1、 毕业设计报告（论文）(2015 届)题 目 ： 板材对接焊缝超声波检测工艺 所 属 系： 机电与汽车工程学院 班 级： 无损检测 1221 学 生 姓 名： 楚超杰 学 号： 2012050630 同 组 成 员： 周梅、彭威、张文炜 指 导 教 师： 徐敬岗 摘要：承压设备所用材料有板材、管材、棒材、锻件、铸件及型材等,其中最重要且数量大的应为板材。通过焊接的方法使一块或多块板材拼接到一起，而板材焊接质量的检验主要是通过超声检测技术完成的。本文针对板材对接焊缝在实际应用中发现的问题以及对 JB/T4730.3-2005 标准的理解，论述超声检测的物理基础、超声检测的设备和工艺参数。根据板材
2、 对接焊缝中缺陷类型，编制板材对接焊缝超声检测工艺规程和具体板材的检测专用工艺卡，使焊接质量有更好的保证。根据给定的板材焊缝，通 过实验检测该焊缝缺陷， 详细介绍了试块选用、设备调试、现场探伤的常见问题及解决方法，并通 过 CSK-IIIA 试块对试验中检测到的缺陷进行了等级评定并编制工艺卡。关键词： 焊缝 超声波探伤 试块 缺陷IAbstract：Pressure equipment materials plate, pipe, steel rolling, forging, casting and profiles, such as one of the most important an
3、d large quantities shall be the plank. Make one or more by using the method of welding plate joining together together, and plank welding quality inspection is mainly done by ultrasonic testing technology. Plate butt weld in the practical application, this paper found the problem and the understandi
4、ng of standard JB/T4730.3-2005, this paper ultrasonic testing of the physical basis, ultrasonic testing of the equipment and process parameters. Depending on the type of plate in butt weld defects, plate butt weld ultrasonic testing procedure and specific detection of special process card, make the
5、welding quality is better.According to the plate given by the experimental detection of weld, the weld defects, introduces in detail the common problems of test block selection, equipment commissioning, on-site inspection and solving methods, and block of defect test detected on the rating and the p
6、reparation of process card by CSK-IIIA test.Key Words: Weld Ultrasonic testing Block Defect 2015 届毕业设计（论文）II目录第一章 前言 .11.1 选题的背景及意义 .11.2 超声检测技术的发展历程及现状 .11.2.1 国际超声检测技术发展历程和现状 .21.2.2 我国超声无损检测发展现状 .2第二章 超声波检测物理基础 .32.1 超声波 .32.2 超声波检测优缺点 .32.2.1 超声波检测方法的优点 .32.2.2 超声波检测方法的局限性 .32.3 超声波检测原理 .42.4 超声
7、波垂直入射到界面的反射和透射 .42.4.1 单一界面的反射率和透射率 .42.4.2 薄层界面的反射率和透射率 .52.4.3 声压往复透射率 .5第三章 超声检测的设备及器材 .63.1 超声检测的设备与器材 .63.2 超声探伤仪 .63.3 探头 .73.3.1 压电效应 .73.3.2 探头的种类和结构 .73.3.3 探头型号 .73.3.4 探头的选择 .83.3.5 探头的移动范围 .83.3.6 探头的扫查方式 .93.4 耦合剂 .103.5 试块 .103.5.1 试块的作用 .103.5.2 试块的分类 .113.5.3 焊接探伤常用试块列举 .113.6 超声波检测分
