T型焊接接头的超声检测研究

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摘要:本文主要对T型焊接接头的超声检测方法和工艺作了论述。首先讨论了T型焊接接头超声检测探头K值、频率、晶片尺寸和标准试块的选择，以及距离波幅曲线的制作和检测灵敏度的确定；重点探讨了T型接头在腹板和翼缘板上不同位置不同方向上缺陷的检测方法；最后通过超声波探伤方法对某一T焊接接头工件进行了试验，得出了在T型焊接接头超声检

测时应注意的事项。

关键词：超声检测，T型焊接接头，翼板，腹板

中图分类号：C93文献标识码： A

1绪论

1.1 T型焊接接头无损检测重要性

特种设备是在工业生产和人民生活中广泛使用的具有潜在危险的重要设备，在特种设备中管座角焊缝、T型焊缝中容易存在产生危害性缺陷危及特种设备的安全，超声检测技术在确保特种设备制造、安装质量和安全运行中至关重要。超声检测是无损检测里最重要的方法之一。超声法主要用于检测焊缝内部埋藏缺陷和人接触不到的焊缝内表面裂纹。管座角焊缝及T型焊缝最容易出现内部未焊透和未熔合缺陷， 因此在探测之前， 必须首先根据图纸，弄清楚其材质、坡口位置和其结构型式、焊接时间等，估计它可能产生什么性质的缺陷、缺陷产生的部位和其取向，从而选择最佳的探测面， 使主声束与缺陷的反射界面垂直或近似垂直，以便获得最大的反射能量，使危害性缺陷比较容易地被探测出来。

2 T型焊接接头超声波检测

2.1 T型焊接接头横波超声波检测

2.1.1 腹板位检测面

（1）探伤条件的确定

与平板对接焊缝探伤相似,腹板在焊接后基本平整,对缺陷定位没有多大影响,对缺陷的大小及性质能做出较准确的判断。根据JB /T4730.3―2005标准要求规定“原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验,对整个焊缝截面进行探测。受几何条件的限制可在焊缝的双面单侧采用两种角度探伤进行探伤”。由于钢结构件T形焊缝探伤受几何条件的限制,在腹板上检测时可采用两种角度探头在双面单侧进行检测,整个焊缝截面都能查到,确保焊接质量。

a、斜探头K值的确定

用斜探头在腹板一侧进行探测时，探头K值根据腹板厚度按表2-1进行。

表 2-1推荐采用的斜探头K值

板厚 T, mm K值

6~25 3.0~2.0（72°～60°）

>25~46 2.5~1.5 (68°~56°)

>46~120 2.0~1.0（60°~45°）

>120~400 2.0~1.0 (60°~40°)

根据腹板厚度,一般选择K2或K2.5探头,在腹板单面作一次反射法探伤。

b、斜探头频率的确定

对一般的2.5MHz斜探头、2.5MHz聚焦斜探头、短前沿5MHz斜探头试验，在腹板上的检测结果，以5MHz为理想。这是由于一般的2.5MHz斜探头与5MHz相比，其声束横截面宽度和指向性较差，2.5MHz聚焦斜探头声程也有变化，不易推广。

c、斜探头晶片尺寸的确定

以短前沿5P66k2.5斜探头在腹板上检测效果最佳。

d、标准试块

推荐标准试块用CSK―ⅠA、CSK―ⅢA试块。

e、探伤仪选择

选用A型脉冲反射式超声波探伤仪,要求仪器性能指标符合JB/T4730.3―2005标准规定。因为腹板较薄,因此还要求仪器有较好抑制近场区杂波的能力。时基线按水平比例1∶1调节。灵敏度按JB/T4730.3―2005标准规定调整。

(2) T型焊接接头检测干扰回波产生的规律性

在T型焊接接头的腹板上以直射波、一次反射波对焊接接头整个截面进行扫查。由于近探头一侧的上、下焊角对超声波无会聚作用，因而不会产生焊角干扰回波。但当探头K值较大时，翼缘板会产生干扰回波，不过此种干扰回波与焊缝部位的缺陷回波距离相差较大，比较容易区分。

