超声波检测在保证焊接质量方面的应用
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[摘 要]超声波是一种声波频率高于20kHz的声波。用于探伤的超声波，频率在0.4MHz～25MHz，其中日常使用最多的是1MHz～5MHz。由于超声波探伤具有探测距离大，探伤设备体积小，便于携带到工作现场，检测速度快，而且探伤中只消耗耦合剂和探头的磨损，检测费用低廉等特点，因此被广泛应用于国民经济的各个行业。
[关键词]超声波检测、探伤、应用、措施
中图分类号：TU758.11 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）18-0400-01
无损检测是在不破坏钢结构构件材质与性能的情况下测量构件质量的技术，内容包括缺陷检测、性能评定、产品分选、生产过程监控等。其范围涉及到构件成分、组织、性能、残余应力状态与缺陷的检验。同时它又包括产品制造阶段的检查与产品运行阶段的在役检查，常规无损检测方法有：射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测、声发射检测等。但肉眼检测存在不能对工件内部质量缺陷进行有效识别的不足之处，使用超声波探伤方法可以弥补肉眼宏观检验无法完成对工件内部缺陷判定的不足，并大大提高检测的准确性和可靠性。具体使用何种方法进行无损检测要根据工件种类、特点、使用来确定合理适宜的检测方法。
一、超声波探伤在实际工作中的应用
超声波探伤用于全熔透焊缝，其探伤比例按每条焊缝长度的百分数计算，并且不小于200mm。对于局部探伤的焊缝如果发现有不允许的缺陷时，应在该缺陷两端的延伸部位增加探伤长度，增加长度不应小于该焊缝长度的10%且不应小于200mm，当仍有不允许的缺陷时，应对该焊缝进行100%的探伤检查，其次应该清楚探伤时机，碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度后、低合金结构钢在焊接完成24小时以后方可进行焊缝探伤检验。另外还应该知道待测工件母材厚度、接头型式及坡口型式。在实际工作中要求探伤的绝大多数焊缝都是中板对接焊缝的接头型式，一般母材厚度在8～16mm之间，坡口型式有I型、单V型、X型等几种形式。下面主要就对焊缝探伤的操作做针对性的总结。
1.1 在探伤操作前都必须利用标准试块（CSK-IA、CSK-ⅢA）校准仪器的综合性能，校准面板曲线，以保证探伤结果的准确性。
1、探测面的修整：应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等，光洁度一般低于4。焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为大于等于2KT+50mm，（K：探头K值，T：工件厚度）。一般的根据焊件母材选择K值为2.5探头。例如：待测工件母材厚度为10mm，那么就应在焊缝两侧各修磨100mm。
2、耦合剂的选择应考虑到粘度、流动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗，而且经济，综合以上因素选择耦合剂。
3、由于母材厚度较薄因此探测方向采用单面双侧进行。
4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法来调节仪器的扫描速度。
5、在探伤操作过程中采用粗探伤和精探伤。粗探伤是为了大概了解缺陷的有无和分布状态，定量、定位就是精探伤。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式以便于发现各种不同的缺陷并且判断缺陷性质。
6、对探测结果进行记录，如发现内部缺陷对其进行评定分析。焊接对头内部缺陷分级应符合现行国家标准GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》的规定，来评判该焊否合格。
1.2 缺陷评估判定、产生原因及防止措施分析
一般的焊缝中的常见缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。到目前为止还没有一个成熟的方法对缺陷的性质进行准确的评判，只是根据荧光屏上得到的缺陷波的形状和反射波高度的变化结合缺陷的位置和焊接工艺对缺陷进行综合估判。对于内部缺陷的性质的估判以及缺陷的产生原因和防止措施大体总结了以下几点：
1、气孔：
单个气孔回波高度低，波形为单缝，较稳定。从各个方向探测，反射波大体相同，但稍一动探头就消失，密集气孔回出现一簇反射波，波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。
产生这类缺陷的原因主要是焊材未按规定温度烘干，焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀，焊丝清理不干净，手工焊时电流过大，电弧过长；埋弧焊时电压过高或者网络电压波动过大；气体保护焊时保护气体纯度低等，如果焊缝中存在着气孔，既破坏了焊缝金属的致密性，又使得焊缝有效截面积减少，降低了机械性能，特别是存在链状气孔时，对弯曲和冲击韧性会有比较明显降低。防止这类缺陷的措施有：不使用药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条，生锈的焊丝必须除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干，坡口及其两侧清理干净，并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。
2、夹渣
点状夹渣回波信号与点状气孔相似，条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高，波形多呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移波辐有变动，从各个方面探测时反射波幅不相同。
防止缺陷产生的原因有：焊接电流过小，速度过快，熔渣来不及浮起，被焊边缘和各层焊缝清理不干净，其本金属和焊接材料化学成分不当，含硫、磷较多等。
防止措施有：正确选用焊接电流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必须把坡口清理干净，多层焊时必须层层清除焊渣；并合理选择运条角度焊接速度等。
3、未焊透
反射率高，波幅也较高，探头平移时，波形较稳定。在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后往往会引起裂纹，是一种危险性缺陷。
其产生原因一般是：坡口纯边间隙太小，焊接电流太小或运条速度过快，坡口角度小，运条角度不对以及电弧偏吹等。
防止措施有：合理选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。
4、未熔合
探头平移时，波形较稳定。两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探索到。
其产生的原因：坡口不干净，焊速太快，电流过小或过大，焊条角度不对，电弧偏吹等。
防止措施：正确选用坡口和电流，坡口清理干净，正确操作防止焊偏等。
以上所总结的几个方面还不够全面，有待于在实际工作中不断地总结和完善，为企业生产把好质量关卡。
参考文献
[1] 任顺战，刘建中.焊缝裂纹的超声波探伤[A].1999年晋冀鲁豫鄂蒙六省区机械工程学会学术研讨会论文集（河南分册）[C].1999年.
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