焊缝检验

实验一 焊 缝 检 验

一、实验目的

1．了解A型超声波探伤仪的简单工作原理及使用方法 2．掌握斜探头的入射点、K值的测试方法 3．掌握横波距离—波幅曲线的测试方法

4．掌握钢板对接焊缝探伤时缺陷定位和定量方法

二、焊缝接头形式及常见缺陷

1．接头形式

焊接接头形式主要有对接、角接、T形、搭接接头等几种，如图1-1所示。

a) b) c) d)

e) f) g) h) i)

图1 焊接接头的结构形式

a) 对接接头 b) 盖板接头 c) 盖板接头 d) 搭接接头

e) T形接头 f) 十字接头 g) 角接接头 h) 卷边接头 i) 卷边接头

2．焊缝中常见缺陷

焊接对接接头的坡口形式如图1-2所示。

400~600 400~600

0~2 0~3 0~3

a) b) c)

10~80 100 00R7 R7 40~60

0~3 0~3 0~3 d) e) f) 图1-2 对接接头坡口形式

1~4 12~60 1~3 δ>10 1~3 a) I形坡口 b) Y形坡口 c) 双Y形坡口 d) 双V形坡口e) 带钝边U形坡口 f) 带钝边双U形坡口

1~4 40~60 δ/2 12~60 3~26 1~6 焊缝外观缺陷（表面缺陷）有咬边、焊瘤、弧坑、未焊满、表面裂纹、表面尺寸不符合要求等。

焊缝中常见内部缺陷有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等，如图1-3所示。

单个分散气孔 链状气孔 密集气孔

夹渣 横向裂纹 纵向裂纹

未溶合 中间未焊透 根部未焊透

图1-3 焊接中常见内部缺陷

三、超声波检测基础知识

超声波检测（UT）主要用于探测工件的内部缺陷，它的应用十分广泛，如航空航天、造船、铁路、机械、化工、电力、建筑等行业。什么叫超声波呢？超过人耳听觉、频率大于20千赫兹的声波叫超声波。用于探伤的超声波，频率为0.4~25兆赫兹，其中用得最多的是1～5兆赫兹。

利用声响来检测物体的好坏，这种方法早已被人们所采用。例如：用手拍拍西瓜听听是否熟了；敲敲瓷碗，看看瓷碗是否坏了等等。但这些依靠人的听觉来判断的声响检测法，往往是凭人的经验，而且难于做出定量的表示。而超声波探伤法是用仪器来进行检测的，比声响法要客观和准确，而且也较容易做出定量的表示。

在金属的探测中，为什么要用高频率的超声波呢？这是因为：1. 超声波的指向性好，能形成窄的波束；2. 波长短，小的缺陷也能够较好地反射；3. 距离的分辨力好，缺陷的分辨率高。

超声波探伤方法很多，但目前用得最多的是脉冲反射法。在显示超声信号方面，目前用得最多而且较为成熟的是A显示。下面主要叙述A显示脉冲反射超声探伤法。 1．超声波的发生及其性质 （1）超声波的发生和接收

声波是一种机械波，超声波是一种高频机械波。机械波是由机械振动产生的，发生超声波探伤用的是压电换能器，又称探头。压电材料主要采用石英、钛酸钡、锆钛酸铅和硫酸锂。这些材料为什么能发生超声波呢？主要是它们具有压电效应，可以将电振动转换成机械振动（逆压电效应），也能将机械振动转换成电振动（正压电效应）。

要使压电材料产生超声波，可把它切成能在一定频率下共振的片子，这种片子叫做晶

片，如图1-4所示，将晶片两面都镀上银，作为电极。当高频电压加到这两个电极上时，晶片就在厚度方向伸缩（振动），这样就把电振动转换成机械振动了。这种机械振动发生的超声波，可传播到被检物中去。超声波的发射就是利用压电材料的逆压电效应。

反之，将高频机械振动传到晶片上时，晶片就被振动，在晶片两电极之间就会产生频率与超声波相等、强度与超声波成正比的高频电压，这个高频电压经放大、检波，显示在示波屏上，这就是超声波的接收。它是利用压电材料的正压电效应。

