钢板焊缝的接触法超声波检测.doc
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1、西安航空职业技术学院 毕业设计论文 I 毕毕 业业 设设 计计( (论论 文)文) 论论文文题题目:目: 钢板焊缝的接触法超声波检测 所属系部:所属系部: 航空材料工程系 专专 业业: : 检测技术及应用 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 II 西安航空西安航空职业职业技技术术学院学院 毕业设计毕业设计( (论论文)任文)任务书务书 题题目:目: 钢板焊缝的接触法超声波检测 任任务务与要求: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。 时间时间: : 2012 年 08 月 13 日 201
2、2 年 10 月 20 日 共 9 周 所属系部:所属系部: 航空材料工程系 学生姓名:学生姓名: * 学学 号:号: 10802230 专业专业: : 检测技术及应用 指指导单导单位或教研室:位或教研室: 西安航空动力股份有限公司 指指导导教教师师: : 职职 称:称: 西安航空西安航空职业职业技技术术学院制学院制 2012 年 10 月 10 日 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 III 毕业设计毕业设计(论论文文)进进度度计计划表划表 日日 期期工工 作作 内内 容容执执 行行 情情 况况 指指导导教教师师 签签 字字 2012 年 7 月 2 日8 月 26 日 选取典型零件 收集相
3、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。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 IV 钢板焊缝的接触法超声波检测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
4、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。 关键词关键词:焊缝;
5、超声波探伤;试块;缺陷评定 Abstract: NDT (Non- Destructie Testing, NDT) technology has become a quality control to e nsure the safe operation of equipment so vital technical means of pro duction in the modern aviation industry, more and more key components required for more effective And accurate detection, this
6、 paper intro duces the principle of ultrasonic detection technology and the advant ages and disadvantages Points, with the instrument and shear wave wel d inspection during the operation should pay attention to the issues and problems, ultrasonic testing equipment and apparatus, and other i ssues. K
7、ey words: ultrasonic testing; longitudinal wave; wave; detector; weld inspecti on; test block; ultrasonic probe; coupling agent. 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 V 目 录 钢板焊缝的接触法超声波检测钢板焊缝的接触法超声波检测.IV 1绪论1 1.1 选题的背景及意义1 1.2 超声检测技术的发展历程和现状.2 1.2.1 国际超声检测技术的发展历程和现状.2 1.2.2我国超声无损检测发展现状2 13 中厚钢板焊缝.3 2 2检测方法的选择检测方法的选择 .7
8、2.1 超声波检测的原理:7 2.2 接触法焊缝超声波检测的特点8 2.2.1 脉冲反射法8 2.2.2 影响缺陷定位的主要因素9 3 3 超声波检测仪器型号和一些基本设备超声波检测仪器型号和一些基本设备 11 3.1 设备型号:11 3.2 超声波探头.14 3.3 试块16 3.4 耦合剂18 4.4.超声波检测工艺卡超声波检测工艺卡 .19 5 5 焊缝超声检测的过程焊缝超声检测的过程 .20 5.1 检测面的修整.20 5.2 焊缝超声波探伤.20 5.3.1 设置仪器的工作状态设置.21 53.2 测定探头的前沿距离测定21 5.4.1 时基线的调节.23 5.4.2 绘制距离波幅曲
9、线.23 5.4.3 缺陷的扫查及评定:.24 5.4.4 清理现场.24 6 6超声检测结果超声检测结果 .25 结 束 语.26 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 VI 谢 辞.27 文 献28 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 1 1 绪论绪论 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。 1.11.1 选题的背景及意义选题的背景及意义 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
10、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
11、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
12、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。 西
13、安航空职业技术学院 毕业设计论文 2 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。 1.21.2 超声检测技术的发展历程和现状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
14、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。 1.2.11.2.1 国际国际超声检测技术的发展历程和现状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
15、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
16、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。 1.2.21.2.2我国超声无损检测发展现状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 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 3 数字化、智能化、图象化、小型化和系列化
17、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
18、。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。 1.31.3 中厚钢板焊缝中厚钢板焊缝 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
19、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。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 4 图图 1-1 对接接头式焊板对接接头式焊板 图图 1-2 厚度为厚度为 20mm 钢板焊缝实物图钢板焊缝实物图 1气孔 气孔是在焊接过程中焊接熔池高温时吸收了
20、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。 图图 1-31-3 常见缺陷气孔常见缺陷气孔 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 5 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。 图图 1-4 常见缺陷未焊透常
21、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。 图图 1-5 常见缺陷未熔合常见缺陷未熔合 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
22、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 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 6 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 图图 1-6 常见缺陷裂纹常见缺陷裂纹 2 2检测方法的选择检测方法的选择 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 7 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
23、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。 2.12.1超声波检测的原理超声波检测的原理 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,
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