基本介紹
簡介,接收和原理,產生圖像,超聲探傷方法詳解,超音波原理,直探頭探傷法檢驗鋼板,斜探頭探傷法檢驗焊縫,超音波探傷的抽檢率和合格級別的規定,套用,
簡介
超音波探傷技術簡介
1、超聲檢測
超音波檢測是無損檢測方法之一，無損檢測是在不破壞前提下，檢查工件巨觀缺陷或測量工件特徵的各種技術方法的統稱。常規無損檢測方法有：超聲檢測 Ultrasonic Testing（縮寫 UT）； 射線檢測 Radiographic Testing（縮寫 RT）； 磁粉檢測 Magnetic particle Testing（縮寫 MT）； 滲透檢驗 Penetrant Testing （縮寫 PT）； 渦流檢測Eddy current Testing（縮寫 ET）；
2、 超音波探傷儀
運用超聲檢測的方法來檢測的儀器稱之為超音波探傷儀。它的原理是：超音波在被檢測材料中傳播時,材料的聲學特性和內部組織的變化對超音波的傳播產生一定的影響，通過對超音波受影響程度和狀況的探測了解材料性能和結構變化的技術稱為超聲檢測。超聲檢測方法通常有穿透法、脈衝反射法、串列法等。
常用的探傷儀按照信號分有模擬信號(價格低)和數位訊號(價格高, 能自動計算保存數據)兩類，常見的都是屬於A型超聲
超音波探傷儀的種類繁多，但在實際的探傷過程，脈衝反射式超音波探傷儀套用的最為廣泛。一般在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續，這種不連續往往又造成聲阻抗的不一致，由反射定理我們知道，超音波在兩種不同聲阻抗的介質的交界面上將會發生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關。脈衝反射式超音波探傷儀就是根據這個原理設計的。
3 、探頭
常見探頭分為直探頭（聲波垂直入射，常呈圓柱形）和斜探頭（聲波傾斜入射，常呈長方體）兩類
4、耦合劑
常用機油、水、米糊等
接收和原理
超音波的接收和產生原理
超音波的接收和產生原理相似，當超音波遇到不連續性時，即會產生反射，反射的超音波使壓電晶片振動，繼而在壓電晶片兩端產生電壓。最主要是如何將電脈衝轉化為探傷儀螢幕上的波形，模擬機是通過顯像管顯示的。顯像管的圖像是電子打在螢光物質上，使螢光物質發光；電子經過一個電場而改變方向，打在螢幕的不同位置，使螢幕顯現圖像。顯像管x方向上的電壓是探傷儀加在壓電晶片上的電壓，y方向的電壓是壓電晶片振動產生的電壓，這樣就形成了螢幕上的波形。（其實電脈衝還要經過放大，整合濾波等一系列過程才加到顯像管上的）
產生圖像
數字儀就是對發射的電壓和接受的電壓在不同時間的採樣，採樣信息在通過晶片將脈衝轉化，傳給液晶顯像系統（當然，也有的機型是致場發光顯示的，顯示原理和顯像管顯示原理差不多），使螢幕的不同的電晶體發光，就產生圖像了。
超聲探傷方法詳解
超音波原理
a.始脈波b.底脈波c.缺陷脈波
圖 超聲探傷
超音波在傳播過程中，當遇到兩種不同介質的界面或不同密度的材料時，便會在交界面上發生折射或反射。反射式探傷法是利用超音波在工件的傳播中，能分別在工件的內部缺陷及其背面發生反射，而反射回來的超音波通過超音波接收器後，又將聲波轉為電能，在螢光屏上顯示三者各自的波形圖，始脈波“a”位置即是工件的表面，是發射超音波的起點，進入工件內部的超音波與工件背面的波形圖即底脈波“b”之間。若無其他波形出現，則說明在該工件中未發現缺陷。反之，在始脈波與工件底脈波之間，若有其他波形出現，則說明工件內部缺陷，即缺陷脈波“c”。此時，可根據波峰的位置、大小與形狀，估算出工件缺陷的位置、大小與形狀。
直探頭探傷法檢驗鋼板
(1)耦合劑的選擇。
探傷時，為了克服探頭與工件表面之間的空氣膜，使超音波順利傳入工件，需要在工件表面塗耦合劑。對耦合
劑的要求，應符合下列幾點。
①透聲性良好，耦合介質的聲阻抗應高一些。
②對工件應無腐蝕作用，對後道工序無影響。
③流動性好，來源方便，價格低廉。
④對操作人員的健康無損害。
目前常用的耦合劑有機油和水等。
(2)探傷操作。
