫超聲檢測畢業(yè)設計

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題的研究背景和意義</p><p>　　鋼鐵材料是工程上所使用的最重要的材料之一，應用范圍極其廣泛。焊接是各種工業(yè)生產和國防建設等領域不可缺少的先進制造技術，在世界范圍內，發(fā)達國家利用焊接方法來加工的鋼材已超過鋼材總產量的一半，伴隨著科學技術的的發(fā)展和進步，焊接的發(fā)展趨勢也朝著高參數、輕量化及

2、大型化發(fā)展，由于鋼焊接其性能出眾和經濟效果顯著等特點，在焊接中的應用越來越廣泛，成為國內外眾多研究者和工程人員重點研究的方向。</p><p>　　焊接是指通過加熱或加壓，或兩者兼用，而且用或不用填充材料，使工件達到原子結合的一種加工方法。鋼制對接焊縫焊接以其強度高、重量輕、塑性和韌性好、材質均應，制造方便、密封性好等優(yōu)異特點，已經得到了非常廣泛的應用。在傳統的一些工業(yè)部門，如工業(yè)和民用建筑行業(yè)的建筑結構；交通運

3、輸業(yè)中的車輛、飛機、船舶、橋梁；電力部門的高架塔桅；機械工業(yè)中的一般工程機械、重型機械等方面，而且在新興的宇航工業(yè)、海洋工程等諸多領域也不可缺少。由于焊接種類繁多、強度較大，因此對焊縫的可靠性提出了更高的要求[1]。</p><p>　　近一個世紀以來，焊接已成為應用最廣的材料加工技術之一。從核電技術到微電子技術的發(fā)展，從探索宇宙空間到開發(fā)海洋資源，從汽車行業(yè)到家電產品制造，均離不開焊接技術。焊接工藝技術的應用規(guī)

4、模之大、范圍之廣，是別的工藝技術不能比擬的。焊接技術現在以及將來仍面臨著許多重大的挑戰(zhàn)。鋼材失效比例中有55%是由疲勞引起的，16%由材料腐蝕所致，因為鋼材在焊接過程中存在產生目視不可見、隱蔽性和危害性都極高的各種內部缺陷，這將導致鋼材的使用性能和壽命大幅度降低。因此鋼制對接焊縫缺陷定性的研究，受到了人們高度重視[2]。</p><p>　　主要有以下幾種（見圖1.1）。</p><p>

5、　　圖1.1對接焊接接口的坡口形式</p><p>　　超聲檢測是五大常規(guī)無損檢測技術之一，也是目前國內外應用最廣泛、使用頻率最高而且發(fā)展較快的一種無損檢測技術。超聲檢測是產品制造中實現質量控制、節(jié)約原材料、改進工藝、提高勞動生產效率的重要手段，也是設備維護中不可或缺的手段之一。超聲檢測是檢測焊接接頭缺陷并為焊接接頭質量評價提供重要數據的主要無損檢測手段之一[3]。</p><p>　　超

6、聲波形成機理的研究始于19世紀初，但它在無損檢測中的應用大約是從20世紀20年代才開始。在30年代，超聲波技術才廣泛應用于無損檢測。在隨后的1955年，超聲波技術發(fā)展迅速，技術的進步促進了超聲波設備的快速發(fā)展。從20世紀80年代直到今天，計算機技術的進步使得超聲波設備體積更小、性能更穩(wěn)定、功能更強大。最近幾年，超聲波測繪技術得到了極大的發(fā)展。超聲波探測試驗中需要采集精確的數據，這種需求進一步推動了定量測量技術的發(fā)展。同時，基于超聲波能量

7、形成和非接觸檢測技術的發(fā)展也促進了激光器和電磁傳感器的技術進步。如今，便攜式設備中已經運用了相控陣式激光技術。采用這種技術，單一發(fā)生器定時或定相發(fā)射的超聲波元素陣列，能夠精確截取被測對象的超聲波波形。</p><p>　　超聲波探傷的原理是通過對被測物體發(fā)射超聲，然后利用其反射、多普勒效應、透射等來獲取被測物體內部的信息并經過處理形成圖像。目前應用最多的是反射法。 反射法是基于超聲波在通過不同聲阻抗組織界面時發(fā)生

8、較強反射的原理工作的，聲波在從一種介質傳播到另外一種介質的時候在兩者之間的界面處會發(fā)生反射，而且介質之間的差別越大反射就會越大，所以對一個物體發(fā)射出穿透力強、能夠直線傳播的超聲波， 然后對反射回來的超聲波進行接收并根據這些反射回來的超聲波的先后、幅度等情況就可以判斷出這個組織中含有的各種缺陷的大小、分布情況以及各種介質之間的對比差別程度等信息，從而判斷出該被測物體是否有異常。</p><p>　　本文針對中厚板對

9、接焊縫進行超聲A掃描檢測和動態(tài)波形分析，廣泛適用于焊接接頭的檢測。隨著社會日新月異的發(fā)展和進步，許多大型設備，大型儲油罐，大型剛結構的運用，對接焊越來越廣泛運用，工程上對對接接頭焊縫的要求越來越高。目前對于這種焊接形式，普遍的檢測方式是采用超聲檢測。</p><p><b>　　1.2研究現狀</b></p><p>　　1.2.1中厚板的應用</p>

10、<p>　　中厚板是指厚度4.5-25.0mm的鋼板，厚度25.0-100.0mm的稱為厚板，厚度超過100.0mm的為特厚板。中厚板在各行各業(yè)有著廣泛的應用, 主要應用于建筑工程、機械制造、容器制造、造船、橋梁建造等。還可以用來制造各種容器、爐殼、爐板、橋梁及汽車靜鋼鋼板、低合金鋼鋼板、造船鋼板、鍋爐鋼板、壓力容器鋼板、花紋鋼板、汽車大梁鋼板、拖拉機某些零件及焊接構件等。 </p><p>　　1.2

