实践经验NDT 无损检测
实践经验NDT 无损检测2005 年第27 卷第1 期
超声波探伤中缺陷波和
伪缺陷波的判别
张文科
(中原油田技术监测中心压力容器监测站,河南濮阳 457001)
Discrimination of the Reflected Waves of Defects and False Defects in Ultrasonic Testing
ZHANGWen2ke
(Pressure Container Inspection Station Center , Cent ral Plains Oil Field Technical Monitor , Henan Puyang 457001 , China)
中图分类号: TG115. 28 文献标识码:B 文章编号:100026656 (2005) 0120047203
超声波探伤是目前应用最广泛的无损探伤方法
之一,它具有灵敏度高、穿透能力强、检验速度快、成
本低、设备轻便和对人体无害等一系列优点。超声
波在钢材内部穿透能力很强,因此可检测很厚的钢
板和焊缝;对于平面状缺陷,尽管有的缺陷很深,只
要超声波直射至缺陷面,均能得到很高的缺陷波。
因而超声波对压力容器焊缝探伤未焊透和裂纹等危
险性缺陷检测灵敏度很高,具有实用意义。检测中
作好缺陷和伪缺陷的判别具有重要意义。
1 缺陷的估判
检出缺陷后,应在不同的方向对其进行探测。
(1) 平面状缺陷 从不同方向探测,缺陷回波
高度显著不同,在垂直于缺陷方向探测,缺陷回波
高;在平行于缺陷方向探测,缺陷回波低,甚至无缺
陷回波。一般来说裂纹等属于这种缺陷,这类缺陷
回波高度较大、波幅宽、会出现多峰。探头平移时,
反射波连续出现,波幅有变动;探头转动时,波峰有
上下错动现象。
(2) 点状缺陷 从不同方向探测,缺陷回波无
明显变化。一般包括气孔(单个气孔和密集气孔) 和
点状夹渣。气孔和点状夹渣的缺陷回波高度低,波
形较稳定,从各方向探测,反射波高大致相同,但稍
一移动探头就消失。但两者也有所不同,其原因主
要是其内含物声阻抗的不同。气孔内含气体,声阻
抗小,反射率更高,波形陡直尖锐;而金属夹渣或非
收稿日期:2004203230
金属夹渣的声阻抗大,反射波要低一些,且夹渣面粗
糙,波形宽,呈锯齿形;密集气孔为一簇反射波,其波
高随气孔的大小而不同,当探头作定点转动时,会出
现此起彼落的现象。
(3) 咬边 这种缺陷反射波一般出现在一次与
二次波的前边。当探头在焊缝两侧探伤时,一般都
能发现,在探头移到出现最高反射信号处固定时,适
当降低仪器灵敏度。用手指沾油轻轻敲打焊缝边缘
咬边处,观察反射信号是否有明显跳动现象,若信号
跳动,则证明是咬边反射信号。
(4) 裂纹 一般裂纹的回波高度较大,波幅宽,
会出现多峰。探头平移时,反射波连续出现,波幅有
变动;探头转动时,波峰有上下错动现象。另外,裂
纹也易出现在焊缝热影响区,而且裂纹多垂直于焊
缝,探测时,应在平行于焊缝方向扫查。如果有裂
纹,超声波能直射至裂纹,便于发现。
(5) 未焊透 这种缺陷是由于焊缝金属没有添
到接头根部而形成。分布在焊根部位,两端较钝,有
一定长度,属于平面状缺陷。当探头平移时,未焊透
反射波波形稳定;从焊缝两侧探伤,均能得到大致相
同的反射波幅。
(6) 未熔合 熔焊时,焊道与母材之间或焊道
与焊道之间未完全熔化结合的部分就叫未熔合。当
超声波垂直入射到其表面时,回波高度大。但如果
探伤方法和折射角选择不当,就有可能漏检。未熔
合反射波的特征是:探头平移时,波形较稳定;两侧
探测时,反射波幅不同,有时只能从一侧探到。
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张文科: 超声波探伤中缺陷波和伪缺陷波的判别NDT 无损检测
2005 年第27 卷第1 期
2 伪缺陷波的判别
焊缝超声波探伤中,荧光屏上除了出现缺陷回
波以外,还会出现伪缺陷波,它并非由焊缝中缺陷造
成且类型较多。
2. 1 仪器杂波
在不接探头的情况下,由于仪器性能不良,探头
灵敏度调节过高时,荧光屏上出现单峰或者多峰的
波形。接上探头工作时,此波形在荧光屏上位置固
定不变,降低灵敏度后,此波消失。
2. 2 焊缝表面沟槽引起的反射波
当超声波扫查到多道焊缝表面形成的一道道沟
