2023年论文钢板对接焊缝超声波检测方案设计.doc

论文：钢板对接焊缝超声波检测方案设计 毕 业 设 计 成 果 〔方案〕 设计题目: 钢板对接焊缝超声波检测方案设计 二级学院 航空机电设备维修学院 专 业 理化测试与质检技术 班 级 检测1601 学 号 202300131003 姓 名 谢锦绣 指导教师 喻星星 诚信声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在老师的指导下，独立完成所取得的成果。尽我所知，设计中除特别加以标注的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。本声明的法律结果由本人承当。 学生签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日 目 录 1 现状分析 1 1.1 钢板对接焊缝 1 1.2 常见缺陷及检测意义 2 2 设计思路 3 2.1 总体设计思路 3 2.2 检测方法选择 4 2.3 检测标准 5 3 理论依据 6 3.1 横波 6 3.2 波形转换 7 4 方案设计 8 4.1 检测对象分析 8 4.2 检测设备 8 4.2.1 超声波探仪 8 4.2.2 探头 9 4.3 标准试块 10 4.4 操作步骤 11 4.5 操作指导书 16 4.6 实验验证 17 5 总结 21 参考文献 22 1 现状分析 钢板对接焊缝广泛应用于特种设备、建筑、桥梁等领域。钢板对接在焊接制造过程中，容易出现未焊透、未熔合、裂纹等缺陷。本毕业设计旨在利用超声波检测技术对钢板对接焊缝进行检测，制定相应检测方案，编写操作指导书一份，最后进行实际检测，对设计的方案和工艺参数进行验证。 1.1 钢板对接焊缝 焊接接头形式一般由被焊接两金属件的相互结构位置来决定，通常分为对接接头、搭接接头、角形接头、T字接头。将两金属件放置于同一平面内使其边缘相对，沿边缘直线进行焊接的接头叫对接接头。两块板料相叠，而在端部或侧面角焊的接头称搭接接头。两构件成直角或一定角度，而在其连续边缘焊接的接头称角接接头。两构件成T字形焊接在一起的接头，叫T字接头[1]。见图1-1所示。 1〕对接接头 2〕搭接接头 3〕角接接头 4〕T型接头 图1-1焊接头根本形式 钢板对接焊缝的焊接接头包括：焊缝、热影响区、熔合区三个局部。焊缝就是经焊接后所形成的结合局部，通常是由熔化了的母材和焊材组成的；热影响区是在焊接过程中材料因为受热而发生金属组织和机械性能变化的区域；熔合区是焊接接头中焊缝与母材交接的过渡区[1]。如图1-2所示。 1——焊缝〔OA〕2——熔合区〔AB〕3——热影响区〔BC〕4——热应变脆化区〔CD〕图1-2 焊接接头示意图 1.2 常见缺陷及检测意义 焊接接头中常见缺陷主要有不连续性 、几何偏差、冶金不均匀性，其中不连续性主要有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等〔如图1-3所示〕。在焊接接头超声检测过程中，由于焊接接头余高的影响及接头中裂纹、未焊透、未熔合等危险性大的缺陷往往与检测面垂直或成一定角度，故一般采用横波斜探头法检测。 焊接缺陷根据其性质、特征主要分为以下6个大类： 1.裂纹：纵向裂纹、横向裂纹、放射状裂纹、弧坑裂纹、支状裂纹等；2.孔穴：气孔、结晶缩孔、弧坑缩孔等；3.固体夹渣：夹渣、焊剂或焊剂渣、氧化物夹杂、金属夹杂等；4.未焊透及未熔合；5.形状和尺寸不良：咬边、缩沟、下塌、焊瘤、错边、烧穿、未焊满等；6.其他缺陷：电弧擦伤、飞溅等。 根据影响断裂机理分类，又可分为平面缺陷和非平面缺陷。