11、.2中厚板超聲檢測發(fā)展趨勢</p><p>　　超聲波探傷作為一種重要的無損檢測技術, 是目前對中厚板內部質量進行檢測判定的主要手段。根據使用方式的不同, 超聲波探傷分為人工手動探傷和自動探傷, 特別是在線自動探傷裝置具有檢測速度快、效率高以及占用生產場地少等優(yōu)點, 已成為近年國內外新建現代化中厚板廠的首選。</p><p>　　國外自20 世紀60 年代末期便開始了自動超聲波探傷技術的研

12、發(fā), 70 年代中后期該技術得到了廣泛應用目前, 在國內外中厚板生產領域內已投人運行的自動超聲波探傷裝置中,應用最廣數量最多的是以壓電效應為原理的自動探傷裝置(即PET自動探傷裝置) 。 國內自寶鋼5m 厚板廠于2002年成功引進壓電式在線自動超聲波探傷裝置以來, 近年來新建的中厚板廠紛紛仿效。但壓電式超聲波探傷裝置在使用過程中存在可探傷鋼板溫度范圍窄，探傷過程需消耗大量耦合水，探傷過程易受干擾而出現誤判等問題, 促使技術人員不斷尋求更

13、適宜于中厚板生產的無損檢測新方式。</p><p>　　隨著計算機技術的發(fā)展和磁性材料技術的進步, EMAT探傷技術, 即利用電磁超聲波進行無損檢測的技術, 得到了快速發(fā)展, 現已走出實驗室進入了實際應用領域。俄羅斯、烏克蘭、土耳其和日本等國的中厚板廠已成功投產多套EMAT自動探傷裝置, 這些EMAT自動探傷裝置的成功運行, 顯示出EMAT探傷技術在工業(yè)化應用領域良好的發(fā)展前景[4]。</p>&l

14、t;p>　　1.2.3超聲檢測的優(yōu)缺點[5-6]</p><p>　　1.超聲波檢測方法的優(yōu)點</p><p>　　1）適用于金屬、非金屬、復合材料等多種材料制件的無損評價。</p><p>　　2）穿透能力強，可對較大厚度范圍的試件內部缺陷進行檢測，可進行整個試件體積的掃查。如對金屬材料，既可檢測厚度1~2mm的薄壁管材和板材，也可檢測幾米長的鋼鍛件。<

15、;/p><p>　　3）靈敏度高，可檢測材料內部尺寸很小的缺陷。</p><p>　　4）可較準確地測定缺陷的深度位置，這在很多情況下是十分需要的。</p><p>　　5）對大多數超聲技術的應用來說，僅需從一側接近試件。</p><p>　　6）設備輕便，對人體及環(huán)境無害，可作現場檢測。</p><p>　　2.超聲波檢

16、測方法的局限性</p><p>　　1）由于縱波脈沖反射法存在的盲區(qū)，以及缺陷取向對檢測靈敏度的影響，對位于表面和非常近表面的延伸方向平行于表面的缺陷常常難于檢測。</p><p>　　2）試件形狀的復雜性，如小尺寸、不規(guī)則形狀、粗糙表面、小曲率半徑等，對超聲檢測的可實施性有較大影響。</p><p>　　3）材料的某些內部結構，如晶粒度、相組成、非均勻性、非致密性

17、等，會使小缺陷的檢測靈敏度和信噪比變差。</p><p>　　4）對材料及制件中的缺陷作定性、定量表征，需要檢驗者較豐富的經驗，且常常是不準確的。</p><p>　　5）以常用的壓電換能器為聲源時，為使超聲波有效地進入試件一般需要有耦合劑。</p><p>　　世界各國出版的無損檢測書籍、資料文獻中, 超聲探傷所占的數量都是首屈一指的。有關資料表明,國外每年大約發(fā)

18、表3000篇涉及無損檢測的文獻資料，全部文獻資料中有關超聲無損檢測的內容約占45%，特別是2000年10月在羅馬召開的第十五屆世界無損檢測會議(WCNDT)收錄的663篇論文中，超聲檢測就占250篇。以上這些都說明超聲檢測在無損檢測中的突出貢獻與重要地位和研究勢頭, 所以超聲檢測一直以來都是研究的熱點。超聲波探傷以其探傷距離大、探傷裝置體積小、重量輕、便于攜帶、檢測速度快、檢測費用低等優(yōu)勢，在壓力容器制造和在役檢測工作中得到越來越多的應

19、用。</p><p><b>　　1.3主要研究內容</b></p><p>　　本文利用超聲A型脈沖回波法和射頻信號提取動態(tài)波形的方法綜合分析了中厚板對接焊縫的典型缺陷的主要形式和特點，主要研究內容如下： </p><p>　　由于鋼制對接焊板的廣泛應用，焊板的焊接質量的評估也顯得尤為重要，所以對于鋼制對接焊板常出現缺陷的部位及其原因的認識也

20、逐漸加深，缺陷的種類很多，最常見的缺陷有五種，分別是氣孔、裂紋、未焊透、未熔合、夾渣。</p><p>　　氣孔是焊接過程中熔池高溫時吸收了過量的氣體或冶金反應產生的氣體，在冷卻凝固之前來不及逸出而殘留在焊縫金屬內形成的孔穴。根據形狀、分布情況可分為：球形氣孔、條形氣孔、蟲形氣孔、表面氣孔、均布氣孔、鏈狀氣孔和局部密集氣孔。內部氣孔一般為球形孔，常出現在焊縫中央。原因：焊接電流過大；電極過快；電弧過長；焊接部位不

21、干凈；焊條保存不當受潮。</p><p>　　裂紋是在焊接應力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結合力遭到破壞而形成的新界面所產生的縫隙，危害性極大。它具有尖銳的缺口和大的長寬比的特征。焊接裂紋根據其部位、尺寸、形成原因和機理的不同，可以分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂、結晶裂紋、液化裂紋和淬火裂紋等。</p><p>　　未焊透常見于單面焊的根部，接頭部分金屬未