2.1.2 翼板为检测面

(1)检测条件的确定

由于看不见角焊缝,须以翼板边缘为基准或在翼板上以腹板厚度1/2处为准画一条基准线来确定斜探头位置。因为钢结构件在焊接过程中会出现扭曲变形和翼板弯曲,使画出的基准线也发生变化,因此易对反射波产生误判。如以此基准线确定斜探头位置就不准确了,难以判断腹板背面角焊缝中缺陷位置。故不宜采用该方法探伤。

a、斜探头K值的确定

用斜探头在翼板外侧进行检测时，推荐使用K1探头。

b、斜探头频率和晶片尺寸的确定

用斜探头在翼板外侧进行检测时，推荐使用2.5MHz,晶片尺寸1313的斜探头。

(2)探伤灵敏度的确定

T型焊接接头检测距离―波幅曲线的灵敏度：距离―波幅曲线应按所用探头和仪器在试块上实测的数据绘制而成，该曲线族由评定线、定量线和判废线组成。评定线与定量线之间（包括评定线）为Ⅰ区，定量线与判废线之间（包括定量线）为Ⅱ区，判废线及其以上区域为Ⅲ区，如图所示。如果距离―波幅曲线绘制在荧屏上，则在检测范围内不低于荧光屏满刻度的20%。

图2.2 距离―波幅曲线

T型焊接接头采用斜探头检测时，其距离波幅曲线灵敏度应以腹板厚度为准。如表2-3。

表2-3距离―波幅曲线的灵敏度

试块型式 板厚（mm） 评定线 定量线 判废线

CSK―ⅡA 6~46

>46~120 240-18dB

240-14 dB 240-12 dB

240-8 dB 240-4 dB

240+2 dB

CSK―ⅢA 8~15

>15~46

>46~120 16-12

16-9

16-6 16-6

16-3

16 16+2

16+5

16+10

2.2 T型焊接接头纵波超声波检测

在翼板上用直探头检测角焊缝由于在翼板上探伤时看不到焊缝,必须以翼板边缘为准找出焊缝中心,画出一条基准线。采用5N10,5N12窄脉冲直探头,扫描比例为1∶1,使2mm平底孔当量不漏检,利用钢板大平底来调整探伤灵敏度(因窄脉冲探头对近场区有较高的分辨力),在此灵敏度下层状撕裂很容易探出。但只能探测角焊缝中部的缺陷,因为角焊缝的斜面和超声波扩散角使反射波杂乱,缺陷波难以判断;再者由于焊接过程钢结构件发生扭曲变形和翼板产生弯曲现象,至使在翼板上画出的基准也发生变化,因此采用直探头探伤较麻烦,还应说明，高强钢焊接结构的角焊缝或T型焊接接头，若翼板很厚，刚度和焊接应力又十分大，在焊缝中或其边缘很有可能产生横向裂纹和焊趾裂纹，采用纵波检测容易漏检。

2.2.1 探伤条件的确定

直探头频率的确定：采用纵波检测，为了减少探头杂波对检测结果的影响，应选用频率高（例如5MHz）的探头。

直探头晶片尺寸的确定：采用5MHz 小晶片( 如6mm) 直探头或直径大一些的5MHz聚束直探头直接在翼板上用垂直声束检测组合焊缝的未焊透尺寸，能获得较好的效果。