电极

伸缩

电压 晶片

图1-4 超声波的发生

通常在超声波探伤中只使用一个晶片，这个晶片既作发射又作接收。 （2）超声波的种类

超声波在介质中传播有不同的方式，波型不同，其振动方式不同，传播速度也不同。空气中传播的声波只有疏密波，声波的介质质点振动方向与传播方向一致，叫做纵波。在水下也只能传播纵波。可是在固体介质中除了纵波外还有剪切波，又叫横波。因固体介质能承受剪切应力，所以可在其中传播介质质点振动方向和波传播的方向垂直的波，如图1-5所示。

此外，还有在固体介质的表面传播的表面波和在薄板中传播的板波，它们都可用来探伤。

直探头

介质粒子的运动方向 传播方向 波的种类 ←← ← ← ← ← ←

纵波 斜探头

↑

← ↓ ↓

图1-5 超声波的纵波与横波

横波

在超声波探伤中，通常用直探头来产生纵波（图1-6），纵波是向探头接触面相垂直的

方向传播的。横波通常是用斜探头来发生的（图1-7）。斜探头是将晶片贴在有机玻璃制的斜楔上，晶片振动发生的纵波在斜楔中前进，在探伤面上发生折射，声波斜射传入被检物中。通常使用的斜探头使斜射到被检物中的折射纵波反射不进入被检物，只有折射横波传入被检物中，这就是斜探头的横波探伤。

图1-6 直探头 图1-7 斜探头

（3）声速

声波在介质中是以一定的速度传播的，如空气中的声速为340米／秒，水中的声速为1480米／秒，钢中纵波的声速为5900米／秒，横波的声速为3230米／秒，表面波的声速为3007米／秒。

声速是由传播介质的弹性系数、密度以及声波的种类决定的，它与频率和晶片没有关系。几种介质的声速如表1-1。

表1-1 声速表

介 质 铝 钢 有机玻璃 水 油 空气

横波的声速大约是纵波声速的一半，而表面波声速大约是横波的0.9倍。 （4）波长

波在一个周期内或者说质点完成一次振动所经过的路程称为波长，用λ表示，根据频率f和波速C的定义，三者有下式关系：

C＝fλ (1-1)

例如，在钢中传播的频率为1MHz的纵波的波长为5.9mm，频率为2MHz的波长为

纵波（千米／秒） 6.26 5.90 2.73 1.48 1.4 0.34 横波（千米／秒） 3.08 3.23 1.46 不传横波 不传横波 不传横波 2.95mm。如果是横波，则分别为3.2mm和1.6mm。 （5）界面的反射和透射

当超声波传到缺陷、被检物底面或者异种金属结合面，即两种不同声阻抗的物质组成的界面时会发生反射。 1）垂直入射时反射和透射

当超声波垂直地传到界面上时，一部分超声波被反射，而剩余的部分就穿透过去，这两部分的比率取决于两种介质的声阻抗。计算声压反射率R和声压透射率D的公式为：

RZ2Z1 （1-2）

Z2Z1D2Z2 （1-3）

Z2Z1式中Z1，Z2为两种介质的声阻抗。

例如当钢中的超声波传到底面遇到空气界面时，由于空气与钢的声速和密度相差很大，超声波在界面上接近100％地反射，几乎完全不会传到空气中（只传出来约0.002%）。而钢同水接触时，则有88％的声能被反射，有12％的声能透进入水中。

对于复合板钢材，可以通过测试其声波反射率来检测复合材料之间结合得好不好。通过超声波在界面上反射和透射性，还可得知，如果探头与被检物之间有空气时，超声波因在界面上全部被反射而不能进入工件，这就是为什么在探伤时，必须在探头与工件之间涂机油或者甘油等耦合剂的原因。 2）斜射时的反射和折射

当超声波斜射到界面上时，在界面上会产生反射和折射（假如介质为液体、气体时，反射波和折射波只有纵波）。

把斜探头接触钢件时，因为两者都是固体，所以反射波和折射波都存在纵波和横波，这种情况如图8所示，RL—反射纵波，RS—反射横波，TL—折射纵波，TS—折射横波。此时，反射角和折射角是由两种介质中的声速来决定的。

