工艺准备

出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第379页（6760字）

1．仪器的选择

目前在焊接结构的超声检测中普遍采用A型脉冲反射式超声波探伤仪，如国产CTS22，CTS－23，CTS－26型等超声波探伤仪，其工作频率范围至少为1～5MHz。探伤仪应配备80dB以上连续可调的衰减器或增益控制器，步进级每档不大于2dB，其精度为任意相邻12dB误差在±1dB内，最大累积误差不超过1dB；水平线性误差不大于1%，垂直线性误差不大于5%。其余指标应符合ZBY230的规定。

2．探头选择及参数测试

(1)探头频率一般在2～5MHz，推荐选用2～2．5MHz公称频率探头。特殊情况下可选用低于2HMz或高于2．5MHz检验频率，但必须保证系统灵敏度要求。

(2)晶片有效面积一般不应超过500mm²，且任意边长不应大于25mm。

(3)单斜探头声束轴线水平偏离角不应大于2°，主声束垂直方向不应有明显的双峰。

(4)斜探头K值选择要保证，使超声波束扫查到整个焊缝截面，使声束中心线尽量与主要危险性缺陷垂直，保证足够的探伤灵敏度。为保证超声波束扫查到整个焊缝截面，所选K值应满足

K≥a+b+l₀／T

式中 a．上焊缝宽度的一半；

b．下焊缝宽度的一半；

l．探头的前沿距离；

T．工件厚度；

K．探头K值，K=tgβ。

(5)斜探头的折射角或K值应根据所测焊接接头的厚度、坡口型式及预计探测的主要缺陷种类进行选择。

GB11345－89标准《钢焊缝手工超声探伤方法和探伤结果的分级》推荐的探头角度如下表

表1－12－14 GB11345－89标准推荐选用探头折射角

JB4730－94标准《压力容器无损检测》推荐选用的斜探头K值

表1－12－15 推荐选用的斜探头K值

(6)斜探头参数的测试斜探头的入射点(前沿距离l₀)、K值等参数常因斜楔中声速探头。装配或磨损不同而常产生变化，所以必须于探伤前在试块上进行实测。

①入射点(前沿距离l₀)的实测斜探头声束轴线与斜探头楔块底面的交点为横波入射被检工件的入射点，称斜探头的入射点。测得入射点位置即可测出斜探头的前沿距离l₀(即入射点到斜探头前端面的距离)。

斜探头入射点测试常采用CSK－ⅠA或半圆试块。具体测试方法如下：斜探头置于CSKⅠA试块上端面R100(或半圆试块R40)圆心处，调节仪器使R100(或R40)圆弧面反射波显示在荧光屏上，保持探头声束轴线与试块侧面平行，前后移动探头，使R100(或R40)圆弧面反射波波幅达到最高，此时与圆心刻度线对应的点即为探头的入射点，同时可测出斜探头的前沿距离l₀值。

②斜探头K值的测定 斜探头K值应等于斜探头在钢中折射角的正切值，由于制造精度、材料声速差异及使用过程中磨损等原因，斜探头实际K值与标称K值会产生变化，因此，斜探头在使用前或使用过程中都要测量K值，否则缺陷定位将会产生误差。

测试斜探头K值常采用CSK－ⅠA或CSK－ⅢA(或RB)试块，具体测试步骤如下：

a．选用CSK－IA试块，将斜探头置于CSK－ⅠA上端面(或下端面)上，探测Φ50孔或Φ1．5孔，调节仪器使Φ50孔或Φ1．5孔反射波显示于荧光屏上，保持探头侧面与试块侧面平行，前后移动探头使Φ50孔或Φ1．5孔回波幅度最高，固定探头，读取试块侧面上与探头入射点对应的刻度值，即为斜探头实测K值。

b．选用CSK－ⅢA(或RB)试块，将斜探头置于CSK－ⅢA(或RB)试块上端面上，使声束对准某一Φ1×6(或Φ3×40)横孔，调节仪器在荧光屏上找到该横孔回波，保持探头侧面和试块侧面平行，前后移动探头，找到最高回波，量出探头入射点到该孔的水平距离l和垂直距离d，则斜探头实测K值为：

K=tgβ=l／d

3．探伤区及探伤面准备

(1)探伤区(探头移动区)宽度A：

①采用一次反射法或串列式扫查检测时，探头移动区A应大于1．25p

p=2TK或P=2Ttgβ

式中P₀．跨距，mm；T₀．母材厚度，mm；

②采用直射法检测时，探头移动区A应不小于0．75p。

(2)探伤面修整 为保证探头平稳的及良好的声耦合，检测表面应平整光滑。探头移动区应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其他阻碍声耦合的杂质，检测面一般应进行清理打磨，使钢板露出金属光泽，其表面粗糙度R_a应不超过6．3μm。

