中華人民共和國國家標準
鋼焊縫手工超聲波探傷方法11345-89
Method for manual ultrasonic testing andclassification
of testing results for ferritic steelwdlds

1 主題內容與適用范圍

本標準規定了檢驗焊縫及熱影響區缺陷,確定缺陷位置、尺寸和缺陷評定的一般方法及探傷結果的分級方法.
本標準適用于母材厚度不小于8mm的鐵素體類鋼全焊透熔化焊對接焊縫脈沖反射法手工超聲波檢驗.
本標準不適用于鑄鋼及奧氏體不銹鋼焊縫;外徑小于159mm的鋼管對接焊縫;內徑小于等于200mm的管座角焊縫及外徑小于250mm和內外徑之比小于80%的縱向焊縫.

2 引用標準

ZB Y 344 超聲探傷用探頭型號命名方法
ZB Y 231 超聲探傷用探頭性能測試方法
ZB Y 232 超聲探傷用1號標準試塊技術條件
ZB J 04 001 A型脈沖反射式超聲探傷系統工作性能測試方法

3 術語

3.1 簡化水平距離l'
從探頭前沿到缺陷在探傷面上測量的水平距離.
3.2 缺陷指示長度△l
焊縫超聲檢驗中,按規定的測量方法以探頭移動距離測得的缺陷長度.
3.3 探頭接觸面寬度W
環縫檢驗時為探頭寬度,縱縫檢驗為探頭長度,見圖1.
3.4 縱向缺陷
大致上平行于焊縫走向的缺陷.
3.5 橫向缺陷
大致上垂直于焊縫走向的缺陷.
3.6 幾何臨界角β'
筒形工件檢驗,折射聲束軸線與內壁相切時的折射角.
3.7 平行掃查
在斜角探傷中,將探頭置于焊縫及熱影響區表面,使聲束指向焊縫方向,并沿焊縫方向移動的掃查方法.
3.8 斜平行掃查
在斜角探傷中,使探頭與焊縫中心線成一角度,平等于焊縫方向移動的掃查方法.
3.9 探傷截面
串列掃查探傷時,作為探傷對象的截,一般以焊縫坡口面為探傷截面,見圖2.
3.10 串列基準線
串列掃查時,作為一發一收兩探頭等間隔移動基準的線.一般設在離探傷截面距離為0.5跨距的位置,見圖2.
3.11 參考線
探傷截面的位置焊后已被蓋住,所以施焊前應予先在探傷面上,離焊縫坡口一定距離畫出一標記線,該線即為參考線,將作為確定串列基準線的依據,見圖3.
3.12 橫方形串列掃查
將發、收一組探頭,使其入射點對串列基準線經常保持等距離平行于焊縫移動的掃查方法,見圖4.
3.13 縱方形串列掃查
將發、收一組探頭使其入射點對串列基準線經常保持等距離,垂直于焊縫移動的掃查方法,見圖4.

4 檢驗人員

4.1 從事焊縫探傷的檢驗人員必須掌握超聲波探傷的基礎技術,具有足夠的焊縫超聲波探傷經驗,并掌握一定的材料、焊接基礎知識.
4.2 焊縫超聲檢驗人員應按有關規程或技術條件的規定經嚴格的培訓和考核,并持有相 考核組織頒發的等級資格證書,從事相對應考核項目的檢驗工作.
注:一般焊接檢驗專業考核項目分為板對接焊縫;管件對接焊縫;管座角焊縫;節點焊縫等四種.
4.3 超聲檢驗人員的視力應每年檢查一次,校正視力不得低于1.0.