22、完全熔透，它不僅使焊接接頭的力學性能下降，而且在未焊透處的缺口和端部形成應力集中點，承載后會引起裂紋。因焊接電流小；焊速過快；坡口角度小；間隙??；坡口加工不規(guī)范；焊偏；鈍邊過大等原因所至。</p><p>　　未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結合在一起的缺陷。按其所在部位，未熔合可分為坡口未熔合，層間未熔合和根部未熔合（即未焊透）三種。未熔合是一種面積缺陷，坡口未熔合和根部未熔合對承載截面積的減

23、小都非常明顯，應力集中也比較嚴重，其危害性僅次于裂紋。產生原因主要是焊接熱輸入太低，電弧指向偏斜，坡口側壁有繡垢及污物，層間清渣不徹底等。</p><p>　　夾渣是指焊縫中殘留在焊縫中的熔渣，可能是線狀的、孤立的、成簇的，是典型的固體類夾雜。形成原因有：焊接過程中的層間清渣不干凈；焊接電流太?。缓附铀俣忍?；焊接過程中操作不當；焊接材料與與母材化學成分匹配不當；坡口設計加工不合適等[7-9]。</p>

24、;<p><b>　　2 超聲檢測原理</b></p><p>　　超聲檢測技術中對缺陷評定的三大關鍵內容是缺陷的定位、定量和定性。缺陷定位與定量方法已較成熟,而對缺陷定性仍存在許多實際困難。目前,在原位檢測中應用最廣泛的是A型超聲脈沖反射式檢測儀,根據其示波屏顯示的缺陷回波靜態(tài)波形與動態(tài)波形,再結合具體產品或材料特點和制造工藝等來評估缺陷的性質。缺陷的超聲波反射特性取決于缺陷

25、的取向和幾何形狀、相對超聲波傳播方向的長度和厚度、缺陷的表面粗糙度、缺陷內含物以及缺陷性質等,還與所用超聲檢測系統特性有關,因此,超聲檢測中獲得缺陷的超聲響應是一個綜合響應。如何觀察波形并把反映缺陷性質的有用信息從綜合響應中分離出來,這對缺陷的定性評定尤為重要。</p><p>　　超聲波探傷的原理是通過對被測物體發(fā)射超聲，然后利用其反射、多普勒效應、透射等來獲取被測物體內部的信息并經過處理形成圖像。目前應用最多

26、的是反射法。 反射法是基于超聲波在通過不同聲阻抗組織界面時發(fā)生較強反射的原理工作的，聲波在從一種介質傳播到另外一種介質的時候在兩者之間的界面處會發(fā)生反射，而且介質之間的差別越大反射就會越大，所以對一個物體發(fā)射出穿透力強、能夠直線傳播的超聲波， 然后對反射回來的超聲波進行接收并根據這些反射回來的超聲波的先后、幅度等情況就可以判斷出這個組織中含有的各種缺陷的大小、分布情況以及各種介質之間的對比差別程度等信息，從而判斷出該被測物體是否有異常[

27、10-13]。</p><p>　　2.1 超聲A掃描原理</p><p>　　所謂A型超聲脈沖反射顯示方式即顯示器的橫坐標是超聲波在被檢測材料中的傳播時間或者傳播距離，縱坐標是超聲波反射波的幅值。在一個對接焊縫中存在一個缺陷，由于這個缺陷的存在，造成了缺陷和鋼材料之間形成了一個不同介質之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當發(fā)射的超聲波遇到這個界面之后，就會發(fā)生反射,反射回來的能量又被探

28、頭接受到，在顯示屏幕中橫坐標的一定的位置就會顯示出來一個反射波的波形，橫坐標的這個位置就是缺陷在被檢測材料中的深度。本實驗使用該方式測定缺陷的位置和大小[14]。</p><p><b>　　1.選擇探頭</b></p><p><b>　　1）K值的選擇</b></p><p>　　探頭K值的選擇應從以下三個方面考慮：&

29、lt;/p><p>　　使聲束能掃查到整個焊縫截面；</p><p>　　使聲束中心線盡量與主要危險性缺陷垂直；</p><p>　　保證有足夠的探傷靈敏度</p><p>　　設工件厚度為T，焊縫上下寬度的一半分別為a和b，探頭K值為K，探頭前沿長度為L0，則有：</p><p>　　K（a+b+L0）/T

30、 (2.1)</p><p>　　一般斜探頭K值可根據工件厚度來選擇，較薄厚度采用較大K值，如8~14厚度可選K3.0~K2.0探頭,以便避免近場區(qū)探傷，提高定位定量精度；較厚工件采用較小K值，以便縮短聲程，減小衰減，提高探傷靈敏度。如15~46厚度可選K2.0~K1.5探頭，同時還可減少打磨寬度。在條件允許的情況下，應盡量采用大K值探頭。</p><p&g

31、t;　　探頭K值常因工件中的聲速變化和探頭的磨損而產生變化，所以探傷前必須在試塊上實測K值，并在以后的探傷中經常校驗。</p><p><b>　　2）頻率選擇</b></p><p>　　焊縫的晶粒比較細小，可選用比較高的頻率探傷，一般為2.5~5.0MHz。對于板厚不大的焊縫，可采用較高的頻率；對于板厚較大，衰減明顯的焊縫，應選用較低的頻率。</p>

32、<p><b>　　2.探頭移動區(qū)寬度</b></p><p>　　焊縫兩側探測面探頭移動區(qū)的寬度P一般根據母材厚度而定,如圖2.1。</p><p>　　圖2.1. 探頭移動區(qū)和檢測區(qū)</p><p>　　厚度為8 ~46mm的焊縫采用單面兩側二次波探傷，探頭移動區(qū)寬度為：</p><p>　　P 2K

33、T+50 (mm) (2.2)</p><p>　　厚度為大于46mm的焊縫采用雙面兩側一次波探傷，探頭移動區(qū)寬度為：

34、 </p><p>　　P KT+50 (mm) (2.3)</p><p>　　式中K----探頭的K值；T-----工件厚度。</p><p>　　工件表面的粗糙度直接影響探傷結果，一般要求表面粗糙度不大于6.3m，否則應予以修整。</p>