4．耦合剂选用

为保证声耦合，探伤前必须在检测面上涂布耦合剂。焊缝超声探伤常用耦合剂有机油、甘油、CMC(化学纤维素)浆糊、润滑脂和水等。当工件表面光洁度较差时，选用声阻抗较大的耦合剂(如甘油)可获得较好的透声性能。

5．扫描速度调整与距离－波幅曲线测绘

(1)扫描速度调节 扫描速度调节即时基扫描比例调节是缺陷定位的基础，往往利用试块上已知位置及尺寸的反射体来实现。即实现仪器示波屏上时基扫描线长度按一定比例关系代表反射体的声程、水平距离或深度。因此横波探伤时基扫描比例的调整有三种方法，即：声程比例法、水平比例法和深度比例法。扫描比例依据工件厚度和选用的探头回波来确定，最大检测范围应调至时基扫描线刻度的2／3以上以减少定位误差。在焊缝探伤中，如选用角度探头可用声程定位。但现在焊缝探伤中普遍选用K值探头，当选用K值探头时，如板厚小于20mm宜用水平比例法，板厚大于20mm时宜选用深度比例法。

根据A型探伤仪的工作原理，斜探头横波探伤时起始波与反射体回波之间的时基扫描线长度所代表的声程是由探头有机玻璃楔块中的纵波声程S_L1与被检材料中的横波声程S_s2组成。横波探伤中缺陷定位是以入射点为参考点的，因此横波扫描速度的调整包括两部分，在调整扫描比例的同时还要进行零位校正。①零位校正：利用“水平移位”旋钮将有机玻璃声程S_s1移到示波屏机械刻度尺“0”点以外，使机械刻度尺零点与横波入射点相一致。②扫描比例调整：调整扫描速度(调整“深度”及“微调”旋钮)使时基扫描线按一定比例关系代表反射点的声程、深度或水平距离。

调整方法：工程检测或实验中往往选择声程、深度、水平距离成简单倍数关系的两个已知反射体，或同一反射体的多次回波，通过“扫描比例调整”及“水平移位”使两个反射波按所选择的比例关系到位来实现的。具体的调整方法有两种：①逐次逼近法：反复调整扫描速度(即“深度微调”)及水平移位(“水平”)逐次逼近，使两个反射波按所选择的比例关系到位。②分步调整法：首先调整扫描速度(“深度”，“微调”)，使第一个反射波到第二个反射波之间的时基线按所选的比例关系达到一定的长度，之后调整水平移位(“水平”)使两个反射波在时基线上按所选的比例关系到位。以下分别介绍三种调整方法的实现。

①声程比例法 将荧光屏上时基扫描线长度调整成声程读数的一种方法，常用CSK－ⅠA试块、半圆试块来调整。

a．CSK－ⅠA试块法 将斜探头置于试块上端面上，入射点对准圆心，移动探头找到R50、R100圆弧面最大反射波，调“水平”“深度”和“微调”，将两反射波调整至时基线50和100处，此时实现声程比例X：1∶1，类似的也可实现声程比例1∶n。

b．半圆试块法 斜探头置于半圆试块上端面上，入射点对准开槽圆心处，在示波屏上找到R、2R反射回波，应用逐次逼近或分步调整将R及2R反射回波调整至时基线40、80处，即实现声程X∶1∶1。类似的也可调出X：1∶n。

②水平比例法 将荧光屏上时基扫描线长度调整成水平距离读数的一种方法。常用CSK－ⅠA或CSK－ⅢA试块来调整。

a．CSK－ⅠA试块法 斜探头置于试块上端面，入射点对准圆心，利用逐次逼近法或分步调整法将R50、R100圆弧面反射波调到

处，如K=1．0，L₁=35mm，L₂=70mm；K=2，L₁=22．4mm，L₂=44．8mm即实现了扫描比例，水平L：1∶1。类似的也可实现L：1∶n。

b．RB或CSK－ⅢA试块法 利用试块上深度d不等的二横孔作为反射体，此二孔的水平距离分别为

L1=Kd₁

L2=Kd₂

利用逐次逼近法将二横孔反射波调至L₁、L₂实现水平L：1∶1。

③深度调整法：

a．利用CSK－ⅠA试块法 调节方法同上，将R50、R100圆弧面反射波调至对应深度处。

例如选K=2．0，则d₁=22．4mm，d₂=44．8mm；则可实现深度比例d∶1∶1，类似的也可调d：1∶n。

b．利用RB或CSK－ⅢA试块法 利用已知的深度不等的d₁、d₂二横孔作为反射体，利用逐次逼近法将二孔反射回波分别调整到时基线刻度d₁、d₂处即实现了深度比例d：1∶1，类似的可实现深度比例d：1∶n。

