銅及銅合金管材超聲波縱波探傷方法

中鋁洛陽(yáng)銅業(yè)有限公司、桂林漓佳金屬有限公司等。

李湘海、婁東閣等。

超聲波探傷作用

無(wú)損檢測(cè)的常規(guī)方法有直接用肉眼檢查的宏觀檢驗(yàn)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(cè)。肉眼宏觀檢測(cè)可以不使用任何儀器和設(shè)備，但肉眼不能穿透工件來(lái)檢查工件內(nèi)部缺陷，而射線照相等方法則可以通過(guò)各種各樣的儀器或設(shè)備來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。至于用什么方法來(lái)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，這需根據(jù)工件的情況和檢測(cè)的目的來(lái)確定。

那么什么又叫超聲波呢？聲波頻率超過(guò)人耳聽(tīng)覺(jué)，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(lái)檢測(cè)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(tīng)聽(tīng)是否熟了；醫(yī)生敲敲病人的胸部，檢驗(yàn)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(tīng)覺(jué)來(lái)判斷聲響的檢測(cè)法，比聲響法要客觀和準(zhǔn)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(cè)距離大，探傷裝置體積小，重量輕，便于攜帶到現(xiàn)場(chǎng)探傷，檢測(cè)速度快，而且探傷中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測(cè)費(fèi)用較低等特點(diǎn)，建筑業(yè)市場(chǎng)主要采用此種方法進(jìn)行檢測(cè)。

下面介紹一下超聲波探傷在實(shí)際工作中的應(yīng)用。

接到探傷任務(wù)后，首先要了解圖紙對(duì)焊接質(zhì)量的技術(shù)要求。鋼結(jié)構(gòu)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)GB50205-95《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》來(lái)執(zhí)行的。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對(duì)于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)時(shí)評(píng)定等級(jí)為Ⅱ級(jí)時(shí)規(guī)范規(guī)定要求做100%超聲波探傷；對(duì)于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)時(shí)評(píng)定等級(jí)為Ⅲ級(jí)時(shí)規(guī)范規(guī)定要求做20%超聲波探傷；對(duì)于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級(jí)為三級(jí)時(shí)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(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)計(jì)算，并且不小于200mm。對(duì)于局部探傷的焊縫如果發(fā)現(xiàn)有不允許的缺陷時(shí)，應(yīng)在該缺陷兩端的延伸部位增加探傷長(zhǎng)度，增加長(zhǎng)度不應(yīng)小于該焊縫長(zhǎng)度的10%且不應(yīng)小于200mm，當(dāng)仍有不允許的缺陷時(shí)，應(yīng)對(duì)該焊縫進(jìn)行100%的探傷檢查，其次應(yīng)該清楚探傷時(shí)機(jī)，碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)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(shí)以后方可進(jìn)行焊縫探傷檢驗(yàn)。另外還應(yīng)該知道待測(cè)工件母材厚度、接頭型式及坡口型式。至今為止我在實(shí)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(duì)接焊縫的接頭型式，所以我下面主要就對(duì)焊縫探傷的操作做針對(duì)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(jìn)行探傷前的準(zhǔn)備工作。

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

1、探測(cè)面的修整：應(yīng)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(cè)工件母材厚度為10mm,那么就應(yīng)在焊縫兩側(cè)各修磨100mm。

2、耦合劑的選擇應(yīng)考慮到粘度、流動(dòng)性、附著力、對(duì)工件表面無(wú)腐蝕、易清洗，而且經(jīng)濟(jì)，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(cè)方向采用單面雙側(cè)進(jìn)行。

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

5、在探傷操作過(guò)程中采用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無(wú)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(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行記錄，如發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷對(duì)其進(jìn)行評(píng)定分析。焊接對(duì)頭內(nèi)部缺陷分級(jí)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》的規(guī)定，來(lái)評(píng)判該焊否合格。如果發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)缺陷，向車(chē)間下達(dá)整改通知書(shū)，令其整改后進(jìn)行復(fù)驗(yàn)直至合格。

一般的焊縫中常見(jiàn)的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋，至今還沒(méi)有一個(gè)成熟的方法對(duì)缺陷的性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)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(duì)缺陷進(jìn)行綜合估判。

對(duì)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(diǎn)：

1、氣孔：

單個(gè)氣孔回波高度低，波形為單峰，較穩(wěn)定。從各個(gè)方向探測(cè)，反射波大體相同，但稍一動(dòng)探頭就消失，密集氣孔會(huì)出現(xiàn)一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，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。