8、类 .12第四章 板材 .144.1 焊缝中常见缺陷 .144.1.1 外观形状缺陷： .144.1.2 内部缺陷 .144.2 影响缺陷定位的主要因素 .164.2.1 仪器的影响： .164.2.2.探头的影响： .164.2.3.工件的影响： .164.2.4 .操作人员的影响： .17第五章 焊缝超声检测的工艺规程 .185.1 检测面的修整 .182015 届毕业设计（论文）III5.2 仪器的调整过程 .185.2.1 按深度 1:1 调节扫描速度 .185.2.2 调起始灵敏度 .185.2.3 测定探头的前沿距离 L0 值和 K 值 .185.2.4 时基线的调节 .195.2
9、.5 绘制距离波幅曲线 .195.2.6 缺陷的扫查及评定: .195.2.7 缺陷评定与检验结果分级 .205.2.8 清理现场 .205.3 超声波检测工艺卡 .20第六章 总结 .22参考文献 .23致谢 .242015 届毕业设计（论文）0第一章 前言1.1 选题的背景及意义钢铁材料是工程上所使用的最重要的材料之一，应用范围极其广泛。焊接是各种工业生产和国防建设等领域不可缺少的先进制造技术，在世界范围内，发达国家利用焊接方法来加工的钢材已超过钢材总产量的一半，由于钢焊接其性能出众和经济效果显著等特点，在焊接中的应用越来越广泛，成为国内外众多研究者和工程人员重点研究的方向。焊接是指通过加
10、热或加压，或两者兼用，而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。钢制对接焊缝焊接以其强度高、重量轻、塑性和韧性好、材质均应，制造方便、密封性好等优异特点，已经得到了非常广泛的应用。超声检测是五大常规无损检测技术之一，也是目前国内外应用最广泛、使用频率最高而且发展较快的一种无损检测技术。超声检测是产品制造中实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产效率的重要手段，也是设备维护中不可或缺的手段之一。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。超声波探伤的原理是通过对被测物体发射超声，然后利用其反射、多普勒效应、透射等来获取被测物体内部的信息
11、并经过处理形成图像。目前应用最多的是反射法。 反射法是基于超声波在通过不同声阻抗组织界面时发生较强反射的原理工作的，声波在从一种介质传播到另外一种介质的时候在两者之间的界面处会发生反射，而且介质之间的差别越大反射就会越大，所以对一个物体发射出穿透力强、能够直线传播的超声波， 然后对反射回来的超声波进行接收并根据这些反射回来的超声波的先后、幅度等情况就可以判断出这个组织中含有的各种缺陷的大小、分布情况以及各种介质之间的对比差别程度等信息，从而判断出该被测物体是否有异常。本文针对中厚板对接焊缝进行超声 A 扫描检测和动态波形分析，广泛适用于焊接接头的检测。随着社会日新月异的发展和进步，许多大型设备
12、，大型储油罐，大型刚结构的运用，对接焊越来越广泛运用，工程上对对接接头焊缝的要求越来越高。目前对于这种焊接形式，普遍的检测方式是采用超声检测。1.2 超声检测技术的发展历程及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。无损检测 NDT （Non-destructive testing），就是利用声、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（如合格与否、剩余寿命等）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测（RT)、超声检测(UT)、磁粉检测
13、（MT）和渗透检测（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2015 届毕业设计（论文）1主要手段。1.2.1 国际超声检测技术发展历程和现状无损检测技术已经历一个世纪，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)作为五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无损探
14、伤（Nondestruction Inspection NDI）和无损检测（Nondestructive testing NDT）向无损评价（Nondestructive Evauation NDE）过渡。无损探伤，无损检测和无损评价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要求。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境界，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
15、学性能的检测及其评价。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，已经取得了许多具有国际先进水平的成果。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自动化、智能化、图象化的进展。2）专业无损检测人员相对较少，现有无损检测设备利用率低。我国无损检测技术经过40 年的发展，虽然应用已经遍及近 30 个系统领域
