焊接是一个特殊冶金过程 ,加之手工焊接中人为因素大 ,成形复杂 ,以及焊接中产生的多种缺陷 ,造成了压力容器和承压管道对接焊缝超声波探伤中难以识别缺陷及其类别。缺陷的类别是决定缺陷对焊缝强度危害程度的重要因素 ,因此研究如何确定缺陷类别的方法 ,对判断焊缝中缺陷对压力容器和承压管道运行安全性的影响具有非常重要的意义。焊缝中的缺陷有气孔、夹杂、裂纹、未熔合和未焊透等 ,按其形状可分为体积型缺陷和平面型缺陷 ,其中气孔和夹杂属于体积型缺陷 ;裂纹、未熔合和未焊透属于平面型缺陷<1> 。采用单、串列探头波幅比较法 ,即通过比较单探头探测缺陷的回波波幅高度和串列探头探测缺陷的回波波幅高度 ,可区分出缺陷是体积型缺陷还是平面型缺陷。1 理论分析 <2 >1 .1 球孔 (图 1 a)单探头探测球孔时按理想状态可认为是横波垂直入射球形人工缺陷 ,其返回声压 Pd 为Pd =P0 π .D2 .cosβ .d4( 4λS.x2 .cosα) ( 1 )式中 D——圆片状声源的直径图 1 体积型缺陷和平面型缺陷波形图Ug——单探头直射波探测到的缺陷最大反射波幅Uz——串列 探头探测到缺陷内表面最大反射波幅Kf——形状系数α——斜探头的纵波入射角β——斜探头的横波折射角λS——被检材料中的横波波长d——球孔的直径x——缺陷的声程P0——声源起始声压Pd——缺陷回波声压设 A =π .D2 .cosβ4λS.cosα则式 ( 1 )可简化为Pd =AP0d4x2 ( 2 ) 当探头发射横波经球孔内表面反射至焊接接头底面 ,再由焊接接头底面反射至接收探头时 ,先假定忽略焊接接头底面大平底反射造成的声压衰减 ,设返回声程为 x′,其返回声压 Pd′为Pd′=AP0d4x′2 ( 3) 不管缺陷埋藏深度如何变化 ,x′≥ x,故 Pd≥Pd′。如果再考虑焊接接头底面大平底反射造成的声压衰减 ,单探头返回声压 Pd 应大于串列探头返回声压 Pd′,因为Pd Pd′∝ Ug Uz所以探测立体缺陷时 ,Ug≥ Uz。1 .2 不规则裂纹 (图 1 b)用单探头探测裂纹时 ,假定裂纹有一平面垂直于入射横波得到全反射 ,则声压往复透射率 Tw 为Tw =Pi Pa式中 Pa——声源起始声压Pi——缺陷回波声压有机玻璃 /钢界面声压往复透射率随钢中折射角 βS的变化如图 2所示。可见 ,当 βS=35°～ 55°时Pi =Tw Pa =( 2 0 %～ 30 % ) Pa ( 4 ) 当探头发射横波经裂纹和焊接接头底面反射至图 2 有机玻璃 /钢界面声压往复透射率有机玻璃中纵波声速 CL=2 72 0 m/ s钢中横波声速 CS=32 30 m/ s接收探头时 ,假定反射满足端角反射条件 ,则其横波端角反射率 Td 为Td =Pi′Pa钢中横波端角反射率随 βS的变化如图 3所示。可见 ,βS=35°～ 55°时Pi′=Td Pa=1 0 0 % Pa ( 5) 比较式 ( 4 ) ,( 5)可得 ,当βS=35°～ 55°时 Pi
1 当信号 Ug 在探伤仪屏幕上的高度大 于信号 Uz 的高度=1 当 Ug 和 Uz高度之差≤满屏的 1 0 % 或调整增益使 Ug =Uz时的分贝差 ≤ 2 d B<1 当 Ug h时 ,可以测量形状系数 ;当缺陷位置高度 H @汪毅$河南电力试验研究所!郑州450052
@王传玉$河南电力试验研究所!郑州450052超声检验;;焊缝;;缺陷;;探头讨论超声横波单、串列探头波幅比较法区分焊缝中缺陷类型的机理 ,在实验基础上验证了单探头和串列探头回波波幅与缺陷类型之间的对应关系 ,同时给出了串列探头之间距离和串列探头探测盲区的计算方法。1 周振丰 .焊接冶金与金属焊接性 .北京 :机械工业出版社 ,1987.
2 胡天明 .超声探伤 .武汉 :武汉测绘科技大学出版社 ,1994.mm,根部有深度为8mm的疲劳裂纹。2 .2 测量形状系数实验( 1 )用横通孔试块测量形状系数 ,先将扫描速度调整为深度 1∶ 2 ,用单探头测量不同深度横通孔的反射波幅 ,然后用串列探头测量不同深度横通孔的反射波幅和两探头之间的距离。根据公式 Kf=Ug/Uz计算出 Kf,测试数据和计算结果见附表。附表 用不同缺陷试块测量的形状系数缺陷种
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