5 探傷儀、探頭及系統性能

5.1 探傷儀
使用A型顯示脈沖反射式探傷儀,其工作頻率范圍至少為1-5MHz,探傷儀應配備衰減器或增益控制器,其精度為任意相鄰12dB誤差在±1dB內.步進級每檔不大于2dB, 總調節量應大于60dB,水平線性誤差不大于1%,垂直線性誤差不大于5%.
5.2 探頭
5.2.1 探頭應按ZB Y344標準的規定作出標志.
5.2.2 晶片的有效面積不應超過500mm2,且任一邊長不應大于25mm.
5.2.3 聲束軸線水平偏離角應不大于2°.
5.2.4 探頭主聲束垂直方向的偏離,不應有明顯的雙峰,其測試方法見ZB Y231.
5.2.5 斜探頭的公稱折射角β為45°、60°、70°或K值為1.0、1.5、2.0、2.5,折射角的實測值與公稱值的偏差應不大于2°(K值偏差不應超過±0.1),前沿距離的偏差應不大于1mm.如受工件幾何形狀或探傷面曲率等限制也可選用其他小角度的探頭.
5.2.6 當證明確能提高探測結果的準確性和可靠性,或能夠較好地解決一般檢驗時的困難而又確保結果的正確,推薦采用聚焦等特種探頭.
5.3 系統性能
5.3.1 靈敏度余量
系統有效靈敏度必須大于評定靈敏度10dB以上.
5.3.2 遠場分辨力
a.直探頭≥30dB;
b.斜探頭:Z≥6dB.
5.4 探傷儀、探頭及系統性能和周期檢查
5.4.1 探傷儀、探頭及系統性能,除靈敏度余量外,均應按ZBJ04 001的規定方法進行測試.
5.4.2 探傷儀的水平線性和垂直線性,在設備**使用及每隔3個月應檢查一次.
5.4.3 斜探頭及系統性能,在表1規定的時間內必須檢查一次.

6 試塊

6.1 標準試塊的形狀和尺寸見附錄A,試塊制造的技術要求應符合ZB Y232的規定,該試塊主要用于測定探傷儀、探頭及系統性能.
6.2 對比試塊的形狀和尺寸見附錄B.
6.2.1 對比試塊采用與被檢驗材料相同或聲學性能相近的鋼材制成.試塊的探測面及側面,在以2.5MHz以上頻率及高靈敏條件下進行檢驗時,不得出現大于距探測面20mm處的Φ2mm平底孔反射回來的回波幅度1/4的缺陷回波.
6.2.2 試塊上的標準孔,根據探傷需要,可以采取其他形式布置或添加標準孔,但應注意不應與試塊端角和相鄰標準孔的反射發生混淆.
6.2.3 檢驗曲面工件時,如探傷面曲率半徑R小于等于W2/4時,應采用與探傷面曲率相同的對比試塊.反射體的布置可參照對比試塊確定,試塊寬度應滿足式(1):
b≥2λ S/De (1)
式中b----試塊寬度,mm;
λ--波長,mm;
S---聲程,m;
De--聲源有效直徑,mm
6.3 現場檢驗,為校驗靈敏度和時基線,可以采用其他型式的等效試塊.

7 檢驗等級

7.1 檢驗等級的分級
根據質量要求檢驗等級分為A、B、C三級,檢驗的完善程度A級最低,B級一般,C級最高,檢驗工作的難度系數按A、B、C順序逐級增高.應按照工件的材質、結構、焊接方法、使用條件及承受載荷的不同,合理的選用檢驗級別.檢驗等級應接產品技術條件和有關規定選擇或經合同雙方協商選定.
注:A級難度系數為1;B級為5-6;C級為10-12.
本標準給出了三個檢驗等級的檢驗條件,為避免焊件的幾何形狀限制相應等級檢驗的有效性,設計、工藝人員應考慮超聲檢驗可行性的基礎上進行結構設計和工藝安排.
7.2 檢驗等級的檢驗范圍
7.2.1 A級檢驗采用一種角度的探頭在焊縫的單面單側進行檢驗,只對允許掃查到的焊縫截面進行探測.一般不要求作橫向缺陷的檢驗.母材厚度大于50Mm時,不得采用A級檢驗.
7.2.2 B級檢驗原則上采用一種角度探頭在焊縫的單面雙側進行檢驗,對整個焊縫截面進行探測.母材厚度大于100mm時,采用雙面雙側檢驗.受幾何條件的限制,可在焊縫的雙面半日側采用兩種角度探頭進行探傷.條件允許時應作橫向缺陷的檢驗.
7.2.3 C級檢驗至少要采用兩種角度探頭在焊縫的單面雙側進行檢驗.同時要作兩個掃查方向和兩種探頭角度的橫向缺陷檢驗.母材厚度大于100mm時,采用雙面側檢驗.其他附加要**:
a.對接焊縫余高要磨平,以便探頭在焊縫上作平行掃查;
b.焊縫兩側斜探頭掃查經過的母材部分要用直探頭作檢查;
c.焊縫母材厚度大于等于100mm,窄間隙焊縫母材厚度大于等于40mm時,一般要增加串列式掃查,掃查方法見附錄C.