16、，直接从事无损检测技术方面的人员已近20 万左右，但是高技术专业人员较少。3）重视对无损检测技术领域的信息技术应用。当信息技术和无损检测结合以后，人们就可以最大限度地从检测过程中获取大量信息。2015 届毕业设计（论文）2第二章 超声波检测物理基础2.1 超声波超声波是一种频率高于 20000 赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。机械振动在介质中的传播过程叫做波，人耳能够感受到频率高于 20 赫兹，低于 20000 赫兹的弹性波，所以在这个频率范围内的弹性波又叫声波。频率小于 20 赫兹的弹性波又叫次声波，频率高于 20000 赫兹的弹性波叫做超声波。次声波和超声波人耳
17、都不能感受。2.2 超声波检测优缺点2.2.1 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。2.2.2 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
18、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。世界各国出版的无损检测书籍、资料文献中, 超声探伤所占的数量都是首屈一指的。有关资料表明,国外每年大约发表 3000 篇涉及无损检测的文献资料，全部文献资料中有关超声无损检测的内容约占 4
19、5%，特别是 2000 年 10 月在罗马召开的第十五届世界无损检测会议(WCNDT)收录的 663 篇论文中，超声检测就占 250 篇。以上这些都说明超声检测在无损检测中的突出贡献与重要地位和研究势头, 所以超声检测一直以来都是研究的热点。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，2015 届毕业设计（论文）3在压力容器制造和在役检测工作中得到越来越多的应用。2.3 超声波检测原理超声检测技术中对缺陷评定的三大关键内容是缺陷的定位、定量和定性。缺陷定位与定量方法已较成熟,而对缺陷定性仍存在许多实际困难。目前,在原位检测中应用最广泛的是A 型超声
20、脉冲反射式检测仪,根据其示波屏显示的缺陷回波静态波形与动态波形,再结合具体产品或材料特点和制造工艺等来评估缺陷的性质。缺陷的超声波反射特性取决于缺陷的取向和几何形状、相对超声波传播方向的长度和厚度、缺陷的表面粗糙度、缺陷内含物以及缺陷性质等,还与所用超声检测系统特性有关,因此,超声检测中获得缺陷的超声响应是一个综合响应。如何观察波形并把反映缺陷性质的有用信息从综合响应中分离出来,这对缺陷的定性评定尤为重要。超声波探伤的原理是通过对被测物体发射超声，然后利用其反射、多普勒效应、透射等来获取被测物体内部的信息并经过处理形成图像。目前应用最多的是反射法。 反射法是基于超声波在通过不同声阻抗组织界面时
21、发生较强反射的原理工作的，声波在从一种介质传播到另外一种介质的时候在两者之间的界面处会发生反射，而且介质之间的差别越大反射就会越大，所以对一个物体发射出穿透力强、能够直线传播的超声波， 然后对反射回来的超声波进行接收并根据这些反射回来的超声波的先后、幅度等情况就可以判断出这个组织中含有的各种缺陷的大小、分布情况以及各种介质之间的对比差别程度等信息，从而判断出该被测物体是否有异常。2.4 超声波垂直入射到界面的反射和透射超声波从一种介质入射到另一种介质中，在两种介质的分界面上，一部分能量返回原介质内，称为反射波。另一部分能量透过界面在另一种介质中传播，称为透射波。在界面上声能（声压、声强）的分配
22、和传播方向的变化都遵循一定的规律。2.4.1 单一界面的反射率和透射率当超声波垂直入射到光滑平界面时，将在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波，在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波。反射波与透射波的声压是按一定规律分配的。这个分配比例由声压反射率和透射率来表示。如图 2.1 所示2015 届毕业设计（论文）4图 2.12.4.2 薄层界面的反射率和透射率超声检测时，经常遇到耦合层和缺陷薄层等问题，这些都可归结为超声波在薄层界面的反射和透射问题。此时，超声波是由声阻抗为 Z1 的第一介质入射到 Z1 和 Z2 界面，然后通过声阻抗为 Z2 的第二介质薄层射到 Z2 和 Z3 界面，最后进入声阻抗为 Z3 的第三介质。超声波通过一定厚度的异质薄层时，反射和透射情况与单一的平界面不同。异质薄层很薄，进入薄层内的超声波会在薄层两侧界面引起多次反射和折射，形成一系列的反射波和透射波。2.4.3 声压往复透射率在超声波但探头检测中，探头兼做发射和接受超声波，探头发出的的超声波透过界面进入工件，在固气底面产生全反射后再次通过同一界面被探头接受。声压往复透射率高低直接影响检测灵敏度高低，往复透射率高，检测灵敏度高，反之，则低。