折射角的计算公式为：

图1-8 固体与固体间的反射和折射

sinsinLsins （1-4） C1CL2Cs2式中：α—入射角 C1—入射声速 θL—纵波折射角

CL2—第二介质的纵波声速 θS—横波折射角 CS2—第二介质的横波声速

用斜探头时，从晶片发出的纵波传入斜楔后，斜射到探伤面上，如果传入第二介质钢中同时存在纵波和横波时，对判别会发生困难。为了便于探伤，要适当调节探头的入射角，即调整斜楔的角度，使入射角的角度大于第一临界角（就是使折射纵波TL全部反射，而不进入第二介质），使被检物中只有横波射入。但斜楔的角度也不能太大，当入射角大于第二临界角时，第二介质中的折射横波也将不存在，波将沿工件表面传播。为了在被检材料中获得单一的横波，就要求纵波的入射角必须在第一临界角与第二临界角之间。如斜楔采用有机玻璃（纵波声速为2.73×103米／秒），被检材料为钢（纵波声速为5.9×103米/秒，横波声速为3.23×103米/秒），则第一临界角αⅠ= 27o36′（θL＝90o），第二临界角α

o

。实用的横波折射角θS范围为38°～80°。横波折射角大小也Ⅱ = 57°48′（θS＝90）

可用其正切值表示，称为K值，K = tgθS。例如横波折射角45°的探头K值为1，K2的探头就是横波折射角为63.4o的探头。 （6）指向性

内部声束集中向一个方向幅射的性质，叫做声波

反射

的指向性。探伤采用高频超声波，其理由之一就是希望它具有指向性，只有这样，才便于超声波探伤发现缺陷，确定缺陷位置。

如图1-9所示，晶片发出的超声波，其方向在

a—非扩散区 b—扩散区

某一个范围内，声速是不扩散的。可是，发射到一定程

θ0—指向角

度时，由于晶片的制约力减弱，波束就扩散了。

图1-9 声束的指向性

超声波探头的声场中，在一定角度θ中包含大部分的超声波能量，这个角度就叫做指向角（或叫半扩散角）。频率愈高（即波长愈短）晶片愈大，则指向角就愈小，目前实际应用的探头，其指向角θ0在几度到十几度的范围内。 （7）小物体上的超声波反射

当超声波碰到缺陷时，会反射和散射。但是，如果缺陷的尺寸小于波长的一半时，由于衍射，波就会绕过缺陷传播，这样波的传播就与缺陷的存在与否没有关系了。因此，在超声波探伤中，缺陷尺寸的检出极限约为超声波波长的一半。

缺陷的尺寸愈大，愈容易反射。但由于缺陷形状和方向不同。其反射的方式也有所不同。超声波与光波十分相似，其有直线前进的性质，其反射的方式如图1-10所示。

假如超声波垂直地入射到平面状的反射体（如裂纹）时，大部分反射波都返回到晶片，可以得到很高的缺陷回波，可是球形缺陷（如气孔）的反射波，因为各个方向的反射，回到晶片反射波较少，所以缺陷回波较低。另外，虽然是平面状缺陷，但如果是倾斜的话，也可能几乎没有反射波返回晶片。从超声波入射面（即探伤面）对面即工件的底面，反射回来的超声波叫做底面回波。 2．超声波检测的原理

超声波检测可以分为超声波探伤和超声波测厚，以及超声波测晶粒度、测应力等。在超声探伤中，有根据缺陷的回波和底面的回波来进行判断的脉冲反射法；有根据缺陷的阴影来判断缺陷情况的穿透法；还有由被检物产生驻波来判断缺陷情况或者判断板厚的共振

法。目前用得最多的方法是脉冲反射法。脉冲反射法在垂直探伤时用纵波，在斜入射探伤时用横波。把超声波射入被检物的一面，然后在同一面接收从缺

（a） 陷处反射回来的回波，根据回波情况来判断缺陷的情况。脉冲

反射法的纵波和横波探

伤原理如下： 1． 垂直探伤法

垂直探伤法的原理如图1-11所示。

当把脉冲振荡器发生的电压加到晶片上时，晶片振动，产 生超声波脉冲。如果被检物是钢工件的话，超声以5900 米/秒的固定速度在钢工件内传播，超声波碰到缺陷时，一部分从缺陷反射回到晶片，而另一部分未碰到缺陷的超声波继续前

（b） 进，一直到被检物底面才反射回来。因此，缺陷处反射的超声

波先回到晶片，底面反射波后回到晶片。回到晶片上的超声波又反过来被转换成高频电压，通过接收、放大进入示波器，示波

器将缺陷回波和底面回波显示在示波屏上。因此，在示波屏上可以得到图1-12的图形，从这个图形上可以看出有没有缺陷、缺陷

（c）

的位置及其大小。

对于脉冲反射式超声波探伤仪，示波屏的时基线和激励脉冲是被同时触发的，即处于同步状态下工作。当探头被激励而向工件发射超声波时，激励脉冲也被馈致接收电路，触发时基电路开始扫描，在时基线的始端出现一个很强的脉冲波，这个波称为“始

