薄板超声波探伤

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1、薄板焊缝超声波探伤南通市建筑工程质量检测中心薄板焊缝超声波探伤南通市建筑工程质量检测中心226006[摘要]：为适应轻型钢结构发展的检测需要，本文针对现行国家标准的盲区，讨论了薄板焊缝超声波探伤的可行性，初步研究了相应的探伤方法。[关键词]：超声波探伤，近场区长度，薄板焊缝，探头，试块现行的GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》标准中规定适用范围为“母材厚度不小于8mm的铁素体类钢全焊透熔化焊缝的脉冲反射法手工超声波焊缝检验”。但是随着轻型钢结构地兴起和发展，在现今的钢结构工程中经常会遇到构件母材板厚小于8mm的情况。在很多地区，建筑工程质量检测机构又未开

2、展X射线探伤的检测项目，对这类薄板（厚度小于8mm的板材，主要是4mm~7mm）焊缝无法进行行之有效地检测。而即使采用X射线对薄板焊缝进行探伤也存在对人和环境危害大，对裂纹、未熔合等危害性缺陷漏检率高等缺点。因此研究薄板焊缝超声波探伤的可行性和探伤方法就显得很重要了。1薄板焊缝超声波探伤的可行性1.1薄板焊缝不宜进行超声波探伤的理论依据根据声学理论基础，在不考虑介质衰减的情况下，液体介质中超声波波源附近会有由于波的干涉而出现的一系列声压极大极小值的区域，称为超声场的近场区，又叫菲涅耳区。在近场区进行超声波探伤对定量是不利的，处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低，而处于声压极大值

3、处的较小缺陷回波可能较高，这样就容易引起误判，甚至漏检。由于薄板焊缝的母材板厚较薄，基本都处于超声场的近场区，因此为避免误判、漏检，薄板焊缝不宜进行超声波探伤。1.2实际声场与理想声场的比较理想声场中讨论的是液体介质，波源做活塞振动，辐射连续波等理想条件下的情况。实际探伤时往往是固体介质，波源非均匀激发，辐射脉冲波的声场，简称实际声场。在近场区内，实际声场与理想声场存在明显区别。理想声场轴线上声压存在一系列极大极小值，且极大值为2P0，极小值为零。实际声场轴线上声压虽然也存在极大极小值，但波动幅度小，极大值远小于2P0，极小值也远大于零，同时极值点的数量明显减少。这是因为：a、近

4、场区出现声压极值点是由于波的干涉造成得。理想声场是连续波，波源各点辐射的声波在声场中某点产生完全干涉。实际声场是脉冲波，脉冲波持续时间很短，波源各点辐射的声波在声场中某点产生不完全干涉或不产生干涉。从而使实际声场区轴线上声压变化幅度小于理想声场，极值点减少。b、实际的声源是脉冲波，由傅立叶级数，脉冲波可以视为常数项和无限个n倍基频的正弦波、余弦波之和。即式中t—时间n—正整数，1、2、3……ω—圆频率a0，an，bn—常数因此，总声场实际上是各个不同频率脉冲波决定的不同声场的叠加。由主声束轴线上理论声压公式可以知道不同频率的声源它们的极值点出现的位置各不相同，相互叠加后声场声压分

5、布就趋于均匀。c、实际声场的波源是非均匀激发，波源中心振幅大，边缘振幅小。由于波源边缘引起的波程差较大，对干涉影响也较大。因此这种非均匀激发的实际波源产生的干涉要小于均匀激发的理想波源。d、理想声场是针对液体介质而言的，而实际探伤对象往往是固体介质。在液体介质中，液体内某点的压强在各个方向上的大小是相同的。波源各点在液体中某点引起的声压可视为同方向而进行线性迭加。在固体介质中，波源某点在固体中某点引起的声压方向在二者连线上。对波源轴线上的点，由于对称性，使垂直于轴线方向的声压分量互相抵消，使轴线方向的声压分量互相迭加。显然这种迭加干涉要小于液体介质中的迭加干涉，这也是实际声场近场

6、区轴线上声压分布均匀的一个原因。2薄板焊缝超声波探伤方法根据以上分析，实际固体介质中声压分布趋向平缓，而且对某一固定探头的相对固定的某一声程处其声压具有稳定性。因此，在保持一定精度的前提下，根据实际工程操作条件，选用特定的探头，对比试块，充分考虑材质、衰减、耦合等一系列外界影响因素修正后的波幅数据和实际波幅数据之间的误差是可以控制在工程允许范围内的。2.1探头的选用探伤时，应尽可能使直射波的声程不在近场区内，使声程范围在一倍近场区长度到三倍近场区长度之间，这样有利于探伤时避免误判、漏检缺陷。2.1.1探伤频率的选择为提高探头指向性和分辨率，以满足检出尺寸较小缺陷的要求，需采用较高

7、的探伤频率；但频率提高同时也会增大声波近场区长度。通过实践，建议选择频率为5MHz的探头比较合适。2.1.2探头晶片的选择矩形波源的纵波声场近场区长度矩形波源的横波声场近场区长度其中：FS—波源的面积λ—介质中超声波波长α—横波入射角角度β—横波折射角角度由上式可知，波源面积增大，近场区长度也会随之变长，因此在进行薄板焊缝探伤时一般选用晶片尺寸为6mm×6mm的小探头。2.1.3探头K值的选择由于板厚较薄，焊缝余高的宽度一般在10~15mm之间，为了使直射波能够扫查到焊缝的中下部