TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院张红霞2011年04月18日焊接接头超声检测焊接接头超声检测第九章第九章在国内外，几乎各个工业部门都应用焊接技术制造 各种重要结构，特别是锅炉、压力容器、压力管道和 各种钢结构主要是采用焊接方法制造的。有资料表明 ，通过焊接加工的钢材占世界钢材产量的50以上。 超声检测是检测焊接接头缺陷并为焊接接头质量评 价提供重要数据的主要无损检测手段之一。为了能够 合理地选择检测方法和检测条件，获得比较正确的检 测结果，检测人员应了解有关焊接的基本知识，如焊 接接头形式、焊接坡口形式、焊接方法及工艺、焊接 缺陷等。 本章主要结合JB/T 4730.3-2005来详细介绍焊接接 头的超声检测方法。TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.1 概述 9.1 9.1 概述概述TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.2 焊接加工及常见缺陷焊接是指通过加热或加压，或两者兼用，并且用或 不用填充材料，使工件达到原子结合的一种加工方法 。常用的焊接方法有熔焊、压焊、钎焊和特种焊接等 。 虽然新焊接方法不断出现，但应用最广泛的仍是熔 焊，特别是在特种设备生产过程中。 所以，超声检测的主要对象是熔焊焊接接头，如焊 条电弧焊(Shielded Metal Arc Welding)、埋弧焊 (Submerged Are Welding)、气体保护(Gas Metal Arc Welding)、钨极氩弧焊(TIG)等形成的焊接接头。9.2 9.2 焊接加工及常见缺陷焊接加工及常见缺陷9.2.1 焊接过程9.2 焊接加工及常见缺陷TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院焊接过程实际上是一个冶炼和铸造过程，首先利用电能或其他形式的能量产生高温是金属熔化，形成熔池，熔融金属在熔池中经过冶金反应后冷却，将两种工件牢固地结合在一起。 焊条电弧焊(SMAW)是指用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。焊条电弧焊应用广泛，主要不足是通常每条焊道焊后必须清除熔渣，劳动强度大；焊接质量受焊工操作水平和体力影响严重。9.2 焊接加工及常见缺陷TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院埋弧焊(SAW)是利用焊剂做保护层，电弧在炸剂层下加热并熔化金属，利用电气和机械装置控制送丝和移动电弧的焊接方法。主要用于碳素钢、低合金钢、耐热钢及不锈钢焊缝的水平位置焊接，适用于厚度20 mm以上的纵缝、环缝焊接，也可进行不锈钢和低合金钢的带极堆焊，在锅炉、压力容器和船舶制造中应用广泛。9.2 焊接加工及常见缺陷TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院气体保护焊(GMAW)是利用氩气或二氧化碳等保护气体作保护层的电弧焊方法。其中，氩弧焊通常适用于0.55 mm范围的薄板或管子的全位置焊接和堆焊，还经常使用于锅炉及压力容 器重要受压元件焊缝根部的打底焊，从而确保焊缝根 部质量。用二氧化碳气体或其他混合气体作为保护气 体的电弧焊，在锅炉、压力容器制造中，如一些支座 角焊缝、容器附件、膜式水冷壁的焊接，已逐步取代 焊条电弧焊。TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.2 焊接加工及常见缺陷金属熔化焊焊接部位的总称叫焊接接头，简称接头， 包括焊缝、热影响区和临近母材。检验接头性能应考虑焊缝(焊件经焊接后所形成的 结合部分，对熔化焊而言，为熔池凝固后形成的焊缝) 、 熔合区、热影响区甚至邻近母材等不同部位。焊接接头可以有不同的接头形式以满足工程需要的 。主要有对接、角接、T形和搭接接头等，如图9-1所 示。 最常见的是对接焊接接头，其次是角接和T形接头，搭 接很少使用。对接接头常用于板、管道的焊接，角接接头常见于 箱形部件的边角焊接，T形接头常见于压力容器内外部 辅助结构与壳体的焊接。