（d） 波”，用T表示；当探头接收到底面反射回来的声波时，时基线上

右边相应呈现一个表示底面反射的脉冲波，称为“底波”，用B表示。时基线由T扫描到B的时间正等于超声脉冲从探头到底面又返回探头的传播时间，因此，可以说从T到B之间的距离图1-10 从各种形状和方向的反射体 代表了工件的厚度。如果工件中有缺陷，探头接收到缺陷发出的超声波反射 反射回来的声波时，时基线上相应呈现出一个代表缺陷的（a）垂直圆片的反射 脉冲波，称为“缺陷波”或“伤波”，用F表示。显然，（b）球体的反射 缺陷波所经时间短于底波所经时间，故缺陷波F应处于T（c）倾斜圆片状反射体的反射

（d）底面的反射

图1-11 脉冲反射法的原理

与B之间。如果探伤仪的时基线良

好，就可以利用T、F、B之间的距离关系，对缺陷定位。

另外，因缺陷回波高度是随缺陷尺寸的增大而增高的，所以可由缺陷回波高度hf来估计缺陷大小。当缺陷很大很长时，可以移动探头，按显示

缺陷的范围来得出缺陷的延伸尺寸。

2．斜射探伤法

超声波的垂直入射纵波探伤和倾斜入射的横波探伤是超声波探伤中两种主要探伤方法。两种方法各有用途互为补充，纵波探伤主要能发现与探测面平行或稍有倾斜的缺陷，主要用于钢板、锻件、铸件的探伤；而斜射的横波探伤，主要能发现垂直于探测面或倾斜较大的缺陷，主要用于焊缝的探伤。

在斜射法探伤中，由于超声波在被检物 中是斜向传播的，超声是斜向射到底面，所

以不会有底面回波。因此，不能再用底面回波调节来对缺陷进行定位。而要知道缺陷位置，

需要用适当的标准试块来把示波屏横坐标调整到适当状态，通常采用CSK—ⅠA（B）和横孔试块来进行调

图1-12 纵波探伤法原理示意图

X

整。

在测定范围作了适当调整后，探测到缺陷时，从示波屏上显示的探头到缺陷的距离W与缺陷位置的关系如图1-13所示。从这个关系中可以求出缺陷位置水平距离X和缺陷深度（垂直距离）d。

从图1-13看出，横波探伤中的位置不仅决定于

X 声程W，还取决于折射角θ，所以横波探伤中扫描

线的调节比纵波要复杂一些。对扫描线的调节，往往是横波探伤中一个重要的不可缺少的步骤。

目前对扫描线的调整有三种方法：

（1）按水平距离调整扫描线。通过调整，使时基线刻度按一定比例代表反射点的水平距离X。在探伤时，根据缺陷波在示波屏上水平刻度位置可直接读出缺陷的水平距离。

（2）按深度调整扫描线。通过调整，使时基线

刻度按一定比例代表反射点的深度d 。在探伤时，根据缺陷波在示波屏上水平刻度位置可

S—斜楔中的延迟 W—缺陷的声程 θ—折射角 直接读出缺陷的深度。

X—缺陷的水平距离 d—缺陷的垂直距离 （3）按声程调整扫描线。通过调整，使时基

F—缺陷反射波 T—始波 线刻度按一定比例代表反射点的声程W。

图13 斜射法探伤的几何关系 在探伤时，根据缺陷波在示波屏上水平刻度位置

可直接读出缺陷的声程。

以上三种扫描线调节方法，其中第一种主要用于中薄板焊缝探伤中，第二种用于厚板焊缝探伤中，第三种用于形状复杂的工件，例如发电厂汽轮机部件的探伤。 3.仪器与试块

（1）超声波探伤仪的工作原理

目前在实际探伤中，广泛应用的是A型脉冲反射式超声波探伤仪。这种仪器示波屏横坐标表示超声波在工作中的传播时间（或传播距离），纵坐标表示反射回波波高。根据示波屏上缺陷波的位置和高度可以判定缺陷的位置和大小。

