钢板焊缝的接触法超声波检测大学本科毕业论文.doc

西安航空职业技术学院 毕业设计论文毕 业 设 计（论 文）论文题目： 钢板焊缝的接触法超声波检测 所属系部： 航空材料工程系专 业： 检测技术及应用西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书题目： 钢板焊缝的接触法超声波检测任务与要求：1根据要求对中厚板焊缝进行扫查及缺陷的评定2.掌握超声检测仪的基本结构和使用方法。 3.能进行超声检测仪的调试和对一般故障分析及排除。时间： 2012 年 08月13 日 2012 年 10月 20 日 共 9 周所属系部： 航空材料工程系学生姓名： * 学 号：10802230专业： 检测技术及应用指导单位或教研室： 西安航空动力股份有限公司指导教师： 职 称： 西安航空职业技术学院制2012年 10 月 10 日毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字2012年7月2日8月26日选取典型零件收集相关背景信息 完成2012年8月27日9月13日选择正确检测方法完成零件检测完成2012年9月14日9月23日资料整理论文框架设计完成2010年9月24日10月14日撰写论文完成2012年10月8日10月21日论文修改完善完成2012年10月22，23日打印完成完成教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。钢板焊缝的接触法超声波检测【摘要】 本毕业设计的课题是板材焊缝超声波探伤测试。主要任务是在掌握过程设备制造流程和焊接缺陷及其产生原因的基础上，研究超声波探伤技术在钢制压力容器对接焊接接头探伤检测中的应用，并给出焊缝返修的具体方案。 本文详述了国内外超声检测技术的发展和现状，并在简述过程设备制造、焊接及无损探伤的基础上详细介绍了超声波探伤技术及其在焊缝无损探伤中的应用及评定等级和注意事项。 针对给定的板材焊缝，通过实验检测该焊缝的缺陷，本文详细介绍了试块选用，设备调试，现场探伤中的常见问题及解决方法。同时给出了现场探伤、缺陷定位和长度测量的具体方法，并通过GB11345-1989标准对试验中检测到的缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡。关键词：焊缝；超声波探伤；试块；缺陷评定Abstract:NDT(Non-DestructieTesting,NDT)technologyhasbecomeaqualitycontroltoensurethesafeoperationofequipmentsovitaltechnicalmeansofproductioninthemodernaviationindustry,moreandmorekeycomponentsrequiredformoreeffectiveAndaccuratedetection,thispaperintroducestheprincipleofultrasonicdetectiontechnologyandtheadvantagesanddisadvantagesPoints,withtheinstrumentandshearwaveweldinspectionduringtheoperationshouldpayattentiontotheissuesandproblems,ultrasonictestingequipmentandapparatus,andotherissues.Keywords:ultrasonictesting;longitudinalwave;wave;detector;weldinspection;testblock;ultrasonicprobe;couplingagent.