先將超聲探傷儀放在鋼板上，用探頭沿垂直於鋼板的軋制方向，作間距為100mm的平行線移動，並用水或機油作為耦合劑探傷。當監視到有缺陷波形出現時，還應在其兩側進行探查，以確定缺陷面積，並用顯示筆記錄在鋼板上。
(3)缺陷的判定。
①螢光屏上無底脈波而只有缺陷脈波的多次反射。
②螢光屏上缺陷脈波和底脈波同時存在。
③螢光屏上無底脈波而只有缺陷脈波的多個紊亂的缺陷脈波。
斜探頭探傷法檢驗焊縫
若焊縫表面和鋼板的表面不平，應磨平焊縫後，才能用直探頭。但在某些情況下，焊縫不能磨平，只可選用斜探頭。焊縫探傷時，應將其兩側一定寬度範圍內的飛濺、污垢及突起的氧化皮等清除乾淨，否則會影響探傷的靈敏度和準確性，同時，在探頭與工件表面之間，應塗上耦合劑(機油等)。
超音波探傷的抽檢率和合格級別的規定
用於製造壓力容器殼體的碳素鋼和低合金鋼鋼板，凡符合下列條件之一的，必須進行超聲檢測。
①盛裝介質毒性程度為極度、高度危害的壓力容器。
②盛裝介質為液化石油氣且硫化氫含量大於100mg/L的壓力容器。
③最高工作壓力大於等於10MPa的壓力容器。
④GB150第2章和附錄C、GB151《管殼式換熱器》、GB12337《鋼製球形儲罐》及其他國家標準和行業標準中規定的必須進行超聲檢測的。
⑤移動式壓力容器。
鋼板的超聲檢測應按JB4730《壓力容器無損檢測》的規定進行。用於①、②、⑤所述容器的鋼板的合格等級應不低於Ⅱ級;用於③款所述容器的鋼板的合格等級應不低於Ⅲ級，用於④款所述容器的鋼板，合格等級應符合GB150、GB151或GB12337的規定。
套用
超音波探傷在鋼閘門檢測上的套用
鋼閘門在水利工程中大量使用，主要以優質鋼板為基材，通過焊接手段製做而成，表面採用橡膠止水、防腐方式為表面進行噴沙除銹及熱噴鋅，廣泛套用於水電站、水庫、排灌、河道、環境保護、污水處理、水產養殖等水利工程。鋼閘門的焊接質量直接關係到閘門下遊人民民眾生命、財產的安全，因此剛閘門的焊接質量和焊接檢測方法至關重要。超音波探傷作為無損檢測檢測方法之一，是在不破壞加工表面的基礎上，套用超音波儀器或設備來進行檢測，既可以檢查肉眼不能檢查的工件內部缺陷，也可以大大提高檢測的準確性和可靠性。
超音波是一種機械波，有很高的頻率，頻率比超過20 千赫茲，其能量遠遠大于振幅相同的可聞聲波的能量，具有很強的穿透能力。用於探傷的超音波，頻率為0.4- 25 兆赫茲，其中用得最多的是1- 5 兆赫茲。由於能夠快速便捷、無損傷、精確地進行工件內部多種缺陷的檢測、定位，並且超音波探傷具有探測距離大，探傷裝置體積小，重量輕，便於攜帶到現場探傷，檢測速度快，而且探傷中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測費用較低等特點，所以它的套用越來越廣泛。
利用超音波探傷，主要有穿透法探傷和反射法探傷兩種方式。穿透法探傷使用兩個探頭，一個用來發射超音波，一個用來接收超音波。檢測時，兩個探頭分置在工件兩側，根據超音波穿透工件後能量的變化來判別工件內部質量。反射法探傷高頻發生器產生的高頻脈衝激勵信號作用在探頭上，所產生的波向工件內部傳播，如工件內部存在缺陷，波的一部分作為缺陷波被反射回來，發射波的其餘部分作為底波也將反射回來。根據發射波、缺陷波、底波相對於掃描基線的位置可確定缺陷位置；根據缺陷波的幅度可確定缺陷的大小；根據缺陷波的形狀可分析缺陷的性質；如工件內部無缺陷，則只有發射波和底波。
探傷過程中，首先要了解圖紙對焊接質量的技術要求。鋼結構的驗收標準是依據GB50205- 95《鋼結構工程施工及驗收規範》來執行的。標準規定：對於圖紙要求焊縫焊接質量等級為一級時評定等級為Ⅱ級時規範規定要求做100%超音波探傷；對於圖紙要求焊縫焊接質量等級為二級時評定等級為Ⅲ級時規範規定要求做20%超音波探傷；對於圖紙要求焊縫焊接質量等級為三級時不做超音波內部缺陷檢查。
在此值得注意的是超音波探傷用於全熔透焊縫，其探傷比例按每條焊縫長度的百分數計算，並且不小於200mm。對於局部探傷的焊縫