A型脉冲超声波探伤仪的型号规格较多，线路各异，但它们的基本电路大体相同。 下面以CTS-22型探伤仪为例，说明A型脉冲超声波探伤仪的基本电路。 CTS-22型超声波探伤仪主要由同步电路（又称触发电路）、发射电路、接收放大电路、时基电路（又称扫描电路）、显示电路和电源电路组成，如图1-14所示。

图1-14 A型超声波探伤仪电路方框图

各电路的主要功能如下：

1）同步电路：产生一系列同步脉冲信号，用以控制整台仪器各电路按统一步调进行工作。

2）发射电路：在同步脉冲信号触发下，产生高频电脉冲，用以激励探头发射超声波。 3）接收放大电路：将探头接收到的信号放大检波后加于示波管垂直偏转板上。

4）时基电路：在同步脉冲信号触发下，产生锯齿波加于示波管水平偏转板上形成时基线。

5）显示电路：显示时基线与探伤波形。

6）电源电路：供给仪器各部分所需要的电压。

在实际探伤过程中，各电路统一步调协调工作。当电路接通以后，同步电路产生同步脉冲信号，同时触发发射电路和时基电路。发射电路被触发以后产生高频电脉冲作用于探头，通过探头中压电晶片的逆压电效应将电信号转换为声信号发射超声波。超声波在传播过程中遇到异质界面（缺陷或底面）反射回来被探头接收，通过探头的正压电效应将声信号转换为电信号送至放大电路被放大检波，然后加到示波管垂直偏转板上，形成重迭的缺陷波F和底波B。时基电路被触发以后产生锯齿波，加到示波管水平偏转板上，形成一条

时基扫描亮线，并将缺陷波F和底波B按时间展开，从而获得波形。 （2）仪器主要开关旋钮的作用及其调整

探伤仪面板上有许多开关和旋钮，用于调节探伤仪的功能和工作状态。图1-15是CTS-22型超声波探伤仪的面板示意图。下面以这种仪器为例，说明各主要开关的作用及其调整方法。

图1-15 CTS-22型超声波探伤仪面板示意图

1. 发射插座 2. 接收插座 3. 工作方式选择 4. 发射强度 5. 粗调衰减器6. 细调衰减器 7. 抑制 8. 增益 9. 定位游标 10. 示波屏 11. 遮光罩12. 聚焦 13. 深度范围 14. 深度细调 15. 脉冲移位 16. 电源电压指示器17. 电源开关

1）工作方式选择旋钮

工作方式选择旋钮的作用是选择探测方式，即“双探”或“单探”方式。当开关置于位置“”时，为双探头一发一收工作状态，可用一个双晶探头或两个单探头探伤，发射探头和接收探头分别连接到发射插座（）和接收插座（）。当开关置于位置“”或“”时，为单探头发收工作状态，可用一个单探头探伤，此时发射插座和接收插座从内部连通，探头可插入任一插座。

探伤仪“单探”方式有两个位置，“1”位置为中等发射强度档，旋钮置于该位置时，发射强度不可变，仪器具有较高的灵敏度和分辨力。“2”位置的发射强度是可变的，旋钮置于该位置时，可用发射强度旋钮调节仪器发射强度，同时改变仪器的灵敏度和分辨力。

2）发射强度旋钮

发射强度旋钮的作用是改变仪器的发射脉冲功率，从而改变仪器的发射强度。增大发射强度时，可提高仪器灵敏度，但脉冲变宽，分辨力变差。因此，在探伤灵敏度能满足要求的情况下，发射强度旋钮应尽量放在较低的位置。

3）衰减器

衰减器的作用是调节探伤灵敏度和测量回波振幅。调节灵敏度时，衰减读数大，灵敏度低；衰减读数小，灵敏度高。一般探伤仪的衰减器分粗调和细调两种，粗调每档20dB，细调每档2dB，总衰减量80dB。

4）增益旋钮

增益旋钮也称增益细调旋钮，其作用是改变接收放大器的放大倍数，进而连续改变探

伤仪的灵敏度。使用时将反射波高度精确地调节到某一指定高度，仪器灵敏度确定以后，探伤过程中一般不再调整增益旋钮。

5）抑制旋钮

抑制的作用是抑制示波屏上幅度较低或认为不必要的杂乱反射波，使之不予显示，从而使示波屏显示的波形清晰。

值得注意的是使用抑制时，仪器垂直线性和动态范围将被改变。抑制作用越大，仪器动态范围越小，从而在实际探伤中有容易漏掉小缺陷的危险。因此，除非十分必要时，一般不使用抑制。