目 录钢板焊缝的接触法超声波检测IV1绪论11.1选题的背景及意义11.2 超声检测技术的发展历程和现状21.2.1 国际超声检测技术的发展历程和现状21.2.2我国超声无损检测发展现状213 中厚钢板焊缝32检测方法的选择72.1超声波检测的原理：72.2接触法焊缝超声波检测的特点82.2.1脉冲反射法82.2.2影响缺陷定位的主要因素93超声波检测仪器型号和一些基本设备113.1设备型号：113.2超声波探头143.3试块163.4耦合剂184.超声波检测工艺卡195 焊缝超声检测的过程205.1 检测面的修整205.2焊缝超声波探伤205.3.1 设置仪器的工作状态设置2153.2 测定探头的前沿距离测定215.4.1 时基线的调节235.4.2 绘制距离波幅曲线235.4.3 缺陷的扫查及评定:245.4.4 清理现场246超声检测结果25结 束 语26谢 辞27文 献28361绪论无损检测技术是产品质量控制中不可缺少的基础技术。随着产品复杂程度的增加和对安全保证的严格要求，无损检测技术在产品质量控制中发挥着越来越重要的作用。1.1选题的背景及意义过程设备是各个工业部门不可缺少的重要生产设备，用于供热、供电和储存各种工业原料及产品，完成工业生产过程必需的各种物理过程和化学反应。因此它成为石油、化工、电站、核能和军工等工业部门的重要生产装备。其制造工艺以焊接为主，质量要求比较高。焊缝质量直接决定着压力容器的使用安全和使用寿命，因此在制造和使用过程中的焊缝检测显得尤为重要。因此，迫切需要寻找一种高效、经济、简便可行的无损检测技术及缺陷评定方法。无损检测技术主要包括射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、声发射等方法其中超声波探伤和射线探伤是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。超声波探伤以其探伤距离大、探伤装置体积小、重量轻、便于携带、检测速度快、检测费用低等优势，在过程设备制造和在役检测工作中得到越来越多的应用。由于历史的原因，在用过程设备的检验、检测及缺陷评定仍存在很大的问题。具体表现在：在役过程设备(其中包括国外进口设备)由于设计、制造与安装等所采用的标准不统一，其检验、检测要求难以统一，制造质量难以保证，给设备的维护和在用管理带来很大难度。过去对过程设备的验收管理不严，导致了现今在役设备焊缝中存着大量超标缺陷。焊接缺陷的类型主要包括未焊透、未熔合、裂纹、气孔及夹渣等。国内外关于缺陷评定的标准不统一。这些缺陷如不进行定期检查及有效的安全评定而盲目使用势必会造成重大恶性事故，给企业带来重大的经济损失。因此，怎样实现对焊缝内部缺陷的精确定位、定量和定性分析及缺陷评定，是需迫切解决的课题。在焊缝缺陷检测中，超声检测是目前公认的最有效的常规无损检测方法之一，与其它常规检测相比具有明显的优势。焊缝超声检测一方面以其较为经济、操作轻便灵活而在质量控制和在役设备安全性能检查中得到广泛的应用，而在另一方面由于焊缝超声检测的不直观性，以及检测人员、检测对象、仪器探头等诸多因素，可能产生漏检或误判。因此，针对超声检测技术显示不直观，探伤技术难度大以及探伤结果不便保存等技术难点，深入学习和掌握超声检测技术，在搞清原理、掌握使用的同时发挥创新精神探索超声检测过程中的出现的问题并加以解决。针对焊缝内部缺陷的超声波检测及安全评定过程中所涉及的关键性问题进行系统的分析，并依据缺陷检测所得到的结果进行缺陷评定具有重要意义。基于以上原因，本文重点研究过程设备制造工艺、焊接缺陷的成因及焊缝内部缺陷的超声波检测方法，并选用GB11345-89标准进行缺陷评定和质量分级，从而对焊接缺陷进行有效的安全评定。1.2 超声检测技术的发展历程和现状无损探伤技术是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。无损探伤是指利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态的所有技术手段的总称。