(2)距离－波幅曲线测绘 焊接结构超声检测，检测灵敏度与缺陷定量都是以距离－波幅曲线为基础来确定的，因此在工程检测前首先应测绘距离－波幅曲线。

描述一确定的反射体回波高度随距离变化的关系曲线称为距离－波幅曲线。焊接接头超声检测常用的参考反射体为横孔，包括长横孔和短横孔。距离－波幅曲线由判废线RL、定量线SL和评定线EL三条线组成。三条线将距离－波幅曲线分为三个区，其中评定线以上定量线以下为Ⅰ区(弱信号评定区)；定量线以上判废线以下为Ⅱ区(长度评定区)；判废线以上为Ⅲ区(判废区)。

目前我国标准GB11345－89“钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级”以Φ3×40长横孔为标准反射体，在RB－Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ试块测绘距离－波幅曲线，距离－波幅曲线的灵敏度见下表。

表1－12－16 斜探头距离－波幅曲线灵敏度(GB11345－89)

表1－12－17 直探头距离－波幅曲线灵敏度(GB11345－89)

我国标准JB4730－94“压力容器无损检测”以Φ2×40(＞120mm厚板为Φd×40，d由被检厚度确定)长横孔及Φ1×6短横孔为标准，在CSK－ⅡA、CSK－ⅢA及CSK－ⅣA试块上测绘距离－波幅曲线。距离－波幅曲线灵敏度见下表。

表1－12－18 斜探头距离－波幅曲线的灵敏度

表1－12－19 斜探头距离－波幅曲线的灵敏度

注：d为横孔直径。

表1－12－20 直探头距离－波幅曲线的灵敏度

距离－波幅曲线有两种形式，一种是波幅用分贝值表示作为纵坐标，距离为横坐标，称距离－dB曲线；另一种是波幅用毫米(或%)表示作为纵坐标，距离为横坐标，在实际探伤中将其描绘在示波屏面板上，称为面板曲线。距离－波幅曲线一般由实测得到，也可用理论公式或由通用AVG曲线得到，但三倍近场区内只能实测得到。以下介绍距离－波幅曲线的测绘方法。

①距离－dB曲线测绘：

a．测绘探头参数：入射点(前沿距离l₀)、K值。

b．按所选择的扫描比例(声程x、垂直d、水平l)1∶n做零位校正与扫描比例调整。将测试范围调整到工件最大厚度范围。

c．“抑制”、“深度补偿”关，“增益”调到最大。

d．在选定的参数试块上，依次找到各不同深度参考反射体(横孔)的最大反射回波。调“衰减器”使回波达到基准波高(80%)，从衰减器上分别取读各横孔反射回波的相对波高(dB)，并作出记录。

e．以波幅(dB)为纵坐标，以探测距离(x、d、l)为横坐标将所测数据描绘在坐标纸上，把各点连成圆滑的曲线并延长到整个探测范围，该曲线即为参考反射体DAC基准线。

f．依据所执行标准中“距离－波幅曲线灵敏度”的规定，以DAC基准线为基础绘制判废线(RL)、定量线(SL)、和评定线(EL)，并标出波幅定量的区。

②距离－波高曲线(面板曲线)的测绘：

a．测定探头参数：入射点(前沿距离l₀)、K值。

b．按所选择的扫描比例(声程x、垂直d、水平l)1∶n做好零位校正与扫描比例调整将测试范围调整到工件最大厚度范围。

c．依据执行标准、工件厚度和曲率选择适当对比试块，选择深度最小能产生最大反射波幅的横孔为第一基准孔。

d．调“增益”、“衰减器”将第一基准孔的最大回波调至满幅度的100%(但不饱和)，在面板上标记波峰对应的点并记录此衰减器的读数N。

e．固定“增益”、“衰减器”分别探测其余深度横孔找到最高回波，并在面板上标记相应波峰对应的点。

f．将各标记点连成圆滑曲线，并延伸到整个探测范围，该曲线即为面板曲线。