6）深度范围旋钮

深度范围旋钮也称深度粗调旋钮，其作用是粗调示波屏扫描线所代表的探测范围。调节深度范围旋钮，可较大幅度地改变时间扫描线的扫描速度。从而使示波屏上回波间距大幅度地压缩或扩展。

粗调旋钮一般都分为若干档级，探伤时应视被探工件厚度选择合适的档级。厚度大的工件，选择数值较大的档级；厚度小的工件，选择数值较小的档级。

7）深度细调旋钮

深度细调旋钮的作用是精确调整探测范围。调节细调旋钮，可连续改变扫描线的扫描速度，从而使荧光屏上的回波间距在一定范围内连续变化。

调整探测范围时，先将深度粗调旋钮置于合适的档级，然后调节细调旋钮，使反射波的间距与反射体的距离成一定比例。

8）脉冲移位旋钮

脉冲移位旋钮用于调节开始发射脉冲时刻与开始扫描时刻之间的时间差。调节脉冲移位旋钮可使扫描线上的回波位置大幅度左右移动，而不改变回波之间的距离。

调节探测范围时，用脉冲移位旋钮可进行零位校正，即用深度粗调和细调旋钮调节好回波间距后，再用脉冲移位旋钮将反射波调至正确位置，使声程原点与水平刻度的零点重合。水浸探伤中，用脉冲移位旋钮可将不需要观察的图形（水中部分）调到示波屏外，以充分利用示波屏的有效观察范围。

9）聚焦旋钮

聚焦旋钮的作用是调节电子束的聚焦程度，使荧光屏波形清晰。除聚焦旋钮外，许多仪器还有辅助聚焦旋钮。当调节聚焦旋钮不能使波形清晰时，可配合调节“聚焦”与“辅助聚焦”，使波形最清晰为止。 （3）试块的用途

在无损检测技术中，常常采用与已知量相比较的方法来确定被检物的状况。超声探伤中是以试块作为比较的依据。试块上有各种已知的特征，例如特定的尺寸，规定的人工缺陷某一尺寸的平底孔、横通孔、凹槽等。用试块作为调节仪器、定量缺陷的参考依据，是超声探伤的一个特点。超声波探伤的发展，一直与试块的研制、使用分不开。

试块在超声探伤中的用途主要有三方面：（1）确定合适的探伤方法。在超声探伤中，

可以应用在某个部位有某种人工缺陷（平底孔、槽等）的试块来摸索探伤方法。在这种试块上得到的探伤规律和方法，可应用到与试块同材质、同形式、同尺寸的工件探伤中去。

（2）确定探伤灵敏度和评价缺陷大小。对于不同种类、不同厚度、不同要求的工件，需要不同的探伤灵敏度，为了确定探伤时的灵敏度，就需要带有各种人工缺陷的试块，用人工缺陷的波高来表示探伤灵敏度，这是试块常用的一种方法。为了评价工件中某一深度处缺陷大小，用试块中同一深度各种尺寸的人工缺陷与之相比较，这就是探伤中应用的缺陷当量法。（3）校验仪器和测试探头性能。通过试块可以测试仪器或探头的性能，以及仪器和探头连接在一起的系统综合性能。

试块的种类根据试块的用途，可分为三大类：（1）调节仪器及测试探头的试块，如我国JB1152-81标准规定的CSK-1A试块，GB11345-89标准规定的CSK-IB试块，如图1-16所示。（2）纵波探伤用试块，人工缺陷为平底孔。（3）横波探伤用试块，人工缺陷为横孔，JB1152-81标准规定的CSK-ⅢA试块，GB11345-89标准规定的RB试块。

四、实验装置

1．仪器CTS-22型 2．探头：2.5P9×9K2探头

3．试块:CSK-IA、CSK-ⅠB、RB-1 4．耦合剂：机油

5．带缺陷的对接焊缝试样 6．钢板尺

图1-16 CSK-IA（B）试块

五、实验内容与步骤

设焊缝试样厚度T=16mm。

1．测探头的入射点（前沿长度l0）和K值

（1）调节仪器，使时基扫描线清晰明亮，并与水平刻度线重合，[抑制至]“0”。

（2）测探头的入射点和K值：将机油涂于CSK-IB（A）试块上，探头置于CSK-IB(A)试块R100的圆心上，斜对准R100圆弧面，用手压1~2公斤力，平行移动探头，找到最高回波，这时试块上R100圆心正对的楔块底面上的点就是入射点，量出探头前至圆弧面的长度l1，前沿长度loR100l1，测三次，求平均值并做记录。然后将探头斜对准50，找到最高回波，这时入射点正对的试块上的刻度值就是探头的横波折射角K值，或K=