工业生产中常用的无损检测方法有射线检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和液体渗透检测(PT) 四种。其中射线探伤和超声波探伤是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。1.2.1 国际超声检测技术的发展历程和现状无损检测技术历经一个世纪，尽管无损检测技术本身并非一种生产技术，但其技术水平却能反映该部门、该行业、该地区甚至该国的工业技术水平。超声无损检测技术(UT)作为四大常规检测技术之一，由于其与其它常规无损检测技术相比，它具有被测对象范围广，检测深度大；缺陷定位准确，检测灵敏度高；成本低，使用方便，速度快，对人体无害以及便于现场使用等特点，因而世界各国都对超声无损检测给予了高度的重视。目前，国外工业发达国家的无损检测技术已逐步从NDI和NDT向NDE过渡。无损探伤(NDI)、无损检测(NDT)和无损评价(NDE)是无损检测发展的三个阶段。超声波无损探伤是初级阶段，它的作用仅仅是在不损害零部件的前提下，发现其人眼不可见的内部缺陷，以满足工业设计中的强度求。超声无损检测是近20年来应用最广泛的术语，它不仅要检测最终产品，而且还要对生产过程的有关参数进行监测。超声无损评价是超声检测发展的最高界，不但要探测缺陷的有无，还要给出材质的定量评价，也包括对材料和缺陷的物理和力学性能的检测及其评价。本文建立在NDI的基础上，在过程装备制造与维护过程中，对焊缝进行有效检测，并进行缺陷分析和计算，从而对过程装备进行有效的安全评估。1.2.2我国超声无损检测发展现状近年来我国超声无损检测事业取得了巨大进步和发展。超声无损检测已经应用到了几乎所有工业部门，其用途正日趋扩大。超声无损检测的相关理论和方法及应用的基础性研究正在逐步深入，已经取得了许多突破性进展。比如，用户友好界面操作系统软件；各种扫描成象技术；多坐标、多通道的自动超声检查系统；超声机器人检测系统等。无损检测的标准化和规范化，检测仪器的数字化、智能化、图象化、小型化和系列化工作也都取得了较大发展。我国已经制订了一系列国标、部标及行业标准，而且引进了ISO，ATSM等一百多个国外标准。无损检测人员的培训也逐渐与国际接轨。但是，我国超声无损检测事业从整体水平而言，与发达国家之间仍存在很大差距。具体表现在以下几个方面：1检测专业队伍中高级技术人员和高级操作人员所占比例较小，极大阻碍了超声无损检测技术向自动化、智能化、图象化的进展。由于经验丰富的老一辈检测工作者缺乏把实践经验转化为理论总结，而年轻的检测人员缺乏切实的实践经验，这有可能导致现有的超声检测软件系统不同程度的缺陷，降低了检测的可靠性。2专业无损检测人员相对较少，现有无损检测设备有待改进。从而导致目前我国产品的质量普遍存在较大问题。更严重的后果是产品的竞争能力差，焊缝的超声波检测技术研究影响产品进入国际市场。3对无损检测技术领域的信息技术应用重视不够。我国对无损检测信息技术的建设工作还处在相当薄弱的阶段。4无损检测的标准和规范多而杂。我们相信，随着超声检测的广泛应用和对超声检测重视程度的不断提高，我国的超声检测将获得更加快速的发展和进步。1.3 中厚钢板焊缝影响焊缝机械性能的焊接缺陷有裂纹、未焊透、未熔合、夹渣和气孔等。此外，还有焊瘤、咬边等表面缺陷。下面就这些缺陷加以叙述1.零件背景焊板的焊接接头形式主要有对接、角接、搭接、和T型接头等几种，本文检测的零件为对接接头式焊板其示意图如图1-1所示，实物图如图1-2所示。 焊接接头的缺陷包括外部缺陷和内部缺陷，外部缺陷有：焊缝尺寸不符合要求、未焊透、咬边、焊瘤、表面气孔、表面裂纹等，通常采用目视检测、磁粉检测、渗透检测等方法对这些缺陷进行检测；内部缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等，如下图所示。超声检测主要目的是为了检测出焊接接头中存在的内部缺陷。