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2013-02-24
袁海军 (国家建筑工程质量监督检验中心) 碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度、低合金超声波是目前应用最广泛的探伤方法。超声波 的波长很短、穿透力强，传播过程中遇不同介质的 结构钢应在完成焊接 !#( 以后，进行焊接探伤检 验。钢结构焊缝探伤有超声波法和射线法。《钢结构 分界面会产生反射、折射、绕射和波形转换，超声波 工程施工质量验收规范》(+''+,''-) 规定， )*!!具有良好的方向性，可以定向发射，能在被检部位 设计要求全焊透的一、二级焊缝，应采取超声波探 中发现缺陷。超声波探伤能测到的最小缺陷尺寸约 伤进行内部缺陷的检验;超声波探伤不能对缺陷作 为其波长的二分之一。超声波探伤又可分为脉冲反 出判断时，应采取射线探伤，其内部缺陷分级及探 射法和穿透法。 伤方法应符合现行国家标准《钢焊缝手工超声波探 超声探伤常用波型 激发超声波的方式不同或介! 伤方法和探伤结果分级法》()*--’#+)或《钢熔化 质所承受的作用不 焊对接接头射线照相和质量分级》()的规 )*’’!’同，就会产生不同的波型。所谓波型是指波的类型， 定。 它是按质点位移方向与波传播方向的关系划分的。 焊接球节点网架焊缝、螺栓球节点网架焊缝及 常用于金属材料探伤的波型主要有:纵波、横波、表 圆管 、、 形节点相差线焊缝，其内部缺陷分级 .0/面波和板波等。实际应用时要依据检测对象、检测目 与探伤方法应分别符合国家现行标准《焊接球节点 的的不同，结合各种波型的特点进行合理地选择。 钢 网 架 焊 缝 超 声 波 探 伤 及 质 量 分 级 法 》12)3. (-)纵波。在交替变化的拉伸或压缩应力作用 $5、《螺栓球节点钢网架焊缝超声波探伤及质’'’#-下，介质中各受力质点之间的距离同时产生交替疏 量分级法》12)3. ’'’#$!5 和《建筑钢结构焊接技术 密变化，其质点位移方向与波动的传播方向平行， 规程》12)26-5的规定。 这种波型称为纵波，通常用字母“7”表示。也有将 一级、二级焊缝的质量等级及缺陷分级应符合 纵波称为压缩波或疏密波的。纵波的波型如图 - 所 表 - 的规定。 示。纵波一般垂直入射至探伤工件。  表 - 一、二级焊缝质量等级及缺陷分级 焊缝质量等级一级二级 评定等级 '!内部缺陷超 检验等级* 级* 级声波探伤 探伤比例 -''9!'9 评定等级! ' 图 - 纵波 内部缺陷射 检验等级:* 级:* 级线探伤 (!)横波。在交变的剪切应力作用下，固体介 探伤比例 -''9!'9 质就会产生交变的剪切变形，其质点呈现具有波峰 注:探伤比例的计数方法按以下原则确定:与波谷状的横向振动。质点移动的方向与波动的传 # 对工厂制作焊缝，应按每条焊缝计算百分比，且探伤长度不应 播方向垂直。这种波型称为横波，通常用字母“8” 小于 !'';;，当焊缝长度不足 !'';; 时，应对整条焊缝进行探伤; 对现场安装焊缝，应按同一类型、同一施焊条件的焊缝条 $ 表示。也有称之为剪切波或切变波的。横波的波型 数计算百分比，探伤长度不应小于 !'';;，并不应少于 - 条焊缝。 见图 。横波一般斜向入射至探伤工件。 !