9.2.2 接头形式TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.2 焊接加工及常见缺陷a) 对接接头 b) 角接接头 c) T接接头 d) 搭接接头 图9-1 焊接接头形式TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.2 焊接加工及常见缺陷为保证两母材施焊后能完全熔合，焊前应把接合处 的母材加工成一定的形状，这种加工后的形状称为坡 口。 根据板厚、焊接方法、接头形式和要求不同，可采 用不同的坡口形式。常见的坡口形式如图9-2所示。V 形坡口各部分的名称如图9-3所示，焊接后形成的焊接 接头各部分的名称如图9-4所示。9.2.3 坡口形式9.2 焊接加工及常见缺陷TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院图9-2 常见的焊接坡口形式 a) I形; b) V形; c) X形; d) U形; e) 单边V形; f) K形9.2 焊接加工及常见缺陷TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院图9-3 V形坡口各部分名称 1 表面; 2 背面; 3 坡口角; 4 根部面(钝边); 5 倾斜角; 6 坡口面; 7 根部高度; 8 根部间隙9.2 焊接加工及常见缺陷TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院图9-4 V形坡口焊接接头各部分名称 1 焊缝宽度; 2 焊道缝边; 3 母材; 4 根部; 5 焊缝金属;6 余高; 7 热影响区; 8 焊趾TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.2 焊接加工及常见缺陷焊缝中常见缺陷有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和 裂纹等。 (1) 气孔气孔是在焊接过程中焊接熔池高温时吸收了过量的 气体或冶金反应产生的气体，在冷却凝固之前来不及逸 出而残留在焊缝内形成的空穴。产生气孔的主要原因是 焊条或焊剂在焊前未烘干，焊件表面污物清理不净等。 气孔大多呈球形或椭圆形。气孔分为单个气孔、链 状气孔和密集气孔。9.2.4 焊缝中常见焊接缺陷TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.2 焊接加工及常见缺陷 (2) 未焊透 未焊透是指焊接接头部分金属未完全熔透的现象。 产生未焊透的主要原因是焊接电流过小，运条速度 太快或焊接规范不当（如坡口角度过小，根部间隙过 小或钝边过大等）。未焊透分为根部未焊透、中间未 焊透和层间未焊透等。 (3) 未熔合 未熔合主要是指填充金属与母材之间没有熔合在一 起或填充金属层之间没有熔合在一起。产生未熔合的 主要原因是坡口不干净，运条速度太快，焊接电流过 小，焊条角度不当等。未熔合分为坡口面未熔合和层 间未熔合。TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院(4) 夹渣夹渣是指焊后残留在焊缝金属内的熔渣或非金属夹 杂物。产生夹渣的主要原因是焊接电流过小，速度过 快，清理不干净，致使熔渣或非金属夹杂物来不及逸 出而形成的。夹渣分为点状和条状。 (5) 裂纹裂纹是指在焊接过程中或焊后，在焊缝或母材的热 影响区局部破裂的缝隙。 按裂纹成因分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹等。热 裂纹是由于焊接工艺不当在施焊时产生的。9.2 焊接加工及常见缺陷TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院冷裂纹是由于焊接应力过高，焊条焊剂中含氢量过高 或焊件刚性差异过大造成的。常在焊件冷却到一定温度 后才产生，因此又称延迟裂纹。 再热裂纹一般是焊件在焊后再次加热（消除应力热处 理或其他加热过程）而产生的裂纹。 按裂纹的分布可分为焊缝区裂纹和热影响区裂纹。按 裂纹的取向可分为纵向裂纹和横向裂纹。 焊缝中的气孔、夹渣是立体型缺陷，危害性较小。而 裂纹、未熔合是平面型缺陷，危害性大。在焊缝探伤中 ，由于加强高的影响及焊缝中裂纹、未焊透、未熔合等 危害性大的缺陷往往与检测面垂直或成一定的角度，因 此一般采用横波探伤。9.2 焊接加工及常见缺陷TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测母材厚度为8400 mm的全熔化焊对接焊接接头是特种设备行业超声检测的主要对象之一。