图1-1 对接接头式焊板图1-2 厚度为20mm钢板焊缝实物图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金属内所形成的空穴。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，如图1-3所示。图1-3 常见缺陷气孔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。如图1-4所示。图1-4 常见缺陷未焊透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 。如图1-5所示。 图1-5 常见缺陷未熔合4立体型缺陷，危害性较小。而裂纹、未熔合是平面缺陷，危害性大。在焊缝探伤中，由于夹渣 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中厚板对接焊缝接触法超声波检测 浮起而形成的。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。按裂纹的取向可分为纵向裂纹和横向裂纹。 焊缝中的气孔、夹渣是余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，因此一般采用斜射横波接触法，在焊逢两侧进行扫查。如图1-6所示图1-6 常见缺陷裂纹2检测方法的选择接结构的无损检测是检验其焊缝质量的有效方法，一般包括射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、声发射和涡流探伤等方法。其中超声和射线探伤适合于焊缝内部缺陷的检测，磁粉、渗透和涡流探伤则适用于焊缝表面的检验。每一种无损检测方法都有其优点和局限性，因此应根据焊缝的材质与结构形状来选择合适的检测。 2.1超声波检测的原理 利用超声波对材料中的宏观缺陷进行探测，依据的是超声波在材料中传播时的一些特性，如：超声波在通过材料时能量会有损失，在遇到两种介质的分界面时，会发生反射等等，常用的频率为0.525MHz。以脉冲反射技术为例，由声源产生的脉冲波被引入被检测的试件中后，若材料是均质的，则声波沿一定的方向， 以恒定的速度向前传播。随着距离的增加，声波的强度由于扩散和材料内部的散射和吸收而逐渐减少。当遇到两侧声阻抗有差异的界面时，则部分声能被反射。这种界面可能是材料中某种缺陷（不连续），如裂纹、分层、孔洞等，也可能是试件的外表面与空气活水的界面。反射的程度取决于界面两侧声阻抗差异的大小，在金属与气体的界面上几乎全部反射。通过探测和分析反射脉冲信号的幅度、位置等信息，可以确定缺陷的存在，评估其大小、位置。通过测量入射波和接收声波之间声传播的时间可以得知反射点距入射点的距离。 通常用以发现缺陷并对缺陷进行评估的主要信息为：来自材料内部各种不连续的反射信号的存在及其幅度；入射信号与接受信号之间的声传播时间；声波通过材料以后能量的衰减。 1.超声波检测方法的优点 1适用于金属、非金属、复合材料等多种材料制件的无损评价。 2穿透能力强，可对较大厚度范围的试件内部缺陷进行检测，可进行整个试件体积的扫查。如对金属材料，既可检测厚度12mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件。 3灵敏度高，可检测材料内部尺寸很小的缺陷。 4可较准确地测定缺陷的深度位置，这在很多情况下是十分需要的。 5对大多数超声技术的应用来说，仅需从一侧接近试件。 6设备轻便，对人体及环境无害，可作现场检测。 2.超声波检测方法的局限性 1由于纵波脉冲反射法存在的盲区，以及缺陷取向对检测灵敏度的影响，对位于表面和非常近表面的延伸方向平行于表面的缺陷常常难于检测。 2试件形状的复杂性，如小尺寸、不规则形状、粗糙表面、小曲率半径等，对超声检测的可实施性有较大影响。 3材料的某些内部结构，如晶粒度、相组成、非均匀性、非致密性等，会使小缺陷的检测灵敏度和信噪比变差。