8 檢驗準備

8.1 探傷面
8.1.1 按不同檢驗等級要求選擇探傷面.推薦的探傷面如圖5和表2所示.
8.1.2 檢驗區域的寬度應是焊縫本身再加上焊縫兩側各相當于母材厚度30%的一段區域,這個區域最小10mm,最大20mm,見圖6.
8.1.3 探頭移動區應**焊接飛濺、鐵屑、油垢及其他外部雜技.探傷表面應平整光滑,便于探頭的自由掃查,其表面粗糙度不應超過6.3μm,必要時應進行打磨:
a.采用一次反射法或串列式掃查探傷時,探頭移動區應大于1.25P:
P=2δtgβ (2)
或P=2δK (3)
式中P----跨距,mm;
δ--母材厚度,mm
b.采用直射法探傷時,探頭移動區應大于0.75P.
8.1.4 去除余高的焊縫,應將余高打磨到與鄰近母材平齊.保留余高的焊縫,如焊縫表面有咬邊,較大的隆起凹陷等也應進行適當的修磨,并作圓滑過渡以影響檢驗結果的評定.
8.1.5 焊縫檢驗前,應劃好檢驗區段,標記出檢驗區段編號.
8.2 檢驗頻率
檢驗頻率f一般在2-5MHz范圍內選擇,推薦選用2-2.5MHz公稱頻率檢驗.特殊情況下,可選用低于2MHz或高于2.5MHz的檢驗頻率,但必須保證系統靈敏度的要求.
8.3 探頭角度
8.3.1 斜探頭的折射角β或K值應依據材料厚度,焊縫坡口型式及預期探測的主要缺陷來選擇.對不同板厚推薦的探頭角度和探頭數量見表2.
8.3.2 串列式掃查,推薦選用公稱折射角為45°的兩個探頭,兩個探頭實際折射角相差不應超過2°,探頭前洞長度相差應小于2mm.為便于探測厚焊縫坡口邊緣未熔合缺陷,亦可選用兩個不同角度的探頭,但兩個探頭角度均應在35°-55°范圍內.
8.4 耦合劑
8.4.1 應選用適當的液體或糊狀物作為耦合劑,耦合劑應具有良好透聲性和適宜流動性,不應對材料和人體有作用,同時應便于檢驗后清理.
8.4.2 典型的耦合劑為水、機油、甘油和漿糊,耦合劑中可加入適量的"潤濕劑"或活性劑以便改善耦合性能.
8.4.3 在試塊上調節儀器和產品檢驗應采用相同的耦合劑.
8.5 母材的檢查
采用C級檢驗時,斜探頭掃查聲束通過的母材區域應用直探頭作檢查,以便探測是否有有探傷結果解釋的分層性或其他缺陷存在.該項檢查僅作記錄,不屬于對母材的驗收檢驗.母材檢查的規程要點如下:
a.方法:接觸式脈沖反射法,采用頻率2-5MHz的直探頭,晶片直徑10-25mm;
b.靈敏度:將無缺陷處二次底波調節為熒光屏滿幅的100%;
c.記錄:凡缺陷信號幅度超過熒光屏滿幅20%的部位,應在工件表面作出標記,并予以記錄.