低碳钢、低合金钢对接接头的超声检测是焊接接头超声检测技术中最基本的一种应用，掌握了此类接头检测方法，有助于了解和掌握其他材料和形式的焊接接头超声检测方法。9.3 9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测钢制承压设备对接焊接接头的超声检测TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测由于不同类别焊接接头的重要性、失效后果严重性和危害性，超声检测的有效性和成本等都可能存在显著差异，有必要根据实际情况和要求采用相适应的超声检测技术等级对焊接接头进行检测。焊接接头超声检测技术等级主要根据检测面的数量、检测探头的多少、是否检测横向缺陷、焊缝余高是否磨平等来进行划分。9.3.1 焊接接头超声检测技术等级的选择TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测不同的检测技术等级对质量的保证是不一样的。因此 设计、制造、安装和检验检测部门应根据承压设备产品 的重要程度进行选用。JB/T 4730.3-2005承压设备无损 检测第3部分：超声检测中规定“超声检测技术等级分 为A、B、C三个检测级别。 (1) A级检测 A级检测技术适用于与承压设备有关的支承件和结构 件焊接接头检测。 适用于母材厚度846 mm的焊接接头检测，一般用一 种K值探头，可采用直射波法和一次反射波法(或称为二 次波法)在焊接接头的单面单侧进行检测。一般不要求进 行横向缺陷的检测。 TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测(2) B级检测B级检测技术适用于一般承压设备对接焊接头检测。1) 母材厚度为846 mm时，一般用一种K值探头，采用直射波法和一次反射波法在对接焊接接头的单面双侧进行检测。 2) 母材厚度为46120mm时，一般用一种K值探头，采用直射波法在焊接接头的双面双侧进行检测，如受几何条件限制。也可在焊接接头的双面单侧或单面双侧采 用两种K值探头进行检测。3) 母材厚度为120400mm时，一般用两种K值探头，采用直射波法在焊接接头的双面双侧进行检测。两种探头的折射角相差应不小于10。4) 为检测焊接接头及热影响区的横向缺陷应进行斜平行扫查。检测时，可在焊接接头两侧边缘使探头与焊接接头中心线成1020作两个方向的斜平行扫查，如焊接接头余高磨平，探头应在焊接接头及热影响区上作两个方向的平行扫查。9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测(3) C级检测C级检测技术适用于重要承压设备对接焊接接头检测。同A、B级相比，主要是要求将焊接接头的余高磨平并用直探头对斜探头扫查经过的母材区域进行检测，后 者主要是避免在检测声束(包括斜探头和直探头)经过的母材区域存在的小缺陷影响焊接接头缺陷的检测效果。 其技术要求如下：1) 采用C级检测时应将焊接接头的余高磨平，对焊接接头两侧斜探头扫查经过的母材区域要用直探头进行检 测。TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院2) 母材厚度为846 mm时，一般用两种K值探头采用直射波法和一次反射波法在焊接接头的单面双侧进行 检测。两种探头的折射角相差应不小于10，其中一个 折射角应为45。 3) 母材厚度为46400 mm时，一般用两种K值探头采用直射波法在焊接接头的双面双侧进行检测。两种探 头的折射角相差应不小于10。对于单侧坡口角度小于 5的窄间隙焊缝，如有可能应增加对检测与坡口表面平行缺陷的有效检测方法。 4) 应进行横向缺陷的检测。检测时，将探头放在焊缝及热影响区上作两个方向的平行扫查。9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测(1) 探测面的修整工件表面状况的好坏，直接影响探伤结果。因此，应清除焊接工件表面飞溅物、氧化皮、凹坑、锈蚀及油污等。一般使用砂轮机、锉刀、钢丝刷、磨石、砂纸等对 探测面进行修整，表面粗糙度Ra一般不大于6.3 m。焊缝两侧探测面的修整宽度P一般根据母材厚度确定。9.3.2 检测方法和检测条件选择TUT 太原理工大学 材料科学与工程学院9.3 钢制承压设备对接焊接接头的超声检测JB/T 4730.3-2005中5.1.4条规定如下：采用一次反射法