4对材料及制件中的缺陷作定性、定量表征，需要检验者较丰富的经验，且常常是不准确的。5以常用的压电换能器为声源时，为使超声波有效地进入试件一般需要有耦合剂。 2.2接触法焊缝超声波检测的特点接触法检测 接触法检测是将探头与试件表面直接接触进行检测技术，通常在探头与检测面之间涂有一层很薄的耦合剂，以改善探头与检测面之间声波的传导。 接触法检测的优点：a 多为手动检测，操作方便；b设备简单，仅需简单的仪器及探头，适合于现场检验，且成本较低；c直接耦合，入射声能损失少，可以提供较大厚度的穿透能力，在相同的探头参数下，可比液浸法提供更高的检测灵敏度。缺点就是手工操作受人为因素较大，耦合不易稳定；被检表面的光洁度对入射声能损失影响较大。 焊缝是通过加热或加压或两者并用，用填充材料或不用填充材料使两个分离的材料达到原子结合的一种加工方法。焊缝工艺有熔焊和压力焊两类。超声检测的主要对象是熔焊焊缝，焊缝检测中主要是对焊条电弧焊的检测。而焊缝接头形式主要有对接、角接、搭接和T型接头等几种。其中，超声检测最常用于对接接头，其次是角接和T型接头。接头的缺陷包括外部缺陷和内部缺陷。 外部缺陷有焊缝尺寸不符合要求、未焊透、咬边、焊瘤、表面气孔和表面裂纹等，通常采用目视检测、磁粉检测、渗透检测等方法对这些缺陷进行检测。 内部缺陷有气孔、夹渣、未悍透、未熔合和裂纹等，超声检测主要的目的是为了检测出焊接接头中存在的内部缺陷。其中的气孔、夹渣是立方型缺陷，危害较小。而裂纹、未熔合是平面型缺陷，危害性大。在焊缝探伤中，由于余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，因此一般采用斜射横波接触法，在焊缝两侧进行扫查。 2.2.1脉冲反射法 脉冲反射法是有超声波探头发射脉冲波到试件内部，通过观察来自内部缺陷或试件底面的反射波的情况来对时间进行检测的方法。 当试件不存在缺陷时，显示图像中仅有反射脉冲和底面回波两个信号。而当试件中存在有缺陷时，在发射脉冲与底面回波之间将来自缺陷回波，通过观察缺陷回波的高度可对缺陷的大小进行评估，通过观察回波距发射脉冲的距离，可得到缺陷的埋深。当材质较好且选用的探头适当时，脉冲回波法可观察到非常小的缺陷回波，达到很高的检测灵敏度。 2.2.2影响缺陷定位的主要因素 在超声波探伤过程中影响缺陷定位的主要因素有四大类，分别是：仪器，探头，工件及人员。 1.仪器的影响： 1水平线性的影响：仪器水平线性的好坏对缺陷定位有一定的影响。当仪器水平线性误差较大时，缺陷定位误差大。 2仪器水平刻度精度的影响：仪器时基线比例是根据示波屏上水平刻值来调节的，当仪器水平刻度值不准时，缺陷定位误差增大。 2.探头的影响： 1声束偏离的影响：探伤时无论是垂直入射还是倾斜入射，都假定波束轴线与晶片几何中心重合，但在制作探头时，波束轴线与晶片几何中心线都会有一定的偏差，所以在探伤前应对波束的偏差情况进行测量，以便对结果进行修正，以提高定位精度 2探头双峰的影响：一般探头发射的声场只有一个主声束。远场区轴线上的声压最高，但有些探头性能不好存在两个声束。当发现缺陷时不能判定是哪个主声束发现的，因此也就难以确定缺陷的实际的位置。这样的探头在采购时应加以挑试。 3斜契磨损的影响，横波探头在探伤过程中斜契将会磨损，当斜契后面磨损较大时折射角增大，探头K值增大，当斜契前面磨损较大时，折射角减小，探头K值减小，此外探头磨损也会也会使探头入射点发生变化影响缺陷定位，因此在探伤过程中如发现探头磨损时应及时对探头参数进行校准 4探头指向性的影响：探头半扩散角小，指向性好，缺陷定位误差小，反之定位误差大。3.工件的影响： 1工件表面粗糙度的影响：工件表面粗糙不仅耦合不好而且由于表面凹凸不平使声波进入工件的时间产生差异，当凹槽深度为r/2时，则进入工件的声波相位正好相反，使进入工件的声波相位正好相反，使进入工件的声波相互干扰形成分叉，从而使定位困难。 