超聲波探傷原理

超聲波探傷比X射線探傷具有較高的探傷靈敏度、周期短、成本低、靈活方便、效率高，對人體無害等優(yōu)點；缺點是對工作表面要求平滑、要求富有經(jīng)驗的檢驗人員才能辨別缺陷種類、對缺陷沒有直觀性；超聲波探 傷適合于厚度較大的零件檢驗

（1）超聲波在介質(zhì)中傳播時，在不同質(zhì)界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超聲波波長時，則超聲波在缺陷上反射回來，探傷儀可將反射波顯示出來；如缺陷的尺寸甚至小于波長時，聲波將繞過缺陷而不能反射；

（2）波聲的方向性好，頻率越高，方向性越好，以很窄的波束向介質(zhì)中輻射，易于確定缺陷的位置.

（3）超聲波的傳播能量大，如頻率為1MHZ（1兆赫茲）的超聲波所傳播的能量，相當于振幅相同而頻率為1000HZ（赫茲）的聲波的100萬倍.

據(jù)美國國家宇航局調(diào)研分析，認為無損檢測方法可分為六大類約70余種。但在實際應用中比較常見的有以下幾種：

常規(guī)無損檢測方法有：

－超聲檢測 Ultrasonic Testing（縮寫 UT）

－射線檢測 Radiographic Testing（縮寫 RT）；

－磁粉檢測 Magnetic particle Testing（縮寫 MT）；

－滲透檢驗 Penetrant Testing （縮寫 PT）；

－渦流檢測Eddy current Testing（縮寫 ET）；

非常規(guī)無損檢測技術(shù)有：

－聲發(fā)射Acoustic Emission（縮寫 AE）；

－泄漏檢測Leak Testing（縮寫LT）；

－光全息照相Optical Holography；

－紅外熱成象Infrared Thermography；

－微波檢測 Microwave Testing

超聲波探傷原理探傷儀種類

探傷儀種類繁多，但在實際的探傷過程，脈沖反射式超聲波探傷儀應用的最為廣泛。一般在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致，由反射定理我們知道，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會發(fā)生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)這個原理設計的。

超聲波探傷原理A掃描方式

所謂A掃描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。

在一個鋼工件中存在一個缺陷，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(zhì)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。這個反射波的高度和形狀因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性質(zhì)。 具體技術(shù)指標見（表1）。

超聲波探傷原理B掃描方式

在掃描圖像以二維圖像顯示，如某探傷儀的參數(shù)如下：

超探儀是一種便攜式工業(yè)無損探傷儀器，它能夠快速便捷、無損傷、精確地進行工件內(nèi)部多種缺陷（焊縫、裂紋、夾雜、折疊、氣孔、砂眼等）的檢測、定位、評估和診斷。既可以用于實驗室，也可以用于工程現(xiàn)場。本儀器能夠廣泛地應用在制造業(yè)、鋼鐵冶金業(yè)、金屬加工業(yè)、化工業(yè)等需要缺陷檢測和質(zhì)量控制的領域，也廣泛應用于航空航天、鐵路交通、鍋爐壓力容器等領域的在役安全檢查與壽命評估。它是無損檢測行業(yè)的必備。

超聲波探傷作用

無損檢測的常規(guī)方法有直接用肉眼檢查的宏觀檢驗和用射線照相探傷、超聲探傷儀、磁粉探傷儀、滲透探傷、渦流探傷等儀器檢測。肉眼宏觀檢測可以不使用任何儀器和設備，但肉眼不能穿透工件來檢查工件內(nèi)部缺陷，而射線照相等方法則可以通過各種各樣的儀器或設備來進行檢測，既可以檢查肉眼不能檢查的工件內(nèi)部缺陷，也可以大大提高檢測的準確性和可靠性。至于用什么方法來進行無損檢測，這需根據(jù)工件的情況和檢測的目的來確定。

