焊接接头超声检测讲稿8-奥氏体不锈钢对接接头的超声检测

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1、八、奥氏体不锈钢焊缝超声检测1、母材的组织结构不锈钢母材的晶粒度比碳素钢要大，晶粒直径一般在0.1mm以上，而普通碳素钢的晶粒直径为0.02~0.06mm。因此，超声波在不锈钢母材上的传播衰减相对要大一些，示波屏上会有林状回波，林状回波幅度随探头频率的增加而变得显著。2、焊缝的组织结构1)奥氏体柱状结晶，晶粒粗大奥氏体不锈钢对接焊接接头的柱状晶粒尺寸和取向受焊接工艺影响较大，一般晶粒沿冷却方向生长，取向基本垂直于熔化金属凝固时的等温线。通常，柱状晶粒开始生长时垂直于焊缝坡口的表面。然而，根据焊接工艺和凝固时的热流状态

2、，柱状晶粒会逐渐改变方向，也有可能从一个焊道延伸到另一个或几个焊道。应注意，手工电弧焊、自动埋弧焊、气体保护焊等不同工艺会形成不同的焊缝组织结构；即使同样是手工电弧焊，不同的焊接顺序也会导致晶粒结构显著差异而影响超声波的传播。当焊缝晶粒的直径接近超声波波长的1/10时，就会有明显的声散射；当晶粒直径达到半个波长时，声散射剧增，无法进行超声检测。很多奥氏体焊缝的平均晶粒直径一般大于0.5mm，其长度也往往超过10mm，因些很难用一般横波斜探头进行超声检测。此外，杂乱的散射回波会导致检测信嗓比低，这也是检测奥氏体焊缝的主

3、要困难所在。为实施有效的检测，一般要求检测信嗓比在10dB以上。0000Cr18Mo2不锈钢钨极氩弧焊对接接头低倍组织8×0000Cr26Mo1超纯铁素体不详钨极氩弧焊对接接头低倍组织5×不锈钢焊接接头联生结晶联生结晶示意图2）声速各向异性超声波在各向异性介质中传播时，声速大小会随波束方向和柱状晶主轴（生长方向）之间夹角的变化而变化。图2即三种波型在奥氏体焊缝金属中的声速变化的理论值。图3是实测值，和图2理论值近似。从图2和图3可以看到，在45°附近，纵波声速最大，SV横波声速最小。另外，SH横波声速与SV横波相比，

4、各向异性变化较小。CL：纵波声速；CSV：垂直极化横波声速；CSH：水平极化横波声速图2奥氏体焊缝金属中的声束变化理论值图3超声声波各向异性实测值3)衰减的各向异性随超声声束传播方向与柱状晶主柱间角度的变化，声波的衰减系数会不同，图4时在两种不同频率下纵波衰减测出的结果。由图可以看到，在45°附近，衰减最小，频率低衰减也小。另外，对横波测试结果表明，当横波入射方向与柱状晶主柱平行时，衰减最小。图4超声波衰减的各向异性4)声束传播的偏向超声波在柱状晶组织中传播时，会发生相对于入射方向偏转的现象，此时的偏转角称为畸变角。

5、a横波偏向SV横波的畸变程度比其它波要大，波束弯折最明显。试验会发现，本来与晶柱成43°的入射波束，遇到柱状晶后会沿柱状晶成长方向传播。而且实际检测时会出现很多假信号。SH横波的畸变程度较小，但SH横波进入工件，需要特殊的耦合剂，探头在工件表面扫查会有困难。b纵波偏向图5给出了纵波传播畸变角变化示意图。纵波的畸变角在48°附近最小，且发生反转。图6是各种折射角的纵波斜探头，对柱状晶沿板厚方向成长的试块进行检测时所测出的表观折射角。可以看出，纵波有择向传播的倾向，即沿与柱状晶成长方向成45°传播时，表观折射角与实际折射

6、角相近。纵波比横波声束畸变小，对焊缝金属组织沿45°方向的传播特性好。图5超声纵波畸变角（偏向角）图6不同折射角探头的表观折射角5)声束传播的偏向使用折射角为60°的常规探头和聚集探头，分别以纵波、垂直化横波和水平极化横波穿过粗晶焊缝后的传播情况，如图7所示。理论计算和实验结果都证明，对纵波来说最大的扭曲角约为15°～20°，而对于通常所使用的水平极化横波来说最大的扭曲角可达50°。由此可见，采用横波检测时定位误差很大。此外应注意的是焊缝中心部位带来的影响极为显著，所以应尽可能避免利用穿过焊缝中心的声束检测结果评定缺

7、陷。（教材）而按图7，选用纵波探头和水平极化SH波探头，是对奥氏体不锈钢焊缝提高信噪比、进行有效检测的重要因素。,常规斜探头聚集探斜头图7粗晶焊缝声束传播路径示意图6）与母材存在明显的异质界面首先，奥氏体不锈钢的焊缝熔合面与基体组织差异显著，超声波束入射到该熔合面会发生反射、折射和波形转换，产生假信号。（在异种钢界面更加明显）。如图8所示，超声检测过程中须仔细分析。图8纵波斜入射在熔合面反射而产生的假信号此外，焊缝内部晶粒间的界面反射回波叠加累积也会产生假信号，而回波脉冲宽度越大，该现象越显著。因此，采用窄脉冲探头有

8、助于减少假信号。7）焊接工艺、规范的影响为便于检测，应采用控制奥氏体焊缝的焊接工艺规范，来实现有利于超声检测的晶粒方向，也就是说应尽可能采用45°～49°的声束与晶轴之间的夹角来进行检测，同时尽量减少焊缝受热，对厚焊缝最好采用窄坡口。此外，如能采取细化晶粒的手段将使焊缝具有良好的可检性。奥氏体不锈钢对接焊接接头中常见缺陷主要有裂纹、夹杂、气孔等