如果發現有不允許的缺陷時，應在該缺陷兩端的延伸部位增加探傷長度，增加長度不應小於該焊縫長度的10%且不應小於200mm，當仍有不允許的缺陷時，應對該焊縫進行100%的探傷檢查。另外還應該知道待測工件母材厚度、接頭型式及坡口型式。一般地母材厚度在8- 16mm 之間，坡口型式有I型、單V型、X型等幾種形式。在弄清楚以上這此東西後才可以進行探傷前的準備工作。
在每次探傷操作前都必須利用標準試塊（CSK- IA、CSK- ⅢA）校準儀器的綜合性能，校準面板曲線，以保證探傷結果的準確性。
1)探測面的修整：應清除焊接工作表面飛濺物、氧化皮、凹坑及鏽蝕等，光潔度一般低於▽4。焊縫兩側探傷面的修整寬度一般為大於等於2KT+50mm， （K：探頭K值，T：工件厚度）。一般的根據焊件母材選擇K值為2.5 探頭。例如：待測工件母材厚度為10mm，那么就應在焊縫兩側各修磨100mm。
2)耦合劑的選擇應考慮到粘度、流動性、附著力、對工件表面無腐蝕、易清洗，而且經濟，綜合以上因素選擇漿糊作為耦合劑。
3)由於母材厚度較薄因此探測方向採用單面雙側進行
4)由於板厚小於20mm所以採用水平定位法來調節儀器的掃描速度。
5)在探傷操作過程中採用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態、定量、定位就是精探傷。使用鋸齒形掃查、左右掃查、前後掃查、轉角掃查、環繞掃查等幾種掃查方式以便於發現各種不同的缺陷並且判斷缺陷性質。
6)對探測結果進行記錄，如發現內部缺陷對其進行評定分析。焊接對頭內部缺陷分級應符合現行國家標準GB11345- 89《鋼焊縫手工超音波探傷方法和探傷結果分級》的規定，來評判該焊否合格。如果發現有超標缺陷，向車間下達整改通知書，令其整改後進行復驗直至合格。一般的焊縫中常見的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止還沒有一個成熟的方法對缺陷的性質進行準確的評判，只是根據螢光屏上得到的缺陷波的形狀和反射波高度的變化結合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。
對於內部缺陷的性質的估判以及缺陷的產生的原因和防止措施大體有以下幾點：
1） 氣孔。單個氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩定。從各個方向探測，反射波大體相同，但稍一動探頭就消失，密集氣孔會出現一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當探頭作定點轉動時，會出現此起彼落的現象。產生這類缺陷的原因主要是焊材未按規定溫度乾，焊條藥皮變質脫落、焊芯鏽蝕，焊絲清理不乾淨，手工焊時電流過大，電弧過長等。防止這類缺陷防止的措施有：不使用藥皮開裂、剝
落、變質及焊芯鏽蝕的焊條，生鏽的焊絲必須除銹後才能使用。所用焊接材料應按規定溫度烘乾，坡口及其兩側清理乾淨，並要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。
2） 夾渣。點狀夾渣回波信號與點狀氣孔相似，條狀夾。渣回波信號多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動，從各個方向探測時反射波幅不相同。這類缺陷產生的原因有：焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊緣和各層焊縫清理不乾淨，其本金屬和焊接材料化學成分不當，含硫、磷較多等。防止措施有：正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理乾淨，多層焊時必須層層清除焊渣；併合理選擇運條角度焊接速度等。
3） 未焊透。反射率高，波幅也較高，探頭平移時，波形較穩定，在焊縫兩側探傷時均能得到大致相同的反射波幅。其產生原因一般是：坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運條速度過快，坡口角度小，運條角度不對以及電弧偏吹等。防止措施有：合理選用坡口型式、裝配間隙和採用正確的焊接工藝等。