35、;<p><b>　　3. 耦合劑的選擇</b></p><p>　　在焊縫探傷中，常用的耦合劑有機油、甘油、漿糊、潤滑脂和水等，實際探傷中用的最多的是漿糊和機油。</p><p><b>　　4.探頭前沿的測定</b></p><p>　　a. 開啟儀器后調節(jié)相關旋鈕，使時基線亮度清晰。</p>

36、<p>　　b. 將探頭放在CSK-IA試塊上，使聲束對準R100圓弧面，盡量使聲束軸線與試塊兩側面相平行。</p><p>　　c. 調節(jié)增益和深度旋鈕，使R100圓弧面反射回波出現在熒光屏上易于觀察的位置。</p><p>　　d. 移動探頭使R100圓弧面反射回波達到最高，固定探頭。</p><p>　　e. 用直尺測出探頭端面到圓弧端面的距離M

37、1。</p><p>　　f. 重復d～e 兩步驟，測出M2、M3。并計算出平均值M0則L0=100-M0 ,則距探頭端面L0處為探頭的入射點。</p><p><b>　　5.K值的測定</b></p><p>　　a. 開啟儀器調節(jié)相關旋鈕，使時基線清晰明亮。</p><p>　　b. 將探頭置于CSK-IA試塊上，

38、使聲束對準直徑50的有機玻璃橫孔，調節(jié)增益和深度旋鈕，使直徑50 的有機玻璃橫孔反射回波顯示在熒光屏上容易觀察的位置。</p><p>　　c. 移動探頭找到直徑50 最高反射回波時，固定探頭。</p><p>　　d. 用直尺測量出探頭端面到試塊端面的距離L1。</p><p>　　e. 重復c～d 測出L2、L3。計算出L的平均值L4。則探頭K值為：K=(L1+

39、L0-35)/30。</p><p>　　斜探頭K值的測定，也可以用CSK-IIIA試塊在調節(jié)儀器掃描線比例時同時進行。具體方法是在測定某一深度的 16短橫孔時，找到孔的最大反射回波后用入射點至該孔的水平距離除以該孔的深度值，商即為K值?？捎貌煌疃鹊目诇y得數值反復計算幾次求得平均值，這樣較為精確。</p><p>　　6.按聲程1:1定標，使用試塊CSK-IA型</p>&

40、lt;p>　　將斜探頭置于試塊上，移動探頭，找到R50的最大回波處，出現最大回波后，固定探頭，調節(jié)波門框住R50的最大回波，再調“始波偏移”量，調“+”或“-”鍵，使示波屏上“PS”讀數為50.00mm。</p><p>　　移動斜探頭，在試塊上找到R100的最大回波處，出現最大回波后，固定探頭，調節(jié)波門框住R100的最大回波，再調“聲速”量，調“+”或“-”鍵，使示波屏上“PS”讀數為100.00mm。&

41、lt;/p><p>　　再找R50的最大回波，調“始波偏移”量，使示波屏上“PS”讀數為50.00mm；再找到R100的最大回波，調“聲速”量，使示波屏上“PS”讀數為100.00mm。多次反復以上步驟，直至調準為止，即完成聲程1:1定標。</p><p>　　7.表面補償+4dB</p><p><b>　　8.制DAC曲線</b></p&

42、gt;<p>　　a． 將探頭對CSK-ⅢA試塊上深度為10mm的橫孔，移動探頭找到該橫孔的最高回波后固定探頭，調節(jié)增益，使其最高回波的波峰達到熒光屏滿深度的80%，并標記在熒光屏上。</p><p>　　b． 在增益不變的情況下，逐次將探頭分別對準深度為20mm、30mm、40mm、50mm的各橫孔，移動探頭分別找到各橫孔的最高回波將各個波峰標記在熒光平面上，連接各波峰峰點，繪制出一條曲線。<

43、;/p><p>　　c． 按標準JB/T4730.3-2005中規(guī)定，以繪制的曲線為基準，分別增益-9dB、-3dB、+5dB ，即得評定線、定量線、判廢線 。則距離波幅曲線繪制完成。</p><p><b>　　9.缺陷掃查</b></p><p>　　在中厚板焊縫檢測中常用如下幾種掃查方式：</p><p><b&

44、gt;　　a．鋸齒型掃查</b></p><p>　　如圖2.2.探頭以鋸齒的路線進行運動，每次前進的齒距不得超過探頭晶片直徑，間距過大會造成漏檢。為發(fā)現與焊縫成一定角度的傾斜缺陷，探頭在做前后鋸齒運動時，可同時作 10º~15º轉動。</p><p>　　圖2.2.鋸齒型掃查</p><p>　　b．斜平行和平行掃查</p&g

45、t;<p>　　為了發(fā)現并檢出焊縫或熱影響區(qū)的橫向缺陷，可將探頭沿焊縫兩側邊緣與焊縫成一定角度（10º~30º）做斜平行掃查，見圖2.3。對于磨平的焊縫可直接在焊縫及熱影響區(qū)作平行移動，見圖2.4。 </p><p>　　圖2.3. 斜平行掃查 圖2.4. 平行掃查</p><p>　　c．其他方式

46、掃查,如圖2.5</p><p>　　1）左右掃查與前后掃查：當用鋸齒掃查發(fā)現缺陷后，可用左右掃查與前后掃查找到缺陷的最大回波，用左右掃查來確定缺陷沿焊縫方向的指示長度；用前后掃查來確定缺陷的水平距離或深度。</p><p>　　2）轉角掃查：發(fā)現缺陷后用轉角掃查可以大致推斷缺陷的方向。</p><p>　　3）環(huán)繞掃查：發(fā)現缺陷后用環(huán)繞掃查可以大致推斷缺陷的形狀。

47、用此種方法掃查時，如果單一回波的高度變化不大，則可判斷為點狀缺陷，如果回波的高度變化較大，則可判斷為面積缺陷。</p><p>　　圖2.5.發(fā)現缺陷后的四種基本掃查方法</p><p>　　10.缺陷的定位與定量</p><p>　　檢測中發(fā)現缺陷波后，應根據示波屏上缺陷波位置以及探頭與焊縫的距離，來確定缺陷在焊縫中的實際位置。還應根據不同距離的波高確定缺陷的大小