2工件材质的影响：工件材质对缺陷定位的影响可以从声速和内应力两个方面来说，当工件与试快的材质不同时，就会使K值发生变化，另外工件内应力较大时，将使声波的传播速度和方向发生变化，当应力方向与波的传播方向一致时，若为压缩应力，则应力作用使试件弹性增强，这时声速加快，反之，若为拉伸应力，则声速减慢，当应力与波的传播方向不一致时，质点振动轨迹受应力干扰使波的传播方向发生变化均会影响缺陷定位。 3工件表面形状的影响，探测工件曲面时，探头与工件接触有两种情况。一种是平面与曲面的接触，这时为点或线触，握持不当时，探头折射角容易发生变化。另一种是将探头斜契磨成曲面。探头与工件曲面接触，这时折射角和声束形状可发生变化都会影响缺陷定位。 4工件边界的影响：当缺陷靠近工件边界时，由于侧臂反射波与直接入射波在缺陷处产生干涉，使声场声压分布发生变化，声束轴线发生偏离，使缺陷定位误差增加。 5工件温度的影响：探头的K值一般在室温下测定的，当探测的工件温度发生变化时，工件的声速发生变化，使探头的折射角随之发生变化影响缺陷定位。 6工件中缺陷情况的影响：工件内缺陷方向也会影响缺陷定位，缺陷倾斜时，扩散波束入射至缺陷时回波较高，而定位是误以为缺陷在轴线上，从而导致定位不准。 4 .操作人员的影响： 1仪器时基线比例的影响：仪器时基线比例一般在试快上调节，当工件与试块的声速不同时，仪器的时基线比例发生变化，影响缺陷定位精度。另外，调节比例时，回波前沿没有对准相应水平刻度或读数不准，但缺陷定位误差增加。 2测试入射点k值的影响：横波探伤时，当测定探头的入射点，k值误差较大时，也会影响缺陷定位。 3定位方法的影响：横波周向探测圆柱同形工件时缺陷定位与平板不同。若仍按平板工件处理，那么定位误差将会增3超声波检测仪器型号和一些基本设备超声检测设备与器材包括超声检测仪、探头、试块、耦合剂等，其中仪器和探头对超声检测系统的能力起关键性作用。了解其原理、构造和作用及其主要性能，是正确选择检测设备与器材并进行有效检测的保证。3.1设备型号：图3-1 Anyscan -31 型超声波探伤仪Anyscan-31型数字超声探伤仪介绍：Anyscan-31型数字超声探伤仪的设计全面考虑了用户的各种使用需求和习惯，广泛参考了众多超声检测设备的设计和应用经验，采用国际最先进的硬件、软件、声学、人体工学等技术，使得其无论在指标的优越性、功能的实用性还是使用的方便性等方面都领先于同类产品。是我司奉献给业界的又一款精品 使用上不但操作方便快捷，而且丰富、实用的辅助功能也帮助用户大大提高了工作效率，使原来繁重的检测工作变得轻松。而且其独有的宽频特性使得无论低频还是高频的探头都能匹配，各种检测需求都能满足，达到了正如其名字“Anyscan”(任意扫查)的境界。Anyscan-31型数字超声探伤仪性能: 领先的技术指标，丰富实用的辅助功能 简洁的按键和菜单设置，操作方便 400MHz实时硬件采样率，回波脉冲更逼真可靠 宽频低噪声放大电路，可匹配低频和高频探头 良好的屏蔽设计，抗干扰能力强 5.7彩色液晶高分辨率显示屏Anyscan-31型数字超声探伤仪特点及功能：DAC曲线生成、存储、调用功能：制作简单：逐个取点，自动生成评定线、定量线、DAC线、判废线四条曲线编辑方便：可自主修正各取样点，曲线间距可自主调整(适应各种标准) 射频显示功能：真实显示原始波形，方便细致分析回波特点，辅助缺陷的定性分析 曲面修正功能：自动校正弧面探测结果 峰值记忆功能：帮助记录最高回波 包络功能：记录回波的变化轨迹 自动测试回波频谱功能：可用于测试探头频谱特性 增益自动调节功能：自动增益高度可自行调节，实现快捷调节回波高度 焊缝检测图形示意功能：直观的图形显示，缺陷位置一目了然，图片可存储于探伤报告中，回放、打印均很方便 智能化的设备校准程序：包括快速校准材料声速，自动测量探头延时，自动校准探头K值，标定探头更容易 快捷通道设置功能：30个快捷通道可设置并存储30组探伤参数，存储、调用操作快捷简便 报告自动生成功能：系统根据探伤参数及检测数据自行生成探伤报告，报告包含详细的探伤参数、波形图像和详细的回波数据，并且可直接连接打印机打印报告，或者与计算机连接保存于计算机 