裂纹、未熔合是平面缺陷，危害性大：焊缝中的气孔、夹渣是体积型缺陷，危害性小。 1.裂纹 2.焊瘤 3.烧穿 4.弧坑 5.气孔 6.夹渣 7.咬边 8.未熔合 9.未焊透 〕〕〕咬边 图1-3 焊接缺陷 很多承压设备都是由钢板焊接而成，其对钢板焊接质量要求很高，为了保证钢板对接焊缝的质量安全与正常的使用，对其进行相关无损检测具有重要意义。 2 设计思路 2.1 总体设计思路 本毕业总体设计思路如以下列图2-1所示。 对象分析 检测方法选择 检测标准 方案设计 操作指导书 被检件分析 检测设备 缺陷评定 质量评级 检测步骤 实验验证 图2-1总体设计思路 2.2 检测方法选择 钢板对接焊缝主要检测方法有：射线检测、超声检测、涡流检测、目视检测、磁粉检测和渗透检测。表2-1是检测方法的适用范围及其优缺点。 表2-1 钢板对接焊缝的检测方法、适用范围及其优缺点 方法 适用范围 优点 缺点 射线检测法 体积型缺陷检出率很高，适宜对接焊缝检测。 灵敏度高，检测结果直接记录，缺陷定性定量准确，可以获得缺陷投影图像。 检测本钱较高，检测速度慢。对人体有害，需要采取保护措施。 超声波检测法 适用于多种材料制件〔金属、非金属、复合材料〕等，对面积型缺陷检出率高。 穿透能力强、探测范围广，灵敏度高，可做现场操作。 工件材质、晶粒度等对检测有较大影响〔材料内部〕，需要耦合剂。 涡流检测 适用于检测金属材料外表 线圈不需要接触工件，也不需要耦合剂，检测速度快。 对缺陷不能定性、定量，多干扰。 声发射检测法 金属材料制承压设备加压试验过程的裂纹。 在一次加压试验中，整体检测和评价整个结构中缺陷分布和状态。 难以对检测到的活性缺陷进行定量和定性，需要其它方法进行复检。 目视检测法 检测外表裂纹、借助内窥镜可以检测狭小空间。 结果直观、重复性好，不受被检工件结构、材质、形状影响。 人为因素影响很大〔视力〕，外表微小裂纹不能发现。 磁粉检测 可检测铁磁性的材料外表和近外表缺陷。 工艺简单，本钱低，污染少。缺陷检测重复性好[2]。 只能检测外表和近外表缺陷。只适用于铁磁性材料。 渗透检测 外表开口缺陷 检验不受工件几何形状和缺陷方向的影响，可不用水电，适于野外[3]。 无法或难以检测多孔的材料，也不适用于检测因外来因素造成开口被堵塞的缺陷。 超声检测和射线检测是检测内部的缺陷，磁粉检测和涡流检测是检测外表及近外表缺陷的，渗透检测检测外表开口缺陷，目视检测是检测外表缺陷。 超声波检测经济、方便，环保便捷。定量、定位准确。 因此，本毕业设计选超声波横波斜探头检测技术作为钢板对接焊缝的检测方法。 2.3 检测标准 本毕业设计参照承压设备无损检测NB/T47013.3—2023 第3局部：超声检测执行：该标准6.3局部对承压设备I型焊接接头超声检测方法和适用范围进行了规定：见表2-2[4]。 表2-2 I型焊接接头超声检测适用范围 承压设备类别 焊接接头类型 工件厚度 检测面直径 锅炉、压力容器 筒体〔或封头〕对接接头 ≥6-500 ≥500，纵向对接接头时，内外径比≥70％ 锅炉、压力容器 筒体〔或封头〕对接接头 ≥6-500 ≥100-500的纵向对接接头且内外径比≥70％ 锅炉、压力容器 筒体〔或封头〕对接接头 ≥6-500 ≥159-500的环向对接接头 锅炉、压力容器 接管与筒体〔或封头〕角接接头 ≥6-500 插入式：筒体〔或封头〕≥500且内外径比≥70％，接管公称直径≥80，安放式：筒体〔或封头〕≥300且接管公称直径≥100 锅炉、压力容器 T型焊接接头 ≥6-300 - 锅炉、压力容器 管子环向对接接头 ≥6-150 外径≥159 锅炉、压力容器 管子纵向对接接头 ≥6-150 外径≥100，内外径比≥70％ 压力管道 环向对接接头 ≥6-150 外径≥159 压力管道 纵向对接接头 ≥6-150 外径≥100，内外径比≥70％ 3 理论依据 3.1 横波 质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波称为横波〔如图3-1所示〕，横波的传播过程中，因质点受剪切力作用又称为剪切波。