槽时,会引起沟槽反射。这种波一般出现在一,二次
波处或稍偏后位置,波形特点为不强烈,迟钝。
2. 3 焊缝上下错边引起的反射波
板材在加工坡口时,上下刨得不对称或焊接时
焊偏会造成上下层焊缝错位。由于焊缝上下焊偏,
在一侧探伤时,焊角反射波很像焊缝内缺陷,当移到
另一侧探伤时,一次波前没有反射波。
2. 4 探头下扩散声束在焊缝表面的反射回波
对接焊缝超声波探伤时,探头下扩散声束在焊
缝表面的反射回波很容易被误判为缺陷。通过采用
不同角度探头进行探伤试验,弄清了这种假缺陷回
波产生的原因及特点。
3 试验验证
3. 1 伪缺陷
在厚板环缝超声波探伤(B 级) 时,常发现距背
面3～8mm 深度范围内的熔合线附近有不同长度
连续的超标反射回波,有时甚至在焊缝全长都有此
反射波。以某60mm 厚管节为例,其焊缝结构如图
1 所示。使用折射角β= 60°的探头和数字式增益型
探伤仪探伤,其回波指示位置见表1 ,波幅均处在
DAC 曲线Ⅱ区,也有个别点达到Ⅲ区。
对于这种反射波,按照常规的判断很容易被评
定为未熔合或母材中的缺陷,当拍打背面焊缝区时
波幅变化不明显。然而砂轮打磨背面焊缝时可见波
图1 焊缝结构
表1 探伤仪回波指示位置mm
回波编号声程指示水平指示深度指示
1 107. 0 92. 6 53. 5
2 104. 0 89. 2 51. 5
3 103. 5 89. 2 51. 5
幅逐渐降低直至消失。这说明该反射波是来自于背
缝的焊缝表面。这种现象极易导致误判,造成不必
要的返修。为此,作者进行了一些试验,分析这种反
射波产生的原因。
3. 2 试验验证
试验1 选取图1 所示并经探伤确认钢板中无
缺陷。在钢板背面模仿实际焊缝余高进行堆焊。采
用不同角度探头进行探伤,发现了类似的回波,其回
波指示位置见表2 。从表2 可见,用前三种折射角
的探头,仪器指示深度均< 60mm。按常规,应判为
钢板中有缺陷,但实际钢板堆焊前经探伤并无缺陷。
表2 试验1 回波指示位置
β
(°)
声程指示
mm
水平指示
mm
深度指示
mm
DAC
dB
66. 0 126. 6 115. 1 51. 25 + 14. 0
63. 0 124. 7 111. 1 56. 60 + 13. 2
55. 5 101. 0 83. 2 55. 21 + 8. 0
45. 0
有回波的地方深度指示≥60mm ,回波幅度多在I 区(也
有高者)
试验2 由于试验1 的焊缝表面形状有随机
性,所以又制作了形状准确的对比试块(图2) 。左
下40°斜面为刨床加工。测试结果见表3 。从表3
中可以看出,用前三种探头探测对比试块同样存在
伪缺陷波,即仪器指示深度均< 60mm ,而且反射回
图2 对比试块示意图
表3 试验2 回波指示位置
β
(°)
声程指示
mm
水平指示
mm
深度指示
mm
DAC
dB
66. 0 114. 0 104. 1 46. 37 + 1. 4
63. 0 110. 3 98. 33 50. 11 - 3. 4
55. 5 98. 0 80. 76 55. 51 - 9. 3
45. 0 85. 61 60. 53 60. 54 - 8. 0
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波幅度更高。
由此可见,用66°,63°及55. 5°探头探伤时,试验
1 ,2 中的下部焊缝表面和40°斜面均不利于轴线声
束反射,故看不到轴线声束的反射波,看到的是扩散
声束的回波(见图1 探头声束) 。所以虽然反射面深
度> 60mm ,而仪器指示深度却反而< 60mm。但当
使用45°探头时,由于试验2 的40°斜面与轴线声束
接近垂直,所以有较强的轴线声束反射波(DAC -
8dB) ,指示深度也> 60mm ;而试验1 的焊缝表面反
射条件不如40°斜面,但仍能得到轴线声束的反射
回波,只是相对45°斜面其回波能量较低(多在DAC
曲线Ⅰ区) ,仪器指示深度也是> 60mm。
试验3 试验1 和2 都是用一次波对厚板进行
探伤的试验。为了考察中厚板是否存在此伪缺陷回
波,又选择了厚度为34mm 的管节环缝(图3) 进行
了试验。经测试,这种产生于焊缝趾部( A 点附近)
的假缺陷回波, 在K2 探头置于B 点和C 点时用