连续存储回放功能：记录检测过程中屏幕内回波波形与数据的动态变化，使数据记录更详细，类似摄像功能的菜单设置，通俗易懂操作方便，且存储文件可随时直接转存于U盘等存储设备 波形显示区域缩放功能：波形显示区域可缩可放，利用屏幕更充分 闸门区域放大功能：把闸门区域放大到整个波形显示区进行显示，方便观察波形细节Anyscan-31型数字超声探伤仪基本性能指标：水平线性误差：0.1% 垂直线性误差：3% 灵敏度余量：62dB 动态范围：32dB 电噪声水平：20% 远场分辨率：36dB 工作方式：单晶、双晶方式发射脉冲：负尖波工作频率范围：0.5MHz15MHz，频率分段可选，匹配探头更具针对性重复频率：25Hz1000Hz采样频率：硬件实时采样频率400MHz 检测范围：0.5mm9999mm(钢纵波)，连续可调，可切换步进声速范围：1000m/s15000m/s，连续可调，可切换步进扫描延时：-10mm1000mm，连续可调，可切换步进探头延时：0s199.9s匹配阻尼：25、50、200、500增益调节：0 dB110 dB，分0.1/0.5/2.0/6.0步进调节检波方式：全波、正半波、负半波显示屏：5.7 高亮度TFT液晶，640480象素 测量模式：前沿或峰参数存储：可存储常用探伤参数及检测结果数据报警：硬件报警，声、光两种方式，可设置进波、失波、DAC报警模式通讯接口：USB接口和以太网接口工作温度：-2050电池规格：锂电池(10.8 V、5.2Ah)，可持续供电8小时以上供电电源：AC 100-240V, DC 14V-3A整机重量：1.4KG(含电池)菜单语言：多国语言可选防水级别：达到IP54认证标准Anyscan-31型数字超声探伤仪硬件性能过硬： 发射脉冲窄仪器分辨率高；频带宽噪声低灵敏度余量高；频带分段可调各频段信噪比高。高速采样，波形数据精准：400MHZ硬件采样速率回波形状真实可靠，先进的数字控制处理平台，运算速度更快、控制精度更准。质量稳定，经久耐用：选用最好的元器件，加上先进的生产工艺，严格按照国际标准检测，产品质量稳定、使用寿命长。3.2超声波探头超声波探头是用来产生与接收超声波的器件，是组成检测系统的最重要的组件之一。超声波探头的性能也是直接影响到发射的超声波的特性，影响到超声波的检测能力。如图3-2所示。图表3-2 斜探头示意图能够在材料中产生超声波的方式有多种，其原理均涉及将某种其他形式的能量转换为超音频的振动能量。而在超声检测中最常用是与超声探伤仪相匹配的超声探头，是利用材料的压电效应实现电声能量转换的压电换能器探头。这类探头中的关键部位的压电换能器，又称为压电晶片，是一个具有压电特性的单晶或多晶薄片或薄膜。其作用是将电能转换为声能，并将声能转换为电能。 1.探头的结构及各部分的作用 探头的主要组成部分有压电晶片、阻尼块、电缆线、接头、保护膜和外壳。斜探头中通常还有一使晶片与入射面成一定角度的斜楔。 1晶片: 压电晶片是以压电效应发射并接收超声波的元件，是探头中最重要的元件。晶片的性能决定着探头的性能。晶片的尺寸和谐振频率，决定着发射声场的强度、距离幅度特性与指向性。晶片制作质量的好坏，也关系到探头的声场对称性、分辨率、信噪比等特性。晶片可制成圆形、方形、矩形或曲面。 2阻尼块和吸声材料：阻尼块是由环氧树脂和钨粉等按一定比例配成德阻尼材料，粘附在晶片或斜楔后面。阻尼块的作用一是对压电晶片的振动起阻尼作用；二是吸收晶片向其背面发射的超声波；三是对晶片起支撑作用。 3保护膜：压电陶瓷晶片通常都很脆，在用与试件直接接触的方式沿试件表面进行扫查，晶片很容易损坏。为此，常在晶片前面粘附一层薄保护膜，以保护晶片和电极层不被磨损或破坏，某些情况下，也能改善探头与试件的耦合效果。但保护膜也会使始波宽度增大，分辨率变差，灵敏度降低。 4斜楔：斜楔是斜探头中为了使超声波倾斜入射到检测面而装在晶片前面的楔块。