48、以及指示長度。</p><p>　　A.缺陷位置的測定 </p><p>　　首先在焊縫的兩側找到缺陷的最大回波處，然后調節(jié)增益，把回波高度降至80%滿刻度，固定線探頭，用鋼直尺量出探頭前沿至焊縫中心線的距離X1及探頭中心線至焊縫邊緣的距離S3。再讀出此時的埋深（PY：Y2，PX：X2）、增益：A。要判斷回波是母材上的還是焊縫上的，可根據公式</p><p>&l

49、t;b>　?。?.4）</b></p><p>　　式中:M--焊縫寬度</p><p>　　來判斷，若該式成立，則在焊縫內，反之母材上。必要時還要從焊縫的另一側進行探測驗證，檢測是否為焊縫缺陷。</p><p>　　缺陷實際埋深的確定：</p><p>　　a．當缺陷埋深PY<T(板厚)時，PY等于缺陷距離探測面的實

50、際埋深Y（一次波或直射波）。</p><p>　　b.當T<PY<2T時，Y=2T-PY(二次波或一次反射波)。</p><p>　　c.當2T<PY<3T時，Y=PY-2T（三次波或二次反射波）。</p><p>　　缺陷最大點的坐標表示為（X1，S3，Y）</p><p><b>　　B.定量</b

51、></p><p>　　在定位時已經記下了缺陷最大回波時的增益讀數A，然后根據此缺陷的深度，在DAC曲線上找到其對應定量線的dB值B，即。則缺陷當量可表示為，即表示缺陷當量比此處的定量線大（正為大，負為小）。</p><p>　　C.缺陷大小的測定 </p><p>　　1）缺陷波幅度與指示長度的測定：當缺陷最大回波高度達到DAC曲線的II區(qū)時，必須測量其指示

52、長度。落在I區(qū)時一般不予考慮，但危險型缺陷除外；落在III區(qū)即為判廢缺陷。當缺陷只有一個最大回波（即單個缺陷）時，可用6dB法測長；當缺陷回波不止一個最大回波，而有多個峰值時，應采用端部峰值6dB測長法。</p><p>　　2）缺陷指示長度計量的規(guī)定：當焊縫中存在兩個或兩個以上的相鄰缺陷時要計量缺陷總長。</p><p>　　JB4730-2005規(guī)定：當相鄰兩缺陷間距小于較小缺陷長度時

53、，以兩缺陷指示長度之合作為一個缺陷的指示長度（不包含間距長度）。缺陷指示長度小于10mm者，按5mm計。</p><p>　　2.2 動態(tài)波形分析</p><p>　　傳統的超聲缺陷定性方法是根據缺陷波形狀和高度的變化,結合缺陷的位置和焊接工藝及探傷者的經驗,對缺陷的性質進行綜合判斷。</p><p>　　超聲波入射到不同性質的缺陷上，其動態(tài)波形是不同的。為了便于分

54、析估計缺陷的性質，常繪制動態(tài)波形圖。一般可使用回波包絡圖，即探頭移動過程中最大反射波幅連線圖。回波動態(tài)波形反映了超聲波束延平行或垂直焊縫掃查時，缺陷反射信號高度和信號形狀相對應的變化形態(tài)。</p><p>　　2.2.1 動態(tài)波形分析原理</p><p><b>　　1.點狀缺陷</b></p><p><b>　　a.概述</

55、b></p><p>　　點狀缺陷是指氣孔或小夾渣等小缺陷，大多呈球形，也有不規(guī)則形狀，屬小的體積性缺陷。可出現在焊縫中不同部位。</p><p><b>　　b.特征</b></p><p>　　回波當量較小，探頭左右、前后和轉動掃查時均顯示動態(tài)波形Ⅰ（見缺陷回波波形1.波形Ⅰ），對缺陷作環(huán)繞掃查時，從不同方向，用不同聲束角度探測時，若

56、保持聲程距離不變，則回波高基本相同。</p><p><b>　　2.線狀缺陷</b></p><p><b>　　a.概述</b></p><p>　　這種缺陷可測指示長度，但不易測其斷面尺寸（高度和寬度），如線狀夾渣、未焊透或未熔合等，在長度方向也可能是間斷的，如鏈狀夾渣或斷續(xù)未焊透或斷續(xù)未熔合等。</p>

57、<p><b>　　b.特征</b></p><p>　　探頭對準這類缺陷前后掃查時，一般顯示波形Ⅰ的特征，左右掃查時，顯示波形Ⅱ的特征（見缺陷回波波形2.波形Ⅱ），當缺陷斷面尺寸變化時，會出現波形Ⅲa或Ⅲb的特征（見缺陷回波波形3.波形Ⅲ），只要信號不明顯斷開較大距離，缺陷基本連續(xù)，如在長度方向缺陷波高明顯降落，則可能是斷續(xù)的，應在明顯斷開的位置附近進一步作轉動和環(huán)繞掃查，如

58、觀察到在垂直方向附近波高迅速降落，且無明顯的二次回波，則證明缺陷是斷續(xù)的。</p><p><b>　　3.平面狀缺陷</b></p><p><b>　　a.概述</b></p><p>　　這種缺陷有長度和明顯的自身高度，表面既有光滑的，也有粗糙的，如裂紋、面狀未熔合或面狀未焊透等。</p><p&

59、gt;<b>　　c.特征</b></p><p>　　探頭對準這類缺陷作前后、左右掃查時，顯示回波動態(tài)形Ⅱ或Ⅲa、Ⅲb。</p><p>　　對表面光滑的缺陷作轉動和環(huán)繞掃查時，在與缺陷平面相垂直方向的兩側，回波高度迅速降落。</p><p>　　對表面粗糙的缺陷作轉動掃查時，顯示動態(tài)波形Ⅲb的特征，作環(huán)繞掃查時，在與缺陷平面相垂直方向兩側回

60、波高度均呈不規(guī)則變化。</p><p><b>　　4.多重缺陷</b></p><p><b>　　a.概述</b></p><p>　　這是一群缺陷的集合，每個小缺陷彼此之間相隔距離很近，用超聲波探傷無法單獨對每個小缺陷單獨定位和定量，如密集氣孔或再熱裂紋等。</p><p><b>