那么什么又叫超聲波呢？聲波頻率超過人耳聽覺，頻率比20千赫茲高的聲波叫超聲波。用于探傷的超聲波，頻率為0.4-25兆赫茲，其中用得最多的是1-5兆赫茲。利用聲音來檢測物體的好壞，這種方法早已被人們所采用。例如，用手拍拍西瓜聽聽是否熟了；醫(yī)生敲敲病人的胸部，檢驗內(nèi)臟是否正常；用手敲敲瓷碗，看看瓷碗是否壞了等等。但這些依靠人的聽覺來判斷聲響的檢測法，比聲響法要客觀和準確，而且也比較容易作出定量的表示。由于超聲波探傷具有探測距離大，探傷裝置體積小，重量輕，便于攜帶到現(xiàn)場探傷，檢測速度快，而且探傷中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測費用較低等特點，建筑業(yè)市場主要采用此種方法進行檢測。

下面介紹一下超聲波探傷在實際工作中的應用。

接到探傷任務后，首先要了解圖紙對焊接質(zhì)量的技術(shù)要求。鋼結(jié)構(gòu)的驗收標準是依據(jù)GB50205-95《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》來執(zhí)行的。標準規(guī)定：對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為一級時評定等級為Ⅱ級時規(guī)范規(guī)定要求做100%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為二級時評定等級為Ⅲ級時規(guī)范規(guī)定要求做20%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為三級時不做超聲波內(nèi)部缺陷檢查。

在此值得注意的是超聲波探傷用于全熔透焊縫，其探傷比例按每條焊縫長度的百分數(shù)計算，并且不小于200mm。對于局部探傷的焊縫如果發(fā)現(xiàn)有不允許的缺陷時，應在該缺陷兩端的延伸部位增加探傷長度，增加長度不應小于該焊縫長度的10%且不應小于200mm，當仍有不允許的缺陷時，應對該焊縫進行100%的探傷檢查，其次應該清楚探傷時機，碳素結(jié)構(gòu)鋼應在焊縫冷卻到環(huán)境溫度后、低合金結(jié)構(gòu)鋼在焊接完成24小時以后方可進行焊縫探傷檢驗。另外還應該知道待測工件母材厚度、接頭型式及坡口型式。至今為止我在實際工作中接觸到的要求探傷的絕大多數(shù)焊縫都是中板對接焊縫的接頭型式，所以我下面主要就對焊縫探傷的操作做針對性的總結(jié)。一般地母材厚度在8-16mm之間，坡口型式有I型、單V型、X型等幾種形式。在弄清楚以上這此東西后才可以進行探傷前的準備工作。

在每次探傷操作前都必須利用標準試塊（CSK-IA、CSK-ⅢA）校準儀器的綜合性能，校準面板曲線，以保證探傷結(jié)果的準確性。

1、探測面的修整：應清除焊接工作表面飛濺物、氧化皮、凹坑及銹蝕等，光潔度一般低于▽4。焊縫兩側(cè)探傷面的修整寬度一般為大于等于2KT 50mm，（K:探頭K值，T：工件厚度）。一般的根據(jù)焊件母材選擇K值為2.5探頭。例如：待測工件母材厚度為10mm,那么就應在焊縫兩側(cè)各修磨100mm。

2、耦合劑的選擇應考慮到粘度、流動性、附著力、對工件表面無腐蝕、易清洗，而且經(jīng)濟，綜合以上因素選擇漿糊作為耦合劑。

3、由于母材厚度較薄因此探測方向采用單面雙側(cè)進行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法來調(diào)節(jié)儀器的掃描速度。

5、在探傷操作過程中采用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態(tài)、定量、定位就是精探傷。使用鋸齒形掃查、左右掃查、前后掃查、轉(zhuǎn)角掃查、環(huán)繞掃查等幾種掃查方式以便于發(fā)現(xiàn)各種不同的缺陷并且判斷缺陷性質(zhì)。

6、對探測結(jié)果進行記錄，如發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷對其進行評定分析。焊接對頭內(nèi)部缺陷分級應符合現(xiàn)行國家標準GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》的規(guī)定，來評判該焊否合格。如果發(fā)現(xiàn)有超標缺陷，向車間下達整改通知書，令其整改后進行復驗直至合格。

