横波探伤在焊缝检测中应用.doc

横波探伤在焊缝检测中应用 一、前言 超声波探伤是无损探伤的主要方法之一，在实际探伤中 得到广泛的应用。而在焊缝探伤中，应用最广泛的是横波探 伤。横波横波又称为切变波，只能在固体中传播。横波的波 长比纵波短，在其他条件相同时，横波声束的指向性比纵波 好，横波能量更集中一些。目前常用的横波探头是使级波斜 入射到界面上，通过波型转换来实现横波探伤的。当纵波入 射角介于第一临界角和第二临界角之间时，纵波全反射，第 二介质中只有折射横波。 目前常用的是A型脉冲波探伤仪，每次横波探伤前，都 应该利用试块对仪器和探头进行调校，常用试块为CSK- I A, CSK-TIlAo利用CSK- I A试块测定探头的入射点、探头K值 以及仪器的水平、垂直线性和动态范围。利用CSK-IIIA绘制 距离-波幅曲线，用来计算缺陷的大小和长度，以及对缺陷 进行定位。另外，在实际检测中，要根据焊缝的材质、厚度 来选择仪器和探头、根据实际条件选择耦合剂和补偿。首先 粗扫焊缝一遍，在有缺陷回波的地方做好标记，然后在缺陷 周围细扫，以便测定缺陷的位置、大小、长度等。对缺陷定 性时，应在不同的方向对该缺陷进行探测，根据缺陷波形状 和高度的变化，结合缺陷的位置和焊接工艺，做出综合判断。 二、超声波基础知识 探伤原理 超声波是一种超出人听觉的高频率机械振动波。分为纵 波、横波、表面波等多种波形。当介质中质点的位移与传播 的方向一致时为纵波；质点的位移与波传播的方向垂直时为 横波；表面波只能在工件表面传播。在固体中，各类声波都 可以传播，在液体和气体中，只有纵波才可以传播。超声波 在同一均匀介质中传播时速度不变，传播方向也不变，如果 传播过程中遇到另一种介质，就会发生反射，折射或绕射的 现象。制造容器使用的钢材可视为均匀介质，如果内部存在 缺陷，则缺陷会使超声波产生反射现象，根据反射波幅的大 小、方位、就能判定和测定缺陷的存在。超声波探伤中主要 利用石英、钛酸钡等晶体的压电效应获得超声波。 相关参数 空气中声速为340米/秒，水中声速为1500米/秒。钢 中的纵波声速为5900米/秒，横波声速为3230米/秒。声 速C，波长人与频率f之间有如下关系：C=Af。 界面入射时的反射和穿透 垂直入射时的反射和穿透：当超声波垂直入射到两种介 质的界面时，一部分超声波被反射，剩余的部分就穿透过去。 这两部分的比率决定于这两种相接介质的密度和其中的声 速。 斜入射的反射和穿透：当超声波倾斜入射到界面上时， 在界面上会产生方向不同，波型亦不同的反射波和折射波。 探伤用的横波斜探头，为了得到横波，纵波入射角必须选在 第一临界角和第二临界角之间。当纵波入射角大于第二临界 角时，第二介质中既无折射纵波也无折射横波，但在第二介 质表面形成表面波，这是表面波探头的设计原理和依据。 脉冲反射式超声波探伤法 脉冲反射法是目前探伤中用的最多的一种方法。该方法 在垂直探伤时用纵波，在斜探伤时用横波。把超声波射入被 检工件的一面，然后接收从缺陷反射回来的回波，根据回波 的波形、强弱、产生回波的区域等信息来判断缺陷的情况。 脉冲反射可分为垂直探伤法和斜射探伤法。这里重点阐述斜 探伤方法。 由斜探头进行探伤时，从晶片发出的纵波倾斜射入探伤 面。如果折射波同时存在纵波和横波时，两种波会互相干扰， 对判断结果会发生困难。一般采用调节探头入射角，使入射 角的角度大于纵波临界角（第一临界角），只让横波进入工 件，通常斜探头折射角为35?80°。定义斜探头的正切值为 K值。斜射探伤时，因为超声波是斜向射向底面，因此不会 出现底面回波，为了知道缺陷的位置和大小，通常采用在标 准试块上加工出人工缺陷，再根据仪器上的相关参数来确定 缺陷的位置（水平，垂直参数）。 焊缝探伤的重要性及常见缺陷 在压力容器构件的内部，常常存在着不易发现的缺陷， 如焊缝中的未熔合、未焊透、夹渣、气孔、裂纹等。要想知 道这些缺陷的位置、大小、性质，对每一台容器进行破坏性 检查是不可能的，因此出现了无损探伤法，它是在不损伤被 检工件的情况下，利用材料和材料中缺陷所具有的物理特性 探查其内部是否存在缺陷的方法。超声波探伤主要用于检测 焊缝内部缺陷，对于比较厚的工件，超声波探伤具有其它探 伤方法无可比拟的优势。 三、非缺陷回波的识别 容器筒体纵、环缝探伤时，常见干扰回波的识别在超声 波探伤中，屏显上除了出现各种缺陷回波外，通常还会出现 各种非缺陷干扰信号。这些非缺陷回波与缺陷回波的特征十 分接近，极易造成检测人员的误判。因此，分析掌握非缺陷 回波的特征和规律，正确识别非缺陷回波，避免其危害作用， 防止缺陷漏检，具有非常重要的意义。在自动焊焊缝探伤实 践中，除了探头杂波、耦合剂反射波以外，常见的非缺陷回 波主要是焊角回波。一般情况下，由于焊缝余高的存在，焊