61、　　b.特征</b></p><p>　　探頭對準這類缺陷作左右、前后掃查時，由各反射體產生的回波在探傷儀掃描線上出現在不同位置，顯示次序呈不規(guī)則，每個單獨的回波信號顯示波形Ⅰ的持征。探頭移動時，反射信號此起彼伏，密集缺陷所產生的回波信號顯示動態(tài)波形的特征（見缺陷回波波形4.波形Ⅳ）。從掃描線上顯不的回波位置可大致判斷缺陷的密集范圍。根據回波的不規(guī)則性，結合轉動和環(huán)繞掃查，可大致判斷密集缺陷是一群球狀

62、缺陷還是具有多個反射面的平面型點狀反射體，如從不同方向、用不同角度測出的回波高度有明顯變化，這表面是一群小的平面型點狀反射體，從而可將密集氣孔與具有多個反射面的裂紋區(qū)分開來。</p><p><b>　　缺陷回波動態(tài)波形</b></p><p><b>　　1.波形Ⅰ</b></p><p>　　熒光屏上顯示單個尖銳回波，

63、探頭前后、左右移動時，回波幅度平穩(wěn)地由零上升到單個峰值，然后又平穩(wěn)地回到零。這是小于聲場直徑的點狀缺陷的波形特征，如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 點狀反射體的回波動態(tài)波形</p><p><b>　　2.波形Ⅱ</b></p><p>　　探頭在各個不同的位置檢測時，熒光屏上顯示單個尖銳回波，探頭前后和左右掃查缺陷時，回波峰值平

64、穩(wěn)地由零升到峰值，當探頭繼續(xù)掃查時，波峰基本不變，并保持一段平直部分，然后又平穩(wěn)地下降到零。這是有一定長度和高度的光滑反射體波形。如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 光滑面反射體的回波動態(tài)波形</p><p><b>　　3.波形Ⅲ</b></p><p><b>　　a.波形Ⅲa</b></p>

65、<p>　　當聲束接近垂直入射至缺陷并掃查檢測缺陷時，熒光屏上均顯示單個鋸齒形回波，探頭移動時，回波幅度隨機起伏較大（波幅差＞±6dB），這是一個有一定長度和高度的不規(guī)則粗糙反射體的波形，如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 接近垂直入射不規(guī)則反射體的回波動態(tài)波形</p><p><b>　　b.波形 Ⅲb</b></p>

66、<p>　　當聲束傾斜入射至缺陷并掃查檢測缺陷時，熒光屏上顯示鐘形脈沖包絡，該鐘形脈沖包絡中有一系列連續(xù)信號，并出現很多小波峰，探頭移動時，每個波峰在脈沖包絡中移動，波幅由零逐漸升到最大值，然后又下降到零，信號幅度隨機起伏（≥±6dB）這上傾斜入射不規(guī)則粗糙反射體的波形，如圖2.9所示。</p><p>　　圖2.9 傾斜入射不規(guī)則反射體的回波動態(tài)波形</p><p>

67、;<b>　　4.波形 Ⅳ</b></p><p>　　探頭在不同位置檢測缺陷時，熒光屏上顯示一群密集缺陷回波，探頭移動時，回波信號此起彼落，忽高忽低，若可分辨，則每一個單獨回波信號均顯示波形Ⅰ的特征，這是密集形缺陷所產生的反射動態(tài)波形，如圖2.10所示。</p><p>　　圖2.10 密集型反射體反射波形</p><p><b>

68、　　5.小結</b></p><p>　　利用發(fā)上所述方法可大致定出焊縫中各種缺陷的類型。在實際中對缺陷測得靜態(tài)波形、動態(tài)波形后，應準確測出缺陷的位置、聲阻抗、表面情況、長度信息等具體參數，然后結合接頭形式、焊接工藝、掃查方式等綜合判斷缺陷的性質。本實驗正是為了驗證這種方法。</p><p>　　3 中厚板對接焊縫超聲檢測實驗及結果分析[15-19]</p>&l

69、t;p><b>　　3.1檢測系統</b></p><p>　　3.1.1超聲A掃描檢測系統</p><p>　　實驗采用南通市南通友聯數碼技術開發(fā)有限公司的南通友聯PXUT-27超聲檢測儀， 如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1南通友聯PXUT-27超聲檢測儀</p><p>　　(1)超聲儀器性能參數

70、 </p><p>　　PXUT-27全數字智能超聲波探傷儀目標參數,如表3.1。</p><p>　　表3.1 PXUT-27全數字智能超聲波探傷儀目標參數</p><p><b>　?。?）探頭參數</b></p><p>　　實驗采用探頭型號為2.5P812K2

71、</p><p><b>　?。?）試塊參數</b></p><p>　　實驗采用的試塊型號為CSK-IA，CSK-IIIA</p><p><b>　?。?）實驗環(huán)境</b></p><p>　　地點：南昌航空大學F棟教學樓106室</p><p><b>　　實

72、驗耦合劑：機油</b></p><p>　　3.1.2 動態(tài)波形繪制系統</p><p>　　實驗采用OLYMPUS NDT 5073PR超聲脈沖發(fā)生器接收器和Tektronix TDS 3032B數字熒光示波器，以及MATLAB應用軟件，如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2.a OLYMPUS NDT 5073PR超聲脈沖發(fā)生器接收器<

73、;/p><p>　　圖3.2.b Tektronix TDS 3032B數字熒光示波器</p><p>　　OLYMPUS NDT 5073PR超聲脈沖發(fā)生器接收器性能參數,如表3.2。</p><p>　　表3.2.a OLYMPUS NDT 5073PR超聲脈沖發(fā)生器接收器性能參數</p><p>　　表3.2.b 奧林巴斯5073PR