标准试块：CSⅠ试块是一种适用于单直探头的标准试块。因此，推荐标准试块用CSⅠ试块。

探伤仪选择：选择HS600e汉威超声波探伤仪效果较好。

2.2.2 探伤方法（翼板检测）

（1）对应腹板对边中心在T型接头组合焊缝试件的翼板外表面划标记线，探头分别在标记线的两侧对着标记线前后移动，进行探测。

（2）移动探头，使未焊透反射波在仪器上显示的深度读数值等于翼板厚度值，在此种情况下再前后移动探头，这时可能出现以下四种情况，要用不同方法确定未焊透端点。

2.2.3 探伤灵敏度的确定

应用CSⅠ―1、CSⅠ―2、CSⅠ―3标准试块，分别测试三组不同反射距离的同一平底孔其对应的波幅分贝值，据此即可制作2、3、4的距离―波幅―当量坐标曲线。如图2平底孔的距离―波幅曲线可作为扫查灵敏度，3平底孔的距离―波幅曲线可作为基准灵敏度，4平底孔的距离―波幅曲线可作为定量灵敏度。

图2.3 直探头距离波幅曲线

3试验

3.1 试样

Q235A16Mn钢,翼板厚度一般为20mm,宽度为180mm。腹板厚度t一般为13mm,钢结构件的长度不等。T形接头焊缝大部分采用手工电弧焊,一般结构焊脚尺寸定为腹板的t/4,重级工作制和超重量>50t的中级工作制吊车梁腹板与翼缘的焊脚尺寸为t/2,且≯10mm。

3.2 探伤条件的确定

3.2.1 横波斜探头

横波斜探头检测分为腹板检测和翼板检测。

（1）腹板横波检测用5P66k2.5短前沿斜探头检测效果最佳。

（2）翼板横波检测用2.5P1313k1斜探头检测效果最佳。

3.2.2 纵波直探头

纵波直探头检测用频率为5MHz晶片尺寸为6mm的直探头检测效果较好。

3.3检测方法及扫查方式

3.3.1 腹板扫差

用斜探头在腹板一侧用直射法或一次反射法进行探测，见图3.1位置2和位置4。

3.3.2 翼板扫查

翼板扫查分为直探头扫查和斜探头扫查。用斜探头从翼板外侧用直射法进行探测见图4.1位置1。用直探头在翼板外侧沿焊接接头探测或者用斜探头（推荐使用K1探头）在翼板外侧沿焊接接头探测，见图3.1位置3。位置3包括直探头和斜探头两种扫查。

图3.1T型接头扫查示意图

3.4 实验结果

缺陷的定位：以T型接头翼板的一侧为基准定义为X轴方向，以翼板和腹板的焊缝的中心线为基准定义为Y轴方向，以焊缝中心与翼板垂直的方向为基准定义为Z轴方向。如图3.2所示。检测结果列于表3―1中。

图3.2缺陷定位示意图

表3―1缺陷检测结果

缺陷

编号 缺陷位置

（x,y,z） 翼板直探头

检测 翼板斜探头

检测 腹板斜探头

检测

1 （-6.2，107.3，22.7） 3+5dB 2-7 dB 2-3 dB

2 （-1.7，122.6，23.1） 3+7dB 2-9dB 2-1 dB

3 （5.8，141.8，21.9） 3+5dB 2-8 dB 2-4 dB

4结论

（1） 在腹板上测量/型焊缝未焊透尺寸时, 由于几何入射点和实际入射点的不同, 尽可能采用 K1、K1.5、K2等小K值、短前沿斜探头, 误差相对较小。

（2）测量未焊透尺寸时, 所用探头的频率宜选用5MHz较好, 杂波少, 声束尖锐集中, 可减少误差。

（3）测量未焊透尺寸时, 在可能的条件下, 要尽量采用直射法, 避免采用一次反射法, 以荧光屏的X轴做深度定位, 缩短声程, 减少误差。

（4） 水平测距时, 由于实际测距比几何测距要小, 要注意实际入射点和几何入射点的修正。

（5）在钢结构T形接头焊缝超声波检测中,由于腹板较薄,焊缝较窄,往往会造成误判,所以需准确确定声程距离并根据水平位置确定深度,或用油手轻轻拍打焊缝边缘看反射波是否跳动来综合判断。

（6）当用两种角度探头探伤时,为使超声波束与缺陷垂直,应选择K值较大的探头,一般常选用K2或K2.5探头,以便能检出焊缝中大多数缺陷。