9 儀器調整和校驗

9.1 時基線掃描的調節
熒光屏時基線刻度可按比例調節為代表缺陷的水平距離l(簡化水平距離l');深度h;或聲程S,見圖7.
9.1.1 探傷面為平面時,可在對比試塊上進行時基線掃描調節,掃描比例依據工件工和選用的探頭角度來確定,最大檢驗范圍應調至熒光屏時基線滿刻度的2/3以上.
9.1.2 探傷面曲率半徑R大于W2/4時,可在平面對比試塊上或與探傷面曲率相近的曲面對比試塊上,進行時基線掃描調節.
9.1.3 探傷面曲率半徑R小于等于W2/4時,探頭楔塊應磨成與工件曲面相吻合,在6.2.3條規定的對比試塊上作時基線掃描調節.
9.2 距離----波幅(DAC)曲線的繪制
9.2.1 距離----波幅曲線由選用的儀器、探頭系統在對比試塊上的實測數據繪制見圖8,其繪制方法見附錄D,曲線由判廢線RL,定量線SL和評定線EL組成,不同驗收級別的各線靈敏度見表3.表中的DAC是以Φ3mm標準反射體繪制的距離--波幅曲線--即DAC基準線.評定線以上至定量線以下為1區(弱信號評定區);定量線至判廢線以下為Ⅱ區(長度評定區);判廢線及以上區域為Ⅲ區(判廢區).
9.2.2 探測橫向缺陷時,應將各線靈敏度均提高6dB.
9.2.3 探傷面曲率半徑R小于等于W2/4時,距離--波幅曲線的繪制應在曲面對比試塊上進行.
9.2.4 受檢工件的表面耦合損失及材質衰減應與試塊相同,否則應進行傳輸損失修整見附錄E,在1跨距聲程內最大傳輸損失差在2dB以內可不進行修整.
9.2.5 距離--波幅曲線可繪制在坐標紙上也可直接繪制在熒光屏刻度板上,但在整個檢驗范圍內,曲線應處于熒光屏滿幅度的20%以上,見圖9,如果作不到,可采用分段繪制的方法見圖10.
9.3 儀器調整的校驗
9.3.1 每次檢驗前應在對比試塊上,對時基線掃描比例和距離--波幅曲線(靈敏度)進行調節或校驗.校驗點沙于兩點.
9.3.2 檢驗過程中每4h之內或檢驗工作結束后應對時基線掃描和靈敏度進行校驗,校驗可在對比試塊或其他兒試塊上進行.
9.3.3 掃描調節校驗時,如發現校驗點反射波在掃描線上偏移超過原校驗點刻度讀數的10%或滿刻度的5%(兩者取較小值),則掃描比例應重新調整,前次校驗后已經記錄的缺陷,位置參數應重新測定,并予以更正.
9.3.4 靈敏度校驗時,如校驗點的反射波幅比距離--波幅曲線降低20%或2dB以上,則儀靈敏度應重新調整,并對前次校驗后檢查的全部焊縫應重新檢驗.如校驗點的反射波幅比距離--波幅曲線增加20%或2dB以上,儀器靈敏度應重新調整,而前次校驗后,已經記錄的缺陷,應對缺陷尺寸參數重新測定并予以評定.