74、脈沖接收器特性</p><p>　　(2) Tektronix TDS 3032B數字熒光示波器性能參數</p><p>　　500 MHz 、300 MHz 、100 MHz 三種帶寬,取樣速率高達 5 GS/s,2 或 4 條通道 ,全 VGA 彩色 LCD 顯示 ,25 種自動測量功能 ,9 位垂直分辨率, 多語言用戶界面 ,使操作更簡易"快捷菜單"圖形用戶界面

75、,內置以太網端口, WaveAlert TM 自動波形異常檢測能力和e*Scope TM 網上遙控功能。插入式打印機可隨機提供測量結果文件，TekProbeTM Level II 接口支持的探頭包括：可自動提供定標和換算單位的有源探頭、差分探頭和電源探頭便于迅速打印的標準并行端口便于數據儲存和文件編制的內置軟驅，如表3.3。</p><p><b>　　應用模塊:</b></p>

76、<p>　　-詳細設計分析所需的高級分析功能-電信模板測試-FFT-用于測試和排障的兩種視頻模塊-快速”是否通過”測試所需的極限測試-高級觸發(fā)功能，其中包括：毛刺、欠幅脈沖和邏輯觸發(fā)</p><p>　　表3.3 Tektronix TDS 3032B數字熒光示波器性能參數</p><p>　　(3)MATLAB應用軟件</p><p>　　

77、MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態(tài)系統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。</p&g

78、t;<p>　　MATLAB的基本數據單位是矩陣，其主要功能有：數值分析，數值和符號計算，工程與科學繪圖，控制系統的設計與仿真，數字圖像處理，數字信號處理，通訊系統設計與仿真，財務與金融工程等。</p><p><b>　　(4)探頭參數</b></p><p>　　實驗采用探頭型號為2.5P1016K2</p><p><

79、b>　　(5)試塊參數</b></p><p>　　實驗采用的試塊型號為CSK-IA，CSK-IIIA</p><p><b>　　(6)實驗環(huán)境</b></p><p>　　地點：南昌航空大學逸夫樓</p><p><b>　　實驗耦合劑：機油</b></p>&l

80、t;p>　　3.2 超聲A掃描檢測結果與分析</p><p>　　本次實驗第一部分為使用超聲A掃描并結合射線檢測技術對中厚板對接焊縫中的缺陷進行定位和定量。</p><p>　　實驗試塊型號、規(guī)格：a.JM-HS-11021 厚度T=24mm </p><p>　　b.JM-HS-12125 厚度T=20mm </p><p>

81、　　3.2.1檢測的結果</p><p>　　根據板材厚度選擇探頭：2.5P812K2</p><p>　　探頭實測K值2.00,前沿長度為10mm</p><p>　　圖3.3 JM-HS-11021 缺陷1</p><p>　　最大回波處：S3=65 ， PX=28.0 ， PY=14.0 ， X=16 ， 當量</p>&

82、lt;p>　　圖3.4 JM-HS-11021 缺陷2</p><p>　　最大回波處：S3=175 ，PX=28 ， PY=14 ， X=15 ， 當量</p><p>　　圖3.5 JM-HS-12125 缺陷1</p><p>　　最大回波處：S3=92 ，PX=17.8， PY=8.9 ， X=12 ， 當量</p><p>　

83、　圖3.6 JM-HS-12125 缺陷2</p><p>　　最大回波處：S3=202 ，PX=20.5 ， PY=10.1 ， X=12， 當量</p><p>　　缺陷分布如圖3.7所示</p><p>　　圖3.7 JM-HS-11021、JM-HS-12125缺陷分布圖</p><p>　　3.3射頻信號的提取和動態(tài)波形的繪制<

84、;/p><p>　　3.3.1射頻信號的提取</p><p>　　使用OLYMPUS NDT 5073PR超聲脈沖發(fā)生器接收器發(fā)出超聲波脈沖信號，使用Tektronix TDS 3032B數字熒光示波器顯示射頻信號，使用MATLAB軟件提取射頻信號。</p><p>　　使用超聲探傷儀對探頭進行K值測定，實測K值1.93。根據公式</p><p>

85、;<b>　　(3.1)</b></p><p>　　時間t等于板材厚度T除以折射角的余弦值與橫波聲速3240m╱s的乘積。該時間t為第一次底波與始波的時間差。所以出現在小于t或大于t小于等于2t區(qū)間的，將有可能是缺陷。</p><p>　　JM-HS-11021(T=24mm)</p><p>　　圖3.8 使用射頻波檢測JM-HS-1102

86、1中1號缺陷最大反射回波</p><p>　　圖3.9使用射頻波檢測JM-HS-11021中2號缺陷最大反射回波</p><p>　　JM-HS-12125(T=20mm)</p><p>　　圖3.10 使用射頻波檢測JM-HS-12125中1號缺陷最大反射回波</p><p>　　圖3.11 使用射頻波檢測JM-HS-12125中2號缺陷

87、最大反射回波</p><p>　　3.3.2動態(tài)波形的繪制結果</p><p>　　1.JM-HS-11021(T=24mm)</p><p>　　圖3.12 JM-HS-11021中1號缺陷動態(tài)圖</p><p>　　圖3.13 JM-HS-11021中2號缺陷動態(tài)圖</p><p>　　JM-HS-12125(T=

88、20mm)</p><p>　　圖3.14 JM-HS-12125中1號缺陷的動態(tài)圖</p><p>　　圖3.15 JM-HS-12125中2號缺陷的動態(tài)圖</p><p><b>　　3.4綜合判斷</b></p><p><b>　　裂紋</b></p><p>　　裂

89、紋在射線底片呈現的是兩頭尖細，中間稍粗，裂紋雜亂無章，有微小的鋸齒，有分叉，粗細有時有變化，具有一定的長度，裂紋是結構中發(fā)生斷裂，結構中有間隙，所以聲阻抗比較小，反射回波比較高，又因為裂紋具有一定的長度，所以回波中，波具有一定的寬度，因為裂紋表面不光滑，所以最大波峰附近會出現一定的雜波，多峰最為常見如圖3.3。</p><p>　　當左右移動探頭，波會此起彼落的出現，但是波峰會有變化，當探頭做轉角移動時，波上升的