由于气体和液体是不能提供剪切应力的，所以横波只能在固体中传播。 图3-1横波 超声波横波法主要用于管材、焊缝的探伤，倾斜入射，能探测垂直于探测面的缺陷，横波波长较短，灵敏度较高，主要用于检测与检测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝中常见的未焊透、未熔合、夹渣、气孔、裂纹等缺陷[5]。 超声横波斜探头的工作原理：将纵波倾斜入射至工件检测面，利用波型转换得到横波进行检测的方法，称为横波法。由于入射声束与检测面成一定夹角，所以又称斜射法 ，如图3-2所示。 图3-2横波斜探头检测原理 3.2 波形转换 超声波倾斜入射到界面时，除产生同种类型的反射和折射波外，还会产生不同类型的反射和折射，这种现象称为波形转换，如图3-3所示。 图3-3波形转换 横波超声检测时，工件中的横波就是由波形转换得来的。 4 方案设计 4.1 检测对象分析 本毕业设计主要对钢板对接焊缝进行检测，钢板的材质是16MnR, 板厚20mm, 焊接方法是手工电弧焊，检测试板长度为300mm，宽300mm，坡口形式为X形坡口。如图4-1所示。 图4-1钢板对接焊缝 4.2 检测设备 4.2.1 超声波探仪 按照NB/T47013.3-2023规定，采用A型脉冲反射式超声检测仪，其工作频率按-3dB测量应至少包括0.5MHZ～10MHZ频率范围，超声仪器各性能的测试条件和指标要求应满足附录A的要求并提供证明文件，测试方法按GB/T27644.1的规定。 本设计采用PXUT-330型全数字智能超声波探伤仪，仪器性能稳定、操作简便。如图4-2所示。 图4-2 PXUT-330超声波探伤仪 表4-1是PXUT-330型数字智能超声波探伤仪技术参数，可以看出PXUT-330超声仪满足检测标准要求。 表4-1 PXUT-330探伤仪的主要参数 项目 指标 频带宽度 0.4～20MHz 灵敏度余量 ≥62dB(200mm-φ2平底孔，5Pφ20 探测范围 0～10000 检测范围 110dB 0.1,1.0,2.0,6.0步进 探头方式 单晶，双晶，穿透 工作时间 ≥8小时 4.2.2 探头 超声波斜探头主要由吸声材料、斜楔、阻尼块、外壳、电缆线、压电晶片等局部组成，主要用于横波探伤，可检测焊缝气孔、夹渣、裂纹等缺陷。图4-3是超声波斜探头的根本结构示意图。 图4-3 横波斜探头 根据标准NB/T47013.3—2023超声检测6.3.6.1和6.3.6.2中规定，斜探头的折射角〔K值〕、标称频率的选取可参考表〔4-2〕的规定，条件允许时，应尽量采用较大的折射角〔K值〕探头。采用一次检测法检测时，斜探头折射角〔K值〕的选取应用尽可能使主声束与检测面相对的底面法线夹角在35°～70°之间，当使用两种或两种以上的折射角〔K值〕探头检测时，应至少有一种折射角〔K值〕的探头满足这一要求。 表4-2 推荐采用的斜探头折射角〔K值〕和标称频率 工件厚度t/mm 折射角〔K值〕标称频率/MHz ≥6～25 63°～72°〔2.0～3.0〕4～5 ＞25～40 56°～68°〔1.5～2.5〕2～5 ＞40 45°～63°〔1.0～2.0〕2～2.