一般的焊縫中常見的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋，至今還沒有一個成熟的方法對缺陷的性質(zhì)進行準確的評判，只是根據(jù)熒光屏上得到的缺陷波的形狀和反射波高度的變化結(jié)合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。

對于內(nèi)部缺陷的性質(zhì)的估判以及缺陷的產(chǎn)生的原因和防止措施大體總結(jié)了以下幾點：

1、氣孔：

單個氣孔回波高度低，波形為單峰，較穩(wěn)定。從各個方向探測，反射波大體相同，但稍一動探頭就消失，密集氣孔會出現(xiàn)一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當探頭作定點轉(zhuǎn)動時，會出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。

產(chǎn)生這類缺陷的原因主要是焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質(zhì)脫落、焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時電流過大，電弧過長；埋弧焊時電壓過高或網(wǎng)絡電壓波動太大；氣體保護焊時保護氣體純度低等。如果焊縫中存在著氣孔，既破壞了焊縫金屬的致密性，又使得焊縫有效截面積減少，降低了機械性能，特別是存鏈狀氣孔時，對彎曲和沖擊韌性會有比較明顯降低。防止

這類缺陷防止的措施有：不使用藥皮開裂、剝落、變質(zhì)及焊芯銹蝕的焊條，生銹的焊絲必須除銹后才能使用。所用焊接材料應按規(guī)定溫度烘干，坡口及其兩側(cè)清理干凈，并要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。

2、夾渣：

點狀夾渣回波信號與點狀氣孔相似，條狀夾渣回波信號多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動，從各個方向探測時反射波幅不相同。

這類缺陷產(chǎn)生的原因有：焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊緣和各層焊縫清理不干凈，其本金屬和焊接材料化學成分不當，含硫、磷較多等。

防止措施有：正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理干凈，多層焊時必須層層清除焊渣；并合理選擇運條角度焊接速度等。

3、未焊透：

反射率高，波幅也較高，探頭平移時，波形較穩(wěn)定，在焊縫兩側(cè)探傷時均能得到大致相同的反射波幅。這類缺陷不僅降低了焊接接頭的機械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應力集中點，承載后往往會引起裂紋，是一種危險性缺陷。

超聲波探傷在無損檢測焊接質(zhì)量中的作用

其產(chǎn)生原因一般是：坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運條速度過快，坡口角度小，運條角度不對以及電弧偏吹等。

防止措施有：合理選用坡口型式、裝配間隙和采用正確的焊接工藝等。

4、未熔合：

探頭平移時，波形較穩(wěn)定，兩側(cè)探測時，反射波幅不同，有時只能從一側(cè)探到。

其產(chǎn)生的原因：坡口不干凈，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧偏吹等。

防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理干凈，正確操作防止焊偏等。

5、裂紋：

回波高度較大，波幅寬，會出現(xiàn)多峰，探頭平移時反射波連續(xù)出現(xiàn)波幅有變動，探頭轉(zhuǎn)時，波峰有上下錯動現(xiàn)象。裂紋是一種危險性最大的缺陷，它除降低焊接接頭的強度外，還因裂紋的末端呈尖銷的缺口，焊件承載后，引起應力集中，成為結(jié)構(gòu)斷裂的起源。裂紋分為熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋三種。

熱裂紋產(chǎn)生的原因是：焊接時熔池的冷卻速度很快，造成偏析；焊縫受熱不均勻產(chǎn)生拉應力。

防止措施：限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害雜質(zhì)的含量，主要限制硫含量，提高錳含量；提高焊條或焊劑的堿度，以降低雜質(zhì)含量，改善偏析程度；改進焊接結(jié)構(gòu)形式，采用合理的焊接順序，提高焊縫收縮時的自由度。

冷裂紋產(chǎn)生的原因：被焊材料淬透性較大在冷卻過程中受到人的焊接拉力作用時易裂開；焊接時冷卻速度很快氫來不及逸出而殘留在焊縫中，氫原子結(jié)合成氫分子，以氣體狀態(tài)進到金屬的細微孔隙中，并造成很大的壓力，使局部金屬產(chǎn)生很大的壓力而形成冷裂紋；焊接應力拉應力并與氫的析集中和淬火脆化同時發(fā)生時易形成冷裂紋。