10 初始檢驗

10.1 一般要求
10.1.1 超聲檢驗應在焊縫及探傷表面經外觀檢查合格并滿足8.1.3條的要求后進行.
10.1.2 檢驗前,探傷人員應了解受驗工件的材質、結構、曲率、厚度、焊接方法、焊縫種類、坡口形式、焊縫余高及背面襯墊、溝槽等情況.
10.1.3 探傷靈敏度應不低于評定線靈敏度.
10.1.4 掃查速度不應大于150mm/s,相鄰兩次探頭移動間隔保證至少有探頭寬度10%的重疊.
10.1.5 對波幅超過評定線的反射波,應根據探頭位置、方向、反射波的位置及10.1.2條了解的焊縫情況,判斷其是否為缺陷.判斷為缺陷的部位應在焊縫表面作出標記.
10.2 平板對接焊縫的檢驗
10.2.1 為探測縱向缺陷,斜探頭垂直于焊縫中心線在探傷面上,作鋸齒型掃查見圖11.探頭前后移動的范圍應保證掃查到全部焊縫截面及熱影響區.在保持探頭垂直焊縫作前后移動的同時,還應作10°-15°的左右轉動.
10.2.2 為探測焊縫及熱影響區的橫向缺陷應進行平行和斜平行掃查.
a. B級檢驗時,可寅 邊緣使探頭與焊縫中心線成10°-20°作斜平行的掃查(圖12);
b. C級檢驗時,可將探頭放在焊縫及熱影響區上作兩個方向的平行掃查(圖13),焊縫母材厚度超過100mm時,應在焊縫的兩面作平行掃查或者采用兩種角度探頭(45°和60°或45°和70°并用)作單面兩個方向的平行掃查;亦可用兩個45°探頭作串列式平行掃查;
c. 對電渣焊縫還應增加與焊縫中心線成45°的斜向掃查.
10.2.3 為確定缺陷的位置、方向、形狀、觀察缺陷動態波形或區分缺陷訊號與偽訊號,可采用前后、左右、轉角、環繞等四種探頭基本掃查方式(圖14).
10.3 曲面工件對接焊縫的檢驗
10.3.1 探傷面為曲面時,應按6.2.3和9.1.3條的規定選用對比試塊,并采用10.2條的方法進行檢驗,C級檢驗時,受工件幾何形狀限制,橫向缺陷探測無法實施時,應在檢驗記錄中予以注明.
10.3.2 環縫檢驗時,對比試塊的曲率半徑為探傷面曲率半徑0.9-1.5倍的對比試塊均可采用.探測橫向缺陷時按10.3.3條的方法進行.
10.3.3 縱縫檢驗時,對比試塊的曲率半徑與探傷面曲率半徑之差應小于10%.
10.3.3.1 根據工件的曲率和材料厚度選擇探頭角度,并考慮幾何臨界角的限制,確保聲束能掃查到整個焊縫厚度.條件允許時,聲束在曲底面的入射角度不應超過70°.
10.3.3.2 探頭接觸面修磨后,應注意探頭入射點和折射角或K值的變化,并用曲面試塊作實際測定.
10.3.3.3 當R大于W2/4采用平面對比試塊調節儀器時,檢驗中應注意到熒光屏指示的缺陷深度或水平距離與缺陷實際的徑向埋藏深度或水平距離孤長的差異,必要時應進行修正.
10.4 其他結構焊縫的檢驗
10.4.1 一般原則
a.盡可能采用平板焊縫檢驗中已經行之有效的各種方法;
b.在選擇探傷面和探頭時應考慮到檢測各種類型缺陷的可能性,并使聲束盡可能垂直于該結構焊縫中的主要缺陷.
10.4.2 T型接頭
10.4.2.1 腹板厚度不同時,選用的折射角見表4,斜探頭在腹板一側作直射法和一次反射法探傷見圖15位置2.
10.4.2.2 采用折射角45°(K1)探頭在腹板一側作直射法和一次反射法探測焊縫及腹板側熱影響區的裂紋(圖16).
10.4.2.3 為探側腹板和翼板間未焊透或翼板側焊縫下層狀撕裂等缺陷,可采用直探頭(圖15位置1)或斜探頭(圖16位置3)在翼板外側探傷或采用折射角45°(K1)探頭在翼板內側作一次反射法探傷(圖15位置3).
10.4.3 角接接頭
角接接頭探傷面及折射角一般按圖17和表4選擇.
10.4.4 管座角焊縫
10.4.4.1 根據焊縫結構形式,管座角焊縫的檢驗有如下五種探側方法,可選擇其中一種或幾種方式組合實施檢驗.探測方式的選擇應由合同雙方商定,并重點考慮主要探測對象和幾何條件的限制(圖18、19).
a.在接管內壁表面采用直探頭探傷(圖18位置1);
b.在容器內表面用直探頭探傷(圖19位置1);
c.在接管外表面采用斜探頭探傷(圖19位置2);
d.在接管內表面采用斜探頭探傷(圖18位置3,圖19位置3);
e.在容器外表面采用斜探頭探傷(圖18位置2).
10.4.4.2 管座角焊縫以直探頭檢驗為主,對直探頭掃查不到的區域或結構,缺陷向性不適于采用直探頭檢驗時,可采用斜探頭檢驗,斜探頭檢驗應符合10.4.1條的規定.
10.4.5 直探頭檢驗的規程
a.推薦采用頻率2.5Mhz直探頭或雙晶直探頭,探頭與工件接觸面的尺寸W應小于2√R;
b.靈敏度可在與工件同曲率的試塊上調節,也可采用計算法或DGS曲線法,以工件底面回波調節.其檢驗等級評定見表5.