?+-? 工程质量 !''#$%&$’ 1/4页  
图 ; 非对称型板波 图 ! 横波 表 ! 常见材料的声速 ’ () 纵波() 横波() 密度 材料种类# =%>66>?6>?(’)表面波。在受到交替变化的表面张力作用 时，固体介质的表面质点就产生相应的横向振动和 铝/0 ./.+ -+1+ 纵向振动。两个方向振动的合成使质点作绕其平衡 铁01 212+ -$-+ 位置的椭圆振动。这种质点振动在介质表面传播形 钢01 232+ -$-+ 成表面波，通常用字母“)”表示，如图 ’ 所示。由于 铜13 40++ $$.+ 这种波是由瑞利 ()*+,-./0) 于 1223 年首先发现 有机玻璃**51 0+ 4+ /-,.的，故也称其为瑞利波。表面波的传播深度大于一 机油35/ ,4++ 6 个波长时，质点振动幅度就很弱了。所以通常表面 水() #% #2%% /+76 波由斜入射获得，并且一般认为，表面波探伤只能 空气%5%# 4% /-6 发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。 ' 超声探伤的分贝(#$)值  (1) 定义。超声探伤中最常用的是声压分贝 (!')值，其在声学测量的定义是:待测声压值 !对 # 参考声压值 之比取十进制对数后乘以 $%，即 !$ !* !'(声压)&$%’() 图 表面波 ’ ! $#)板波。在板状介质中，当板厚与波长相近 (声压分贝值的含义是:某一信号的声压对某一 时所传播的弹性波称为板波，这种波是在垂直剪切 参考信号的声压的比值取对数。当探伤仪荧光屏的 横波和纵波的合成作用下形成的。板波有两种类 垂直线性良好时，分贝值也就是这两个信号的回波 型，用于板材探伤的属于其中的一种，称为兰姆波 ' 和 ' 比值的对数值，即 高度 * $ 45*678。兰姆波又分为对称型(9 型)和非对称型 (: 型)，如图 #、图 ; 所示。 ! ' , , !'(声压)&$+’() &$%’() !' $$  ($)常用声压分贝值与声压(波高)比值的换 算对照见表 -。 表 ’ 分贝值与声压(波高)比值对照 (值 1' ; ’ ! 1 1>! 1>’ 1>; 1>1' # # 8!!''! '! ! 分贝值(@A)!' 1# B$ C ' DC DB$ D1# D!' ;; 对称型板波图 # % 探头主要类型及型号 超声波的声速 !(1)主要类型 不同波型的超声波在不同的介质内传播，并受 ! 直探头:用来发射和接收纵波，它的波束垂 温度变化等因素的影响，其声速不同。在同一种固 直于被测工件表面入射，其外形结构示意见图 。 .体材料中，纵波声速大于横波声速，横波声速又大 ' 斜探头:通常用直探头加楔块组成，它利用 于表面波声速。在液体和气体介质中只能传播纵波 楔块的不同角度可以进行波型转换，依入射角度的 而不能传播横波和表面波。常见材料中纵波与横波 变化，可以在被测工件中产生纵波、横波和表面波 的声速列于表 。 !
?;!? 工程质量 #$%&$ !''’ 2/4页 等。通常所说的斜探头，大多数是特指横波探头，其第五位表示探头特征，斜探头钢中折射角正切值 外形结构示意见图 。 ( 值)用数字表示。钢中折射角用数字表示，单位为度。 !) 斜探头的特征 ! 值与折射角的关系见表 +。  表 + ! 值与折射角的关系 斜率 !(45' )8 89+ , ,9+ : 折射角() %+; +-; -; -1; ; ':, 探头型号标称举例说明如下: 
图 ( 纵波直探头 