防止措施：焊前預熱，焊后緩慢冷卻，使熱影響區(qū)的奧氏體分解能在足夠的溫度區(qū)間內(nèi)進行，避免淬硬組織的產(chǎn)生，同時有減少焊接應力的作用；焊接后及時進行低溫退火，去氫處理，消除焊接時產(chǎn)生的應力，并使氫及時擴散到外界去；選用低氫型焊條和堿性焊劑或奧氏體不銹鋼焊條焊絲等，焊材按規(guī)定烘干，并嚴格清理坡口；加強焊接時的保護和被焊處表面的清理，避免氫的侵入；選用合理的焊接規(guī)范，采用合理的裝焊順序，以改善焊件的應力狀態(tài)。

1．核心課程

高等數(shù)學、城市軌道交通工程測量、地鐵建筑結(jié)構(gòu)、地鐵軌道線路、土力學及地基基礎、城市軌道交通施工作業(yè)技術(shù)、軌道無縫線路、地鐵道岔軌道線路檢修、超聲波探傷原理與儀器使用等。

2．實習實訓

在校內(nèi)進行工程測量、地鐵施工技術(shù)、工程材料試驗檢測、線路維修等實訓。在城市軌道交通建設企業(yè)、城市軌道交通運營公司進行實習。

項目一 鋼軌探傷的必要性及其發(fā)展歷程

子項目一 回顧鋼軌折斷引發(fā)的鐵路安全事故

子項目二 鋼軌探傷發(fā)展歷程

項目二 手工檢查技術(shù)檢測鋼軌

子項目一 手工檢查技術(shù)檢測普通鋼軌

子項目二 手工檢查技術(shù)檢測道岔鋼軌

項目三 常規(guī)技術(shù)檢測工件

子項目一 磁粉探傷技術(shù)檢測工件

子項目二 滲透探傷技術(shù)檢測工件

子項目三 超聲波探傷技術(shù)檢測工件

項目四 超聲波探傷原理及其驗證

子項目一 超聲波的定義和產(chǎn)生及探頭延時、前沿和K值的標定

子項目二 超聲波分類及不同種類波型探傷

子項目三 超聲波基礎參數(shù)及橫波和縱波聲速測定

子項目四 超聲波特征參數(shù)及6 dB法進行核傷定量

子項目五 超聲場結(jié)構(gòu)及主聲軸偏斜角測試

子項目六 超聲波傳播特性及散射和繞射測試

子項目七 超聲波垂直入射異質(zhì)界面及探頭保護靴施加耦合劑方法

子項目八 超聲波斜入射至異質(zhì)界面及臨界角內(nèi)不同波形識別

子項目九 超聲波聲壓公式及焊縫DAC曲線制作

子項目十 常見異常波形分析及演示

項目五 通用探傷儀檢測焊縫

子項目一 鋁熱焊焊接工藝學習及傷損識別

子項目二 閃光焊焊接工藝學習及傷損識別

子項目三 氣壓焊焊接工藝學習及傷損識別

子項目四 認識通用探傷儀器

子項目五 利用單／雙探頭檢測軌頭焊縫

子項目六 利用單／雙探頭檢測軌腰焊縫

子項目七 利用單／雙探頭檢測軌底焊縫

項目六 陣列式探傷儀檢測焊縫

子項目一 認識陣列式探傷儀器

子項目二 陣列式掃查軌腰焊縫

子項目三 陣列式掃查軌頭和軌底焊縫

項目七 相控陣設備檢測焊縫

子項目一 超聲相控陣技術(shù)

子項目二 認識超聲相控陣儀器

子項目三 超聲相控陣儀器參數(shù)設置與標定

子項目四 相控陣儀器檢測焊縫作業(yè)

項目八 渦流設備檢測焊縫

子項目一 渦流探傷技術(shù)