l2lo35，量出探头前至试块左端面的长度l2，测三次，求平均值并做记录。

302．按深度2∶1调节扫描线

（1）用 [脉冲移位] 将示波屏上的始脉冲左移至0。

（2）将机油涂于RB试块上，探头置于RB试块上，选定两个深度相差一倍的孔,如

d = 10和20mm的横孔，先将探头斜对准d =10mm的横孔φ3×40，找到最高回波，用[深度细调]将其前沿调到水平刻度20处。

（3）移动探头，找到d = 20mm的横孔φ3×40的最高回波，若此波前沿所对的水平刻度值为y，应求出x = 40 – y；当x为0时，正好是深度2∶1；当x为正时，用〔深度细调〕将回波向大读数移动到 y +2x；当x为负时，用〔深度细调〕将回波向小读数移动到y-2 | x | 。

（4）用〔脉冲移位〕将回波前沿调至水平刻度40处，这时深度2∶1的扫描速度就调好了，d = 10mmφ3×40的最高回波也正对水平刻度20处。 3．距离一波幅曲线的测试

（1）固定 [增益] ，调 [衰减器] ，分别使d = 10，20，30，40mm的φ3×40最高反射波达80%，记录相应的衰减器的读数于表1-2中（检验等级A级－单面单侧）。

表1-2 距离—波幅曲线的灵敏度（GB11345-89） 深度d（mm） 波幅（dB） 10 20 30 40 (水平刻度值20) (水平刻度值40) (水平刻度值60) (水平刻度值80) φ3×40基准线（DAC） 判废线DAC 定量线DAC-10dB 评定线DAC-16dB （2）绘制距离一波幅曲线：

根据板厚T=16mm和表2所列数据，以深度d为横坐标（按2∶1比例），以dB值为纵坐标，在坐标纸上描点、连线，绘制距离—波幅曲线。

距离—波幅曲线是描述某一特定规则反射体的回波高度随距离变化的曲线，如图16所示。曲线由评定线、定量线和判废线组成。评定线与定量线之间为Ⅰ区，定量线（含定量线）与判废线之间为Ⅱ区，判废线（含判废线）以上为Ⅲ区。

实际探伤中，使用距离—波幅曲线比较麻烦，而面板曲线使用方便，可根据缺陷波高

直接确定缺陷当量和区域。目前国内外应用很广。 4．面板曲线的绘制及应用

（1）探头斜对准RB试块上深为10mm的φ3×40横孔找到最高回波，水平刻度应在20处，调整〔衰减器〕至波高达满幅度的80%，在面板上标记波峰对应的点A，并记下此时〔衰减器〕的dB值N（假定N = 50dB）。 （2）固定［增益］和［衰减器］，分别探测深度为20、30、40mm的φ3×40横孔，水平刻度应分别在40、60、80处，找到最高回波，并在面板上标记相应波峰对应的点B、C、D，然后连接点A、B、C、D，得到一条φ3×40的参考曲线（基准线），这就是面板曲线。

面板曲线的应用：

1）灵敏度的调节：若工件厚度在8~50mm范围内，只要在N = 50dB的基础上减去10dB，即［衰减器］读数为40dB，这时灵敏度就调好了，此时，面板曲线即定量线。

2）确定缺陷区域：探伤时若缺陷波高低于参考线，则说明缺陷波低于定量线，是Ⅰ区的缺陷可不计；若缺陷波高于参考线，是Ⅱ区或Ⅲ区的缺陷，则用［衰减器］将缺陷波调至参考线，根据衰减的dB值得出缺陷的当量和区域。 5．焊缝探伤

（1）清理打磨探测面：H=2KT+50=2×2×16+50=114mm，焊缝一侧清理打磨114mm宽，然后涂上机油。

（2）扫查探测：探头置于焊缝的一侧作锯齿形扫查，齿距不大于晶片尺寸，保持探头与焊缝中心线垂直的同时作10°~15°的摆动。为了发现横向缺陷，可使探头与焊缝10o~45°作斜平行扫查。为了大概了解缺陷的有无和分布状态，以较高的灵敏度进行全面扫查，称为粗探伤。对粗探伤发现的缺陷进行定位、定量，就是精探伤。