一,二次波扫查都能发现,这时二次波扫查时的指示
位置为:声程指示131. 9mm ;水平指示118. 0mm ;
深度指示59. 09mm ;在DAC 曲线的Ⅱ区。焊缝趾
部附近经打磨后,该回波消失。
图3 试验3 探伤示意图
从试验可见回波有如下特点①探伤仪的回波
声程指示是入射点到焊缝表面反射点的距离。②
探伤仪的回波指示位置在工件内部焊缝熔合线附近
(45°探头除外) 。③ 探头折射角越大,回波深度指
示越小。④45°折射角探头仪器的深度指示位置等
于或大于板厚。⑤回波幅度与反射面的反射条件
有关。⑥打磨余高后回波幅度变小直到消失。
3. 3 分析
上述试验证实了假回波的反射面在焊缝表面,
但为什么深度指示会远小于板厚而不是大于板厚,
其原因是声束是扩散的,若反射面只有利于扩散角
内某部分声束反射时,其所得回波再用轴线声束计
算,显然会出现错误。在此可以借助于RB2 对比试
块进一步说明(图4) 。MO 声线与<3mm 孔交于B ,
而L O 声线与<3mm 孔交于A ; MB 的水平声程M F
为116. 8mm ,而L A 的水平声程L E 为98. 83mm。
用三种探头分别找到试块中60mm 深横通孔的最
高反射波,然后向前移动和向后移动探头,到波幅降
图4 RB2 对比试块
表4 轴线声束和扩散声束反射回波的指示位置
β
(°)
探头
位置
声程指示
mm
水平指示
mm
深度指示
mm
DAC
dB
回波最高处146. 0 133. 3 59. 38 0
66. 0 前移119. 0 108. 7 48. 40 + 6
后移168. 0 153. 4 68. 33 + 6
回波最高处131. 1 116. 8 59. 56 0
63. 0 前移113. 5 101. 1 51. 53 + 6
后移152. 7 136. 1 69. 36 + 6
回波最高处105. 0 86. 53 59. 47 0
56. 1 前移94. 0 77. 46 53. 24 + 6
后移119. 0 987. 07 67. 40 + 6
到一半时(DAC + 6dB) 记下声程指示,此时的仪器
指示见表4 。
现以63°探头前移为例进行分析,当入射点在
M 时,探头的轴线声束(63°) 与<3mm 孔反射面垂
直, 回波最高, 此时声程为图4 中的BM =
13111mm ,深度B F = 59. 56mm ,水平距离FM =
116. 8mm。探头前移至L 时(波幅下降一半) ,轴线
声束移为CL ,此时CL 在<3mm 孔上已无反射面,
所以此时的回波不是轴线声束的反射,而是下扩散
角内与<3mm 孔反射面垂直的某声束A L 的反射
波。此时仪器的指示声程是A L 的真实声程
11315mm ,但A L 的折射角β= arccos60°/ (113. 5 +
1. 5) = 58155°,实际深度A E = cos58. 55°×113. 5 =
59122mm ,实际水平距离EL = sin58. 55°×113. 5 =
96183mm。
上述计算结果显然与仪器的指示深度和水平距
离不同。仪器指示的数据是按无反射条件的轴线声
束计算的,所以是错误的。其指示深度比A 点的实
际深度提高了7. 7mm ,水平距离前移了413mm。
换言之,即把A 点反射波误指示为无反射的C 点。
同样道理,在实际焊缝探伤时,若焊缝表面某点
不利于轴线声束反射而只与下扩散角范围内某部分
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信息与动态NDT 无损检测
2005 年第27 卷第1 期
无损检测高等教育发展论坛首届年会暨中英无损检测技术
交流研讨会将在上海举行
第11 届无损检测教育培训科普工作委员会工
作会议于2004 年12 月10～13 日在昆明召开。会
上由无损检测信息中心、华东理工大学、南昌航空工
业学院、清华大学、北京航空航天大学、大连理工大
学、武汉大学、重庆大学、中北大学和沈阳工业大学
等单位代表发起建立了无损检测高等教育发展论
坛。其目的是促进我国无损检测高等教育的发展及
其国际交流,建立无损检测高等教育信息交流平台;
同时为无损检测高等教育与无损检测人员、国内外
知名学者、应用企业、设备器材制造与供应商提供互