4）未熔合。探頭平移時，波形較穩定，兩側探測時，反射波幅不同，有時只能從一側探到。其產生的原因：坡口不乾淨，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧偏吹等。防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理乾淨，正確操作防止焊偏等。
5） 裂紋。回波高度較大，波幅寬，會出現多峰，探頭平移時反射波連續出現波幅有變動，探頭轉時，波峰有上下錯動現象。熱裂紋產生的原因是：焊接時熔池的冷卻速度很快，造成偏析；焊縫受熱不均勻產生拉應力。防止措施：限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害雜質的含量，主要限制硫含量，提高錳含量；提高焊條或焊劑的鹼度，以降低雜質含量，改善偏析程度；改進焊接結構形式，採用合理的焊接順序，提高焊縫收縮時的自由度。
超音波是一種機械波，有很高的頻率，頻率比超過20 千赫茲，其能量遠遠大于振幅相同的可聞聲波的能量，具有很強的穿透能力。用於探傷的超音波，頻率為0.4- 25 兆赫茲，其中用得最多的是1- 5 兆赫茲。由於能夠快速便捷、無損傷、精確地進行工件內部多種缺陷的檢測、定位，並且超音波探傷具有探測距離大，探傷裝置體積小，重量輕，便於攜帶到現場探傷，檢測速度快，而且探傷中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測費用較低等特點，所以它的套用越來越廣泛。
利用超音波探傷，主要有穿透法探傷和反射法探傷兩種方式。穿透法探傷使用兩個探頭，一個用來發射超音波，一個用來接收超音波。檢測時，兩個探頭分置在工件兩側，根據超音波穿透工件後能量的變化來判別工件內部質量。反射法探傷高頻發生器產生的高頻脈衝激勵信號作用在探頭上，所產生的波向工件內部傳播，如工件內部存在缺陷，波的一部分作為缺陷波被反射回來，發射波的其餘部分作為底波也將反射回來。根據發射波、缺陷波、底波相對於掃描基線的位置可確定缺陷位置；根據缺陷波的幅度可確定缺陷的大小；根據缺陷波的形狀可分析缺陷的性質；如工件內部無缺陷，則只有發射波和底波。
探傷過程中，首先要了解圖紙對焊接質量的技術要求。鋼結構的驗收標準是依據GB50205- 95《鋼結構工程施工及驗收規範》來執行的。標準規定：對於圖紙要求焊縫焊接質量等級為一級時評定等級為Ⅱ級時規範規定要求做100%超音波探傷；對於圖紙要求焊縫焊接質量等級為二級時評定等級為Ⅲ級時規範規定要求做20%超音波探傷；對於圖紙要求焊縫焊接質量等級為三級時不做超音波內部缺陷檢查。
在此值得注意的是超音波探傷用於全熔透焊縫，其探傷比例按每條焊縫長度的百分數計算，並且不小於200mm。對於局部探傷的焊縫
如果發現有不允許的缺陷時，應在該缺陷兩端的延伸部位增加探傷長度，增加長度不應小於該焊縫長度的10%且不應小於200mm，當仍有不允許的缺陷時，應對該焊縫進行100%的探傷檢查。另外還應該知道待測工件母材厚度、接頭型式及坡口型式。一般地母材厚度在8- 16mm 之間，坡口型式有I型、單V型、X型等幾種形式。在弄清楚以上這此東西後才可以進行探傷前的準備工作。
在每次探傷操作前都必須利用標準試塊（CSK- IA、CSK- ⅢA）校準儀器的綜合性能，校準面板曲線，以保證探傷結果的準確性。
1)探測面的修整：應清除焊接工作表面飛濺物、氧化皮、凹坑及鏽蝕等，光潔度一般低於▽4。焊縫兩側探傷面的修整寬度一般為大於等於2KT+50mm， （K：探頭K值，T：工件厚度）。一般的根據焊件母材選擇K值為2.5 探頭。例如：待測工件母材厚度為10mm，那么就應在焊縫兩側各修磨100mm。
2)耦合劑的選擇應考慮到粘度、流動性、附著力、對工件表面無腐蝕、易清洗，而且經濟，綜合以上因素選擇漿糊作為耦合劑。
3)由於母材厚度較薄因此探測方向採用單面雙側進行
4)由於板厚小於20mm所以採用水平定位法來調節儀器的掃描速度。