（3）缺陷定位：在扫查过程中发现缺陷后，要根据扫描速度和缺陷波所对的水平刻度值（一次波、二次波）来确定缺陷在焊缝中的位置，并做记录（见探伤报告记录）。先用判废线探测，然后再用定量线探测，以便找到波幅最高点。

1）当仪器按深度1：1调节扫描速度，缺陷波前沿所对的仪器水平刻度值为τf时： 若τf≤T（板厚），说明此缺陷是一次波发现的，则缺陷距探头入射点的深度df和水平距离lf为：

dfflfKdf (1-5)

若Tf2T，说明此缺陷是二次波发现的，则：

df2TflfKf （1-6）

2）当仪器按深度2：1调节扫描速度，缺陷波前沿所对的仪器水平刻度值为τf时：

若

f≤T（板厚），说明此缺陷是一次波发现的，则缺陷的深度df和水平距离lf为： 2若Tdff/2lfKdf (1-7)

f22T，说明此缺陷是二次波发现的，则：

df2Tf/2 （1-8） lfKf/23）确定缺陷位置，并做记录（见探伤报告记录）。

（4）缺陷定量：在测定缺陷位置的同时，还要测定位于定量线或定量线以上的缺陷的波幅和指示长度，并做记录（见探伤报告记录）。

首先找到缺陷波的最高回波，测出它与基准波高的dB差，然后测其指示长度。 当缺陷波只有一个高点时，用半波高度法（6dB）测其指示长度。 当缺陷波有多个高点时，则用端点峰值法测其指示长度。

（5）评级：根据验收标准评定焊缝的级别。最大反射波幅位于Ⅱ区的缺陷，根据缺陷指示长度按表3的规定予以评级。最大反射波幅位于Ⅱ区的缺陷，其指示长度小于10mm时按5mm计；相邻两缺陷间距之间小于8mm时，两缺陷指示长度之和作为单个缺陷的指示长度。

反射波幅位于Ⅲ区的缺陷，无论其指示长度如何，均评定为Ⅳ级。 （6）填写探伤报告：记录缺陷的位置、波幅、指示长度等。

表1-3 缺陷的等级分类（GB11345-89） 检验等级 评定等级 缺陷指示长度 (mm) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 超过Ⅲ级者 A级 （板厚T=8~50mm） B级 (板厚T=8~300mm) 2T最小12; 3T最小10； 3最大303T最小12 ;42T最小12； 3最大50T;最小203T最小16； 4最大75超过Ⅲ级者 六、实验报告要求（按要求写预习报告）

1．写出实验目的、原理、装置和步骤。 2．焊缝超声波探伤报告记录（如下所示）。 3．体会和感想。

焊缝超声波探伤报告记录

1、试样编号：_______________________试样厚度：____________________ 2、焊接方法：_______________________坡口形式：____________________ 3、仪器型号：_______________________探头规格：____________________ 4、标准试块：_______________________对比试块：____________________ 5、入射点测定l1： （1）____ ( 2 ) ______ ( 3 ) _______ 探头前沿长度l0：（1）____ ( 2 ) ______ ( 3 ) _______ 平均______ 6、K值测定l2： （1）______ （2）______ （3）_______

K值： （1）______ （2）______ （3）_______ 平均______ 7、时基扫描线调整方法与比例：_______________________________ 8、试件探伤灵敏度：______________________ 检验等级_________ 9、距离——波幅曲线绘制： 距离（mm） 10 20 30 40 波幅（dB ） (水平刻度值20) (水平刻度值40) (水平刻度值60) (水平刻度值80) φ3×40基准线（DAC） 判废线DAC 定量线DAC-10dB 评定线DAC-16dB

距离——波幅曲线图

10、缺陷位置示意图（不用写在报告上）：

11、缺陷记录及评定： 缺陷指示长度（mm） 序 号 S1 S2 长度 S2- S1 S3 缺陷深度 探头前至缺缺陷距焊缝 高于 波幅最高点 评定 波高 中心距离（mm） 陷点的长度 定量线 df（mm） 区域 等级 l3 = lf -l0 dB值 A B 注：S1：缺陷起始距试样左端头的距离；

S2：缺陷终点距试样左端头的距离；

S3：缺陷波幅最高点距试样左端头的距离。