动对话平台,以增进和深化各界的联系,推动和建立
密切的伙伴关系,在应对经济发展的需要和激烈的
市场竞争中增强实力,促进我国无损检测技术的
发展。
会议决定于2005 年4 月6～8 日在上海举办首
届年会。届时将邀请国内知名专家进行专题报告,
邀请无损检测专业毕业生进行创业报告,同时将安
排在读无损检测研究生进行论文交流。会议期间将
同时举办中英无损检测技术交流研讨会,五所英国
高等学校从事无损检测技术研究的六位教授届时将
访问中国,并在会议期间作专题报告和研讨。会议
还将安排国内外仪器生产厂商作新产品介绍和
展示。
有关无损检测高等教育发展论坛和中英无损检
测技术交流研讨会的详细情况及参加会议的手续等
问题请浏览学会信息网(www. chsndt . com) 。
(全国无损检测学会教育培训科普工作委员会)
核工业无损检测人员资格鉴定考试大纲通过专家评审
核工业无损检测人员资格鉴定考试大纲专家评
审会于2004 年11 月17～19 日在江苏周庄召开。
来自核行业管理和监管部门、核设备设计、制造、核
燃料生产、核设备安装、核电厂、海军、九院等相关部
门的16 位专家参加了会议。专家们一致认为,核工
业无损检测人员资格鉴定考试大纲的编制对满足核
工业建设和持续发展是十分必要、及时并具有积极
的意义。考试大纲的实施将对核工业无损检测人员
的考核和培训工作具有指导作用;对规范核工业无
损检测人员资格鉴定考试和提高核工业无损检测人
员的水平具有重要作用。该国内首次编写的考试大
纲体现了核工业的特点,总结了多年的实践经验,参
考了国内外无损检测人员资格鉴定的有关标准和文
件,符合相关法规的要求。考试大纲条理清晰、结构
完整、要求适宜、内容全面、可操作性强。核工业无
损检测人员培训鉴定考核将按该考试大纲执行。
(核工业无损检测中心 王跃辉)
声束相垂直时,则得到较高回波,其声程也会错误地
被指示为轴线声束反射的声程。
实际上无论探头角度多大,这种扩散声束在焊
缝表面引起的伪缺陷回波现象都可能存在,主要取
决于有效反射面的大小、方向、形状和粗糙度等。为
了与变型波区别,更应该称其为变角回波。
4 试验结论
(1) 焊缝中的上述回波并非缺陷回波,是探头
下扩散角内的某一声束在焊缝表面的反射波(变角
回波) 。
(2) 无论斜探头角度多大,焊缝探伤的变角回
波都有可能存在。但是否出现及其反射能量主要取
决于有效反射面的大小、方向、形状和粗糙度等。
(3) 工件厚度和探头角度越大,变角回波的现
象越明显。较薄工件用直射波探伤时可能不明显,
但用二次以上的波(含二次波) 探伤时也很明显。
(下转第54 页)
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第16 届世界无损检测大会论文题录( Ⅰ) NDT 无损检测
2005 年第27 卷第1 期
航空工业中的X 射线检测──现状、挑战和新的工艺
GA Mohr , T Fock (美国,德国)
阵列传感器
柔性相控阵列传感器用于复杂几何形状部件的接触检测
O Casula , C Poidevin , G Cattiaux 等(法国)
产生可变方向声束的偏轴环形传感器阵列
H Masuyama , K Mizutani , K Nagai 等(日本)
应用相控阵列超声对航空材料进行缺陷检测和分类
V Kramb (美国)
掩埋目标的电感和电容阵列成像
D Schlicker , A Washabaugh , I Shay (美国)
将周期性压电复合材料阵列中的机械交扰降至最低
D Robert son , G Hayward , A Gachagan 等(英国)
相控阵列检测技术的新特征:模拟和实验
S Mahaut , S Chatillon , E Kerbrat 等(法国)
相控阵列技术应用于喷嘴检测
A García , C Pérez , F Fernández 等(西班牙)
超声无损检测成像的最佳线性接受波束形成器
F Lingval , T Olof sson , E Wennerst r ? m 等(瑞典)
固体中相控阵列超声脉冲的光弹性可视化
E Ginzel , D Stewart (加拿大)
应用超声阵列的快速、低成本、全波形的映射和分析
D Lines , J Skramstad , R Smith (英国,美国)