11 規定檢驗

11.1 一般要求
11.1.1 規定檢驗只對初始檢驗中被標記的部位進行檢驗.
11.1.2 探傷靈敏度應調節到評定靈敏度.
11.1.3 對所有反射波幅超過定量線的缺陷,均應確定其位置,最大反射波幅所在區域和缺陷指示長度.
11.2 最大反射波幅的測定
11.2.1 對判定為缺陷的部位,采取10.2.3條的探頭掃查方式、增加探傷面、改變探頭折射角度進行探測,測出最大反射波幅并與距離--波幅曲線作比較,確定波幅所在區域.波幅測定的允許誤差為2DB.
11.3 位置參數的測定
11.3.1 缺陷位置以獲得缺陷最大反射波的位置來表示,根據相應的探頭位置和反射波在熒光屏上的位置來確定如下全部或部分參數.
a.縱坐標L代表缺陷沿焊縫方向的位置.以檢驗區段編號為標記基準點(即原點)建立坐標.坐標正方向距離L表示缺陷到原點之間的距離見圖20;
b.深度坐標h代表缺陷位置到探傷面的垂直距離(mm).以缺陷最大反射波位置的深度值表示;
c.橫坐標q代表缺陷位置離開焊縫中心線的垂直距離,可由缺陷最大反射波位置的水平距離或簡化水平距離求得.
11.3.2 缺陷的深度和水平距離(或簡化水平距離)兩數值中的一個可由缺陷最大反射波在熒光屏上的位置直接讀出,另一數值可采用計算法、曲線法、作圖法或缺陷定位尺求出.
11.4 尺寸參數的測定
應根據缺陷最大反射波幅確定缺陷當量值Φ或測定缺陷指示長度△l.
11.4.1 缺陷當量Φ,用當量平底孔直徑表示,主要用于直探頭檢驗,可采用公式計算,DGS曲線,試塊對比或當量計算尺確定缺陷當量尺寸.
11.4.2 缺陷指示長度△l的測定推薦采用如下二種方法.
a.當缺陷反射波只有一個高點時,用降低6dB相對靈敏度法測長見圖21;
b.在測長掃查過程中,如發現缺陷反射波峰值起伏變化,有多個高點,則以缺陷兩端反射波極大值之間探頭的移動長度確定為缺陷指示長度,即端點峰值法見圖22.

12 缺陷評定

12.1 超過評定線的信號應注意其是否具有裂紋等危害性缺陷特征,如有懷疑時 采取改變探頭角度,增加探傷面、觀察動態波型、結合結構工藝特征作判定,如對波型不能準確判斷時,應輔以其他檢驗作綜合判定.
12.2 最大反射波幅位于Ⅱ區的缺陷,其指示長度小于10mm時按5mm計.
12.3 相鄰兩缺陷各向間距小于8mm時,兩缺陷指示長度之和作為單個缺陷的指示長度.