子項目二 認識渦流探傷儀器

子項目三 渦流探傷設備參數(shù)設置與演練

子項目四 渦流設備檢測焊縫作業(yè)

項目九 鋼軌探傷儀檢測鋼軌

子項目一 認識鋼軌探傷儀

子項目二 鋼軌探傷儀參數(shù)調(diào)整與演練

子項目三 鋼軌探傷正常波形及圖像識讀與演練

子項目四 軌頭核傷波形及圖像識讀與演練

子項目五 螺孔裂紋波形及圖像識讀與演練

子項目六 軌底橫向裂紋波形及圖像識讀與演練

子項目七 水平裂紋和斜裂紋波形及圖像識讀與演練

子項目八 縱向裂紋波形及圖像識讀與演練

項目十 大型鋼軌探傷車檢測鋼軌

子項目一 認識大型鋼軌探傷車

子項目二 大型鋼軌探傷車調(diào)試與演練

子項目三 大型鋼軌探傷車輪探頭維修與演練

子項目四 大型鋼軌探傷車檢測數(shù)據(jù)分析與演練

項目十一 雙軌探傷儀檢測鋼軌

子項目一 認識雙軌探傷小車硬件結(jié)構(gòu)

子項目二 認識雙軌探傷小車探傷界面

子項目三 標定各通道的探頭

子項目四 雙軌探傷小車典型傷損圖譜識讀與演練

子項目五 排除常見故障

子項目六 雙軌小車的日常維護與演練

項目十二 利用回放軟件發(fā)現(xiàn)傷損

子項目一 GT-2 型探傷儀數(shù)據(jù)回放軟件使用

子項目二 GCT-8C型探傷儀數(shù)據(jù)回放軟件使用

子項目三 JGT-10型探傷儀數(shù)據(jù)回放軟件使用

子項目四 雙軌小車數(shù)據(jù)回放軟件使用

子項目五 大型鋼軌探傷車數(shù)據(jù)回放軟件使用

項目十三 鋼軌探傷管理及標準化作業(yè)

子項目一 分析鋼軌探傷漏檢因素

子項目二 鋼軌探傷管理模式

子項目三 焊縫探傷標準化作業(yè)

子項目四 鋼軌探傷儀標準化作業(yè)

子項目五 道岔鋼軌探傷標準化作業(yè)

子項目六 數(shù)據(jù)回放標準化作業(yè)

子項目七 鋼軌探傷安全管理

子項目八 雙軌探傷儀標準化作業(yè)

子項目九 大型鋼軌探傷車標準化作業(yè)

附錄一 鋼軌探傷中級工技能鑒定理論考核試卷

附錄二 鋼軌探傷高級工技能鑒定理論考核試卷

附錄三 鋼軌探傷工技師技能鑒定理論考核試卷

附錄四 技能鑒定鋼軌探傷工高級技師理論考核試卷

附錄五 鋼軌母材探傷技能鑒定實操考核

附錄六 技能鑒定鋼軌核傷校對實操考核

附錄七 技能鑒定焊縫單探頭探傷實操考核

參考文獻2100433B

第一章 焊接生產(chǎn)的質(zhì)量管理

第一節(jié) 焊接生產(chǎn)質(zhì)量管理的現(xiàn)狀及意義

第二節(jié) 焊接生產(chǎn)質(zhì)量管理體系

第三節(jié) 焊接生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制

第二章 焊接外觀檢驗及相關標準

第一節(jié) 焊接外觀尺寸檢驗

第二節(jié) 焊接外表缺陷檢驗

第三章 無損檢測

第一節(jié) 射線探傷方法及相關標準

第二節(jié) 超聲波探傷原理及實施

第三節(jié) 磁粉探傷原理及實施

第四節(jié) 滲透探傷方法及操作

第四章 致密性檢驗

第一節(jié) 容器的各種檢漏試驗

第二節(jié) 水壓試驗與氣壓試驗

第五章 焊接接頭的破壞性檢驗

第一節(jié) 焊接接頭的力學性能及試驗

第二節(jié) 焊接接頭的化學性能及腐蝕 2100433B