產(chǎn)生這類(lèi)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(shí)電流過(guò)大，電弧過(guò)長(zhǎng)；埋弧焊時(shí)電壓過(guò)高或網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)太大；氣體保護(hù)焊時(shí)保護(hù)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(jī)械性能，特別是存鏈狀氣孔時(shí)，對(duì)彎曲和沖擊韌性會(huì)有比較明顯降低。防止

這類(lèi)缺陷防止的措施有：不使用藥皮開(kāi)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(yīng)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(diǎn)狀?yuàn)A渣回波信號(hào)與點(diǎn)狀氣孔相似，條狀?yuàn)A渣回波信號(hào)多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹(shù)枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動(dòng)，從各個(gè)方向探測(cè)時(shí)反射波幅不相同。

這類(lèi)缺陷產(chǎn)生的原因有：焊接電流過(guò)小，速度過(guò)快，熔渣來(lái)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(xué)成分不當(dāng)，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(shí)必須層層清除焊渣；并合理選擇運(yùn)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(shí)，波形較穩(wěn)定，在焊縫兩側(cè)探傷時(shí)均能得到大致相同的反射波幅。這類(lèi)缺陷不僅降低了焊接接頭的機(jī)械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點(diǎn)，承載后往往會(huì)引起裂紋，是一種危險(xiǎn)性缺陷。

超聲波探傷在無(wú)損檢測(cè)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(yùn)條速度過(guò)快，坡口角度小，運(yùn)條角度不對(duì)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(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。

其產(chǎn)生的原因：坡口不干凈，焊速太快，電流過(guò)小或過(guò)大，焊條角度不對(duì)，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(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)時(shí)，波峰有上下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。裂紋是一種危險(xiǎn)性最大的缺陷，它除降低焊接接頭的強(qiáng)度外，還因裂紋的末端呈尖銷(xiāo)的缺口，焊件承載后，引起應(yīng)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(shí)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(yīng)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(jìn)焊接結(jié)構(gòu)形式，采用合理的焊接順序，提高焊縫收縮時(shí)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(guò)程中受到人的焊接拉力作用時(shí)易裂開(kāi)；焊接時(shí)冷卻速度很快氫來(lái)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(jìn)到金屬的細(xì)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(yīng)力拉應(yīng)力并與氫的析集中和淬火脆化同時(shí)發(fā)生時(shí)易形成冷裂紋。

防止措施：焊前預(yù)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(jìn)行，避免淬硬組織的產(chǎn)生，同時(shí)有減少焊接應(yīng)力的作用；焊接后及時(shí)進(jìn)行低溫退火，去氫處理，消除焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，并使氫及時(shí)擴(kuò)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(yán)格清理坡口；加強(qiáng)焊接時(shí)的保護(hù)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(yīng)力狀態(tài)。

常見(jiàn)的縱波有聲波（Sound wave）和地震引起的P波（P-waves，含義是Primary wave，因?yàn)镻波是地震波中傳播最快的一種，地震時(shí)最先到達(dá)震中）。

波長(zhǎng)：在縱波中波長(zhǎng)是指相鄰兩個(gè) 密部 或 疏部 之間的距離。

縱波傳播的淺顯解釋：

我們?nèi)绻麑?duì)分子運(yùn)動(dòng)論很熟悉，就會(huì)知道，既然我們研究的介質(zhì)分子是靜止的、均勻分布的，那么，對(duì)于縱波來(lái)說(shuō)，當(dāng)振子向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，它將占據(jù)前方原來(lái)均勻分布介質(zhì)分子的空間，把原來(lái)的介質(zhì)分子壓縮在一個(gè)小空間中，形成一個(gè)密部。密部的分子之間的距離變小，呈現(xiàn)的分子力是斥力。斥力使分子向周?chē)麟x心運(yùn)動(dòng)。離心運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，使原來(lái)是密部的小空間變成疏部，而周?chē)目臻g變成新的密部。那么，宏觀地看，相當(dāng)于原來(lái)密部變成疏部，而且密部傳播出去。那么，新的疏部也傳播出去。

于是，宏觀地看，振子（波源）不斷向外傳播出密疏相間的振動(dòng)，這就是縱波。

縱波的計(jì)算：V=λ f f=1/T (Velocity=distance per cycle/time per cycle)

The velocity of a wave only depends on the medium it travels thV=λ f f=1/T (Velocity=distance per cycle/time per cycle)

The velocity of a wave only depends on the medium it travels through.rough.