用于超声换能器的压电复合材料的最新进展
WL Dunlap J r (美国)
复杂几何形状自动放行检测的超声相控阵的信号分析
S Labbe , P Langlois , F Tremblay 等(加拿大)
混频相控阵列研究
Y Xiang , C Peng , XL Peng 等(中国)
应用相控阵列超声探头检测锻造不锈钢管道的贯穿焊缝
MT Anderson , SE Cumblidge , SR Doctor (美国)
混凝土的超声相控阵列和合成孔径成像
KJ Langenberg , K Mayer , R Marklein 等(德国)
航空发动机部件检测中相控阵列超声的应用:从传统传感器
的转变
V Kramb (美国)
应用相控阵列技术进行大直径管道的壁厚测量
H Lompe , O Dillies , S Nit sche 等(德国,法国)
基于小孔径换能器的相控天线阵列的焊缝超声断层成像
AM Lutkevich , AA Samokrutov (俄罗斯)
汽 车
制造环境中的无损检测系统
XR Cao (美国)
第三代自动化缺陷识别系统
F Herold , K Bavendiek , R Grigat (德国)
汽车车身粘接质量超声信号的自适应滤波技术
FM Severin , R Gr Maev(加拿大)
应用超声检测、场致发射显微镜和残余应力测量进行点焊质
量分析
D Stocco , R Magnabosco , RM Barros (巴西)
应用高分辨率声成像评价胶接质量
E Yu Maeva , IA Severina , FM Severin 等(加拿大)
使用反射声波实时确定电阻点焊质量──与穿透传播模式
的比较
AM Chertov , RG Maev (加拿大)
开发监控汽车发动机润滑油的线圈式机油探测系统
WT Kim , MY Choi , HW Park (韩国)
汽车制造中摩擦焊和胶粘固化的红外监控
GB Chapman (加拿大)
汽车工业中的多种无损检测方法
P Buschke , W Roye , T Dahmen (德国)
推动汽车工业应用无损检测技术的需求
GB Chapman (德国)
汽车工业中无损检测的活动、需要和趋势
G Mozurkewich (美国)
汽车工业中底盘单元铝铸件的X 射线检测实验报告
M J elinek , T Fahrzeugguss (德国)
汽车后方障碍物超声探测方法的研究
XB Zang , YR Mao , HW Zhao 等(中国)
汽车工业深拉工序中管道裂纹的声发射检测
B Bisiaux , T Wartel , A Proust 等(法国) (未完待续)
张 坚译 耿荣生校
(上接第50 页)
(4) 凡遇到此类按常规定位方法定位于熔合线
附近或母材内的回波,都应慎重对待,需要认真地观
察焊缝外形、更换探头角度、双面双侧检测、精确定
位分析,必要时打磨焊缝等,以免造成误判。
(5) 当探头折射角较大,灵敏度较高时,有一部
分能量转换成表面波。当表面波传播到耦合剂堆积
处,也能形成反射信号。这时只要不动探头,随着耦
合剂扩散,波幅逐渐降低,如果擦去探头前耦合剂,
信号立刻消失。
(6) 超声波探伤中探头经常与工件表面摩擦,
时间长了探头容易造成前磨和后磨。当出现前磨
时,折射角变小, K 值变小; 当出现后磨时, 折射角
变大, K 值变大;如果不及时校验仪器,对缺陷的定
位、定量评定容易发生错误。温度对探头影响很大,
一般探头的K 值是在室温下测定,在温差大的天气
探伤时,应注意及时测定探头K 值,以免误测;高温
探伤时,必须使用高温探头。
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补充内容 (2011-9-16 13:32):
完整的在三楼，可以下载 眼镜都看花了！！呵呵，但还是学到点~~~ 好乱呀。。。再整理一下吧。。。 jiangshengyou 发表于 2011-9-15 16:45 static/image/common/back.gif
好乱呀。。。再整理一下吧。。。
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