楔块使探头的晶片和试件表面形成一个严格的夹角，以保证晶片发射的超声波按照设定的入射角倾斜入射到斜楔与试件的界面，从而能够在界面处产生所需要的波形转换，在试件内形成特定波形和角度声束。有斜楔就一般不用保护膜。 2接触式斜探头 接触式斜探头包括横波斜探头、表面波（瑞利波）探头、纵波斜探头及兰姆波探头等。其共同特点是，压电晶片贴在一有机玻璃斜膜上，晶片与探头表面（声束射出面）成一定倾角。晶片发出的纵波倾斜入射到有机玻璃与试件的界面上，经折射与波形转换，在试件中产生传播方向与表面成预定角度的一定波形的声波。根据斯奈尔定律，对给定材料，斜楔角度的大小决定着产生的波形与角度；对同一探头，被检材料的声速不同，也会产生不同的波形与角度。 1横波斜探头 横波斜探头是入射角在第一临界角与第二临界角之间且折射波为纯横波的探头，适宜探测与检测面成一定角度的缺陷，广泛用于焊缝、管材、锻件的检测。 3.3试块1.试块的分类 为了保证检测结果的准确性与可重复性、可比性，必须用一个具有已知固定特性的试样（试块）对检测系统进行校准。超声检测用试块通常分为两种类型，即标准试块（校准试块）和对比试块（参考试块）。 2 .标准试块 标准试块具有规定的材质、表面状态、几何形状与尺寸，可用以评定和校准超声检测设备。标准试块通常由权威机构讨论通过，其特性与制作要求有专门的标准规定。 1标准试块的基本要求 标准试块的材料、热处理状态、表面粗糙度、外形和尺寸要求均有严格规定。材料应易于加工，不易变形和腐蚀，具有良好的声学性质。制作时，应确认材质均匀、无杂质、无影响使用的缺陷。 标准试块外形加工的平行度、垂直度与尺寸精度均应经过严格检验并符合图样要求。尺寸允许公差一般在0.1mm以内。检测面的表面粗糙度一般应优于Ra1.6um。标准试块 试块中的平底孔应经硅橡胶覆型检验其直径、孔底表面粗糙度、平面度等。检验后，平底孔应清洗干燥后进行永久性封堵。对于标准试块，还应测量其声学性能。 2CSK-IA试块的主要用途 CSK-IA 试块是 JB1152-1981锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声检测中规定的标准试块。CSK-IA试块较多用于焊缝横波检测，也是本论文所使用的试块。 校验超声检测仪的水平线性、垂直线性和动态范围：用50mm或100mm尺寸。 调节横波时基线比例和范围，用50mm和100mm尺寸。 测定斜探头在深度方向的分辨力。 可直接测出横波斜探头的k值。 如图3-3所示。注：尺寸误差不大于0.05mm图3-3 CSK-A试块3. 对比试块的主要用途 CSK-IIIA试块使用壁厚范围为6mm120mm的焊接接接头。 如图3-4所示。调节时基线比例和探测范围。 测定斜探头的k值。 测定横波AVG曲线。 调节检测灵敏度。 图 3-4CSK-A试块3.4耦合剂1.耦合剂的作用 为了改善探头与试件间声能的传递而加在探头和检测面之间的液体薄层称为耦合剂。 当探头和试件之间有一层空气时，超声波的反射率几乎为100%，即使很薄的一层空气也可以阻止超声波传入试件。耦合剂可以填充探头与试件间的空气间隙，使超声波能够传入试件，这是使用耦合剂的主要目的。除此之外，耦合剂有润滑作用，可以减少探头和试件之间的摩擦，防止试件表面磨损探头，并使探头便于移动。 2.常用耦合剂 常用耦合剂有水、甘油、全损耗系统用油、变压器油、化学浆糊等。 水的优点是来源方便；缺点是容易流失，容易使试件生锈，有时不易润湿试件。液浸检测中最常使用水作耦合剂，使用时可加入润湿剂和防腐剂等。 甘油的优点是声阻抗大、耦合效果好；缺点是要用水稀释，容易使试件形成腐蚀坑，价格较贵。 全损耗系统用油（俗称机油）和变压器油的附着力、粘度、润湿性都较适当，也无腐蚀性，价格不贵，因此是最常用的耦合剂。本文焊缝检测也是使用此机油作为耦合剂。 化学浆糊的耦合效果比较好，也是一种常用的耦合剂4.超声波检测工艺卡 试件名称钢焊板材料牌号10钢试件厚度20mm.检测标准JB/T 4730.3-2005B级检测技术横波斜入射法检测灵敏度 传输修正4dB时基线调节 2