5)在探傷操作過程中採用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態、定量、定位就是精探傷。使用鋸齒形掃查、左右掃查、前後掃查、轉角掃查、環繞掃查等幾種掃查方式以便於發現各種不同的缺陷並且判斷缺陷性質。
6)對探測結果進行記錄，如發現內部缺陷對其進行評定分析。焊接對頭內部缺陷分級應符合現行國家標準GB11345- 89《鋼焊縫手工超音波探傷方法和探傷結果分級》的規定，來評判該焊否合格。如果發現有超標缺陷，向車間下達整改通知書，令其整改後進行復驗直至合格。一般的焊縫中常見的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止還沒有一個成熟的方法對缺陷的性質進行準確的評判，只是根據螢光屏上得到的缺陷波的形狀和反射波高度的變化結合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。
對於內部缺陷的性質的估判以及缺陷的產生的原因和防止措施大體有以下幾點：
1） 氣孔。單個氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩定。從各個方向探測，反射波大體相同，但稍一動探頭就消失，密集氣孔會出現一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當探頭作定點轉動時，會出現此起彼落的現象。產生這類缺陷的原因主要是焊材未按規定溫度乾，焊條藥皮變質脫落、焊芯鏽蝕，焊絲清理不乾淨，手工焊時電流過大，電弧過長等。防止這類缺陷防止的措施有：不使用藥皮開裂、剝
落、變質及焊芯鏽蝕的焊條，生鏽的焊絲必須除銹後才能使用。所用焊接材料應按規定溫度烘乾，坡口及其兩側清理乾淨，並要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。
2） 夾渣。點狀夾渣回波信號與點狀氣孔相似，條狀夾。渣回波信號多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動，從各個方向探測時反射波幅不相同。這類缺陷產生的原因有：焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊緣和各層焊縫清理不乾淨，其本金屬和焊接材料化學成分不當，含硫、磷較多等。防止措施有：正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理乾淨，多層焊時必須層層清除焊渣；併合理選擇運條角度焊接速度等。
3） 未焊透。反射率高，波幅也較高，探頭平移時，波形較穩定，在焊縫兩側探傷時均能得到大致相同的反射波幅。其產生原因一般是：坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運條速度過快，坡口角度小，運條角度不對以及電弧偏吹等。防止措施有：合理選用坡口型式、裝配間隙和採用正確的焊接工藝等。
4）未熔合。探頭平移時，波形較穩定，兩側探測時，反射波幅不同，有時只能從一側探到。其產生的原因：坡口不乾淨，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧偏吹等。防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理乾淨，正確操作防止焊偏等。
5） 裂紋。回波高度較大，波幅寬，會出現多峰，探頭平移時反射波連續出現波幅有變動，探頭轉時，波峰有上下錯動現象。熱裂紋產生的原因是：焊接時熔池的冷卻速度很快，造成偏析；焊縫受熱不均勻產生拉應力。防止措施：限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害雜質的含量，主要限制硫含量，提高錳含量；提高焊條或焊劑的鹼度，以降低雜質含量，改善偏析程度；改進焊接結構形式，採用合理的焊接順序，提高焊縫收縮時的自由度。
