銅及銅合金管材超聲波縱波探傷方法起草單位

中鋁洛陽銅業(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量的技術要求。鋼結構的驗收標準是依據GB50205-95《鋼結構工程施工及驗收規(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量等級為三級時不做超聲波內部缺陷檢查。

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計算，并且不小于200mm。對于局部探傷的焊縫如果發(fā)現有不允許的缺陷時，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，碳素結構鋼應在焊縫冷卻到環(huán)境溫度后、低合金結構鋼在焊接完成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。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進行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法來調節(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、轉角掃查、環(huán)繞掃查等幾種掃查方式以便于發(fā)現各種不同的缺陷并且判斷缺陷性質。

6、對探測結果進行記錄，如發(fā)現內部缺陷對其進行評定分析。焊接對頭內部缺陷分級應符合現行國家標準GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》的規(guī)定，來評判該焊否合格。如果發(fā)現有超標缺陷，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進行準確的評判，只是根據熒光屏上得到的缺陷波的形狀和反射波高度的變化結合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。

對于內部缺陷的性質的估判以及缺陷的產生的原因和防止措施大體總結了以下幾點：

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，密集氣孔會出現一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當探頭作定點轉動時，會出現此起彼落的現象。

產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量中的作用

其產生原因一般是：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，兩側探測時，反射波幅不同，有時只能從一側探到。

其產生的原因：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，會出現多峰，探頭平移時反射波連續(xù)出現波幅有變動，探頭轉時，波峰有上下錯動現象。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，成為結構斷裂的起源。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，以降低雜質含量，改善偏析程度；改進焊接結構形式，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)間內進行，避免淬硬組織的產生，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)。

常見的縱波有聲波（Sound wave）和地震引起的P波（P-waves，含義是Primary wave，因為P波是地震波中傳播最快的一種，地震時最先到達震中）。

波長：在縱波中波長是指相鄰兩個 密部 或 疏部 之間的距離。

縱波傳播的淺顯解釋：

我們如果對分子運動論很熟悉，就會知道，既然我們研究的介質分子是靜止的、均勻分布的，那么，對于縱波來說，當振子向前運動時，它將占據前方原來均勻分布介質分子的空間，把原來的介質分子壓縮在一個小空間中，形成一個密部。密部的分子之間的距離變小，呈現的分子力是斥力。斥力使分子向周圍作離心運動。離心運動的結果，使原來是密部的小空間變成疏部，而周圍的空間變成新的密部。那么，宏觀地看，相當于原來密部變成疏部，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，這就是縱波。

縱波的計算：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.