90、不會很迅速，下降的也不會很迅速。探頭可轉動的幅度還是比較大的。所以動態(tài)波形呈現的是上下錯動的。如圖3.12</p><p><b>　　簇狀氣孔</b></p><p>　　簇狀氣孔是許多氣孔集中在焊縫的某處，也可以成為密集氣孔，在射線底片上呈現的是一團的氣孔，當超聲波入射到簇狀氣孔時，出現的是由一系列反射波，它們的幅值比較接近，但是很不穩(wěn)定，主要歸結于簇狀氣孔為多重

91、反射體，它的反射波比較高，典型圖像就是為一系列的波幅比較大的波組成，波也具有一定的寬度如圖3.4。</p><p>　　當移動探頭，簇狀氣孔的變化對探頭的移動十分敏感，會出現此起彼落的動態(tài)圖，而且沒有任何規(guī)律性，隨機性很大。在探頭的移動過程中，不斷伴隨多峰的出現。如圖3.13</p><p><b>　　未熔合</b></p><p>　　坡口

92、未熔合，成因就是因為焊縫金屬與母材或者焊縫金屬之間未熔化結合在一起，它出現的位置是在坡口，所以，缺陷的位置也是判斷缺陷性質的一個重要依據，因為未熔合是平直缺陷，缺陷表面平滑，這兩點與裂紋是最大的區(qū)別，所以反應在靜態(tài)波形是：波峰尖銳，直上直下，但是源于它表面光滑，所以波峰的根部不會出現很高的雜波，但是雜波可以延續(xù)很長，具有一定的延伸性。因為它出現的位置獨特性，所以當在焊縫的使用直射波可以找出缺陷時，在另一側，使用直射波可能找不到缺陷，或者

93、說兩次探測當量相差比較大，使用二次波才能找到最大波峰，這也是判定未熔合的依據。如圖3.5</p><p>　　當移動探頭時，最大波峰在一定距離內，是不會出現比較大的變化，當探頭做轉角移動時，波峰下降的比較迅速，同時上升的也比較迅速，所以探頭轉角的幅度不大，這是源于它是平直缺陷如圖3.14。</p><p><b>　　未焊透</b></p><p&

94、gt;　　未焊透是出現V型焊縫底部或者X型坡口中部，這個是與未熔合最大的區(qū)別，兩者的靜態(tài)波形是相似的，但是由于出現的位置不相同，當在一側找到缺陷最大回波時，在另一側對稱的位置，也得找到，而且反射波高比較接近，波形比較穩(wěn)定，特別是根部未焊透，其回波的速度比較快，反應強烈，導致波峰尖銳，如圖3.6</p><p>　　當探頭做轉角移動時波形消失的很快，在動態(tài)波形與靜態(tài)波形，未焊透與未熔合很相似，唯一能區(qū)分的是通過缺陷

95、的位置，未焊透是出現在焊道中心，當探頭平行于焊縫移動時，如反射波的位置和高度變化極小如圖3.15。</p><p><b>　　4 總結</b></p><p>　　本文使用A型超聲探傷儀和脈沖信號發(fā)生接收器對中厚板對接焊縫中的缺陷進行實驗研究，本實驗采用的設備為南通市南通友聯數碼技術開發(fā)有限公司的南通友聯PXUT-27超聲檢測儀，探頭型號為2.5P812K2型，對試

96、件進行檢測，探頭與工件之間用機油進行耦合，掃描方向與焊縫方向垂直。通過本文南通友聯PXUT-27超聲檢測儀得到缺陷回波，并對缺陷進行定量和定位。使用OLYMPUS NDT 5073PR超聲脈沖發(fā)生器接收器和Tektronix TDS 3032B數字熒光示波器，以及MATLAB軟件對圖像進行處理，采用矩陣的方法對各個缺陷的最大回波的動態(tài)波形進行處理。</p><p>　　結果表明：在對中厚板對接焊縫進行檢測時可以通

97、過脈沖射頻信號進行檢測得到缺陷回波的動態(tài)波形，利用圖像特征可以較好地識別缺陷的類型，再利用A型脈沖反射法加以輔助，可以對缺陷進行定性。</p><p>　　對缺陷性質的評估歸納起來有以下要點:</p><p>　　(1)反射波的高低　夾渣反射波幅最低,氣孔反射波幅次之,未焊透、未熔合、裂紋反射波幅最高。</p><p>　　(2)探頭移動方式和缺陷包絡線形狀　左右移

98、動時具有一定的長度為線性缺陷(如未焊透、未熔合、裂紋) ,而移動長度較短為球形缺陷(如氣孔) ;定點轉動和環(huán)繞運動時可以區(qū)分裂紋與未焊透、未熔合缺陷,定點轉動和環(huán)繞運動時轉動角度小,缺陷包絡線波形陡直且下降速度快的為未焊透、未熔合缺陷,而轉動角度大,缺陷包絡線波形下降緩慢且有起伏的為裂紋缺陷。</p><p>　　(3)缺陷的形狀　氣孔大多數為球形或橢球形,形狀較規(guī)則;未焊透、未熔合、裂紋一般呈線狀,具有一定的長

99、度;夾渣形狀一般較復雜,但具有一定的寬度。</p><p>　　(4)缺陷的位置　未焊透缺陷的位置一般靠近焊縫的中間,未熔合缺陷的位置一般靠近焊縫兩邊。</p><p>　　計算機技術的廣泛應用為缺陷的模式識別與分類提供了一個有效的手段。超聲檢測中的缺陷回波也是一種振動波形, 若要進行缺陷的識別和分類, 必須從所接收到的彼形中提取出不同缺陷波的典型特征信息,然后根據一定的算法或規(guī)則進行分類

100、與識別。圖為數字化超聲檢測與分析系統組成圖, 此系統由數字化超聲波探傷儀、微機、軟件、信號處理卡和打印輸出裝置等組成。利用該系統, 可進行超聲波形采集、頻譜分析, 并可自動進行時域和頻域的特征值計算等。圖是由系統采集到的射頻信號波形, 通過對該波形的信號處理, 可得到時、頻域的特征值。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王國凡等

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