! 探头的主要性能指标 探头的性能指标对探伤效果影响较大，通常所 图 ) 横波斜探头购探头仅提供给用户的为其标称值，而标称值与实 际值常有一定差异，所以在探头投入使用前以及使 ()探头型号。探头的标称型号就表征了它的 !用一段时间(磨损)后都应对其主要性能指标进行 主要额定参数。探头型号的组成及排列顺序如下: 校验，以保证探伤结果的准确性。 第一位表示基本频率，用数字表示，单位为 (,)直探头声束扩散角和声束宽度。探头所激 '#$。 发的声束在试件内传播具有一定的扩散，扩散角的 第二位表示晶片材料，用化学元素符号的缩写 测定方法是: 表示，主要类型见表 %所示 。 将被测探头置于带有横通孔的试件上方，横通 孔距探头约 , 倍探头近场长度，左右移动探头，使所 常用压电晶片材料及代号表 # 获得横通孔反射的回波高度由最大值下降 -./，这 时，记下幅度最大时的位置和下降 -.0 时的位置并 压电材料代 号 锆钛酸铅陶瓷绘出如图 . 1 所示，根据左右位移的距离就可算出声 钛酸钡陶瓷 / 束扩散角 ! ，这个距离也就是声束的宽度(,' )。 钛酸铅陶瓷 0 铌酸锂单晶 1 碘酸锂单晶 2 石英单晶 ' 扩散角 234567 ! 3 其他压电材料 # %  第三位表示晶片尺寸，用数字表示，单位为 &&。其中圆晶片用直径表示;方晶片用长’宽表示。 第四位表示探头种类，用汉语拼音缩写字母表示， 直探头也可以不标出。直探头代号为 (，用斜率表示的 斜探头代号为 ，用折射角表示的斜探头代号为 。 )* 直探头声束扩散角测定图 - ?+’? 工程质量 #$%&$ !''’ 3/4页 ()斜探头的入射点测定。斜探头声束轴线与 ** 所示，它是目前超声探伤中应用最多的方式。 !图 探头楔块底面的交点称为斜探头的入射点，商品斜  探头都在外壳侧面标志入射点，由于制造偏差和磨 损等原因，实际入射点往往与标志位置存在偏差， 因此需经常测定。其测定方法如下: 用 #$%& 或 试块测定，将斜探头置于试 '!!’ 块 ()) 圆心处，探测 *)) 圆弧，如图 + 所示。前后 !! 位移探头，使所获得的反射回波最高。此时探头壳侧 面与 * 圆心的刻度线所对应的点即为入射点。 !))
 图 型显示 )) * (!)+ 型显示探伤仪。& 型显示探伤仪的显示 是利用记忆示波器。它所显示的图像是被测对象的 纵向某剖面图，如图 *0 示意。 斜探头入射点的测定图 ( () 型显示探伤仪。 型显示探伤仪与 & 型’,! 显示探伤仪类似，主要区别是 型显示探伤仪所显 ! ()斜探头 值的测定。斜探头的标称 值为 ’' ' 示的图像是被检材料某一水平截面的剖视图像，如 斜探头声束在钢中折射角的正切值。' 值与入射点等 图 *1 所示意，图像的显示通常利用记忆示波器或 参数的准确性对缺陷定位精度影响很大，其标称值也 用记录仪绘制。 因制造、磨损等原因与实际值往往存在差异，因此需 &、 型显示探伤仪由于价格较高且复杂精密， !在使用前和使用中经常测定。' 值的测定方法如下: 所以目前尚未在大批量材料探伤中使用，而主要是 用 '#%& 或 试块测定，将被测探头置,-!’用于科学研究的领域。 于试块上，探头沿试块侧面前后移动，当对应于 ' .) 圆弧面所获得最高反射回波时，斜探头的入射 点所对应的试块上的角度刻度或 ' 值刻度指示即 为该探头的折射角或 ' 值(见图 *))。
图 斜探头折射角( 值)的测定 )' ! 图 )! + 型显示 ! 超声波探伤仪的分类 探伤仪针对不同的检测对象、目的、方法、速度 等需要，其设计制造也不尽相同。按信号的显示方 式不同，可分为 /、&、! 型三种探伤仪，即人们通常 所说的 超、& 超、 超。 / ! ())* 型显示探伤仪。/ 型显示探伤仪以显波 管为显示器，其显示图形为一直角坐标系，水平方向 的横轴反映了声波传播的时间，也就代表着传播的 距离;垂直方向的纵轴表示信号的幅度，因此当检测 时针对所获得的信号出现的位置及幅度就可以判断 图 ) 型显示 ’, 出是否有缺陷以及缺陷的位置和大小。 型显示如 / |
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