焊缝超声波作业指导书重点讲义资料.docx

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焊缝超声波作业指导书重点讲义资料

超声波探伤作业指导书

1 适用范围 

本作业指导书母材厚度在6mm～200mm的风力发电机组塔架全熔化焊对接

焊接接头的超声检测。

2 引用标准 

NB/T47013.3-2015《承压设备无损检测-第3部分：

超声检测》  

NB/T47013.3-2015《承压设备无损检测-第1部分：

通用要求》 

GB/T11259-2008《超声波检测用钢制对比试块的制作与校验方法》 

JB/T9214-2010《A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能 测试方法》 

JB/T10061-1999《A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件》 

JB/T10062-1999《超声波探伤用探头性能测试方法》 

3  试验项目及质量要求 

3.1  试验项目：

风力发电机塔筒，塔架焊缝6mm-200mm内部缺陷超声波探伤。

3.2  质量要求 

3.2.1  检验等级的分级

焊缝质量分级：

评定指标根据由缺陷引起的反射波幅（所在区域Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区）、单个缺陷指示长度、多个缺陷指示长度L´；根据质量要求检验等级分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个级，I级最高。

3.2.2焊缝质量等级及缺陷分级如下表所示：

3.2.3  探伤比例 

探伤比例按GB/T19072-2003技术规范要求执行

3.2.4检验区域的选择

3.2.4.1焊缝的超声波检测应在焊缝及探伤表面经外观检查合格后方可进行，应划好检验区域，标出检验区段编号。

3.2.4.2检验区由焊接接头检测区宽度焊接接头检测区厚度表征。

3.2.4.3焊接接头检测宽度应是焊缝本身加上焊缝熔合线两侧各10mm

确定。

V型坡口对接接头检测区示意图如下：

3.2.4.4对接接头检测区厚度应为工件厚度加上焊缝余高

3.2.4.5超声波检测应覆盖整个检测区域。

若增加检测探头的数量或者增加检测面（侧）还不能完全覆盖，应增加辅助检测，包括其他无损检测方法。

3.2.5焊接接头检测面的准备

3.2.5.1探头移动区宽度

a、探头移动区域宽度应能满足检测到整个区域。

如图所示

b、采用一次反射法扫查探伤时，探头移动区应大于等于1.25P:

“P=2KT”或“2Ttanβ”，

式中：

P---跨距，mm；T---母材厚度，mm；

K---探头K值；β---探头折射角（°）

c、采用直射法探伤时，探头移动区域应大于0.75P。

3.2.5.2检测面应清除焊接飞溅、铁屑、油垢、油漆及其它外部杂质，以免影响超声波耦合。

检测面表面应平整光滑，检测面与探头楔块底面或保护膜间隙不应大于0.5mm，其表面粗糙度Ra应小于等于25μm

3.2.5.3去除余高的焊接，应将余高打磨到与临邻近母材平齐。

保留余高焊缝，如焊缝表面有咬边，较大的隆起和凹陷等也应进行适当修磨，并做圆滑过渡以免影响检验结果的评定。

3.2.6检测频率与K值的选用

3.2.6.1焊缝对接接头检验频率ƒ：

一般在2-5MHZ的范围内选择，特殊情况下，可选用低于2MHZ区或高于2.5MHZ的检验频率，但必须保证系统灵敏度的要求。

频率选定如图所示：

3.2.6.2K值的选用

a、一般情况可参照表中规定选择，在条件允许时，应尽量采用较大K值

b、采用一次反射法检测时，K值的选取应尽可能使主声束与检测面向对的底面法线夹角在35°—70°之间，当选用两种以上K值探头检测时，应至少有一个探头满足要求。

4 仪器、试块、耦合剂、探头

4.1探伤仪

4.1.1探伤仪性能

采用A型脉冲反射式超声波型探伤仪，其工作频率范围为0.5—10MHz仪器至少在荧光屏满刻度的80%的范围内呈线性显示。

探伤仪应具有80dB以上的连续可调衰减器，步进级每档不大于2dB,其精度为任意相邻12dB的误差在±1dB以内，最大累计误差不超过1dB。

水平线性误差不大于1%，垂直线性误差不大于5%。

本公司采用的是TUD9100超声波探伤仪

4.1.2数字式超声波探伤仪TUD9100主要技术参数：

检测范围0～25000mm、声速范围400～20000m/s、增益范围0dB～110dB

显示延迟-20μs～+3400μs、探头零偏0μs～99.99μs

工作频率0.5～15MHz、电噪声水平≤10％

探头阻尼100Ω、150Ω、200Ω、500Ω、重复频率10～2000Hz

灵敏度余量＞62dB（深200mm，Ф2平底孔）、分辨力＞40dB（5P14）

线性抑制0～80%（数字抑制）、垂直线性误差≤3%

水平线性误差≤0.1%、动态范围≥32dB

脉冲类型方波、脉冲强度多级可调、脉冲宽度自动匹配/50～1000ns

4.1.3TUD9100超声波探伤仪操作方法

将仪器探头线连接在探伤仪上，使用单探头时，探头线可以直接到仪器顶部任何一个探头插座上。

开机启动仪器。

按“基本”键进入到基本功能组主菜单，并调节“仪器检测范围等参数在“调校”键，进入到调校功能主菜单。

调节“探头类型”、“探头频率”、“探头前沿”、“晶片尺寸”，等参数在校准中调节“材料声速”、探头零偏、一点声程、二点声程，等参数。

待各参数调节，调校准确无误后即可进行检测工作。

4.1.4超声波设备的使用与保养

4.1.4.1超声波设备时用注意事项

a、一起关机后必须挺5秒以上方可再次开机，不可重复开关机

b、避免强力震动、冲击和强磁场干扰

c、不要长期放置于高温、高湿、有腐蚀气体的环境中

d、按键操作不宜用力过猛，不宜用沾有油污、泥水的手直接操

按键

e、仪器出现故障时，不要轻易拆卸，应以设备厂家及时联系

4.1.4.2超声波设备的保养与维护

a、设备使用完毕，应对设备的外表进行清洁，然后放置与室内干

燥通风处。

b、探头连接接线切忌扭曲重压，在插拨连接线时应抓住插头根部

c、为保护设备及电池，每个月至少开机通电1.5h，并给电池充电

以免设备中重要元件受潮、电池过放电影响电池的使用寿命。

d、设备在搬动过程中，应避免摔跌，强烈震动、强烈撞击和雨、

雪等淋湿。

e、禁止用具有溶解性的物质擦拭设备外壳。

4.2试块

4.2.1标准试块

4.2.1.1标准试块的基本要求

标准试块应采用与被检工件声学性能相同或相近的材料制成，制作时应确认材质均匀,无杂质，无影响使用的缺陷。

标准试块外形加工的平行度，垂直度与尺寸精度均应经过严格检验并符合JB/T7913-1995《超声波检测用钢制对比试块的制作与校验方法》 中的相关规定。

本条采用的标准是试块为CSK-ⅠA。

4.2.1.2标准试块的用途

a、校验超声波探伤仪的水平线性，垂直线性和动态范围：

用25mm或100mm尺寸

b、调节基线比例和探测范围：

用25mm和100mm尺寸

c、测定直探头与超声波探伤仪组合的远场区分辨力：

用85mm，91mm，100mm

尺寸。

d、测定直探头与超声波探伤组合的盲区：

用Φ50mm有机玻璃圆弧至两侧的距离5mm和10mm的位置测定。

e、测定直探头与超声波探伤仪组合的最大穿透能力：

用Φ50mm有机玻璃底面的多次反射波测定

f、测定斜探头的入射点：

用R50，R100圆弧面

g、测定斜探头的折射角度或K值：

用Φ50mm或Φ1.5mm孔测

h、测定斜探头的声束偏斜角：

用直角棱边测定

i、测定斜探头在深度方向的分辨力，用Φ40mm，Φ44mm，Φ50mm台阶园柱孔。

4.2.2对比试块

4.2.2.1对比试块的基本要求

在不同的标准下选择相应的对比试块，其制作与标准试块的要求保持一致。

本条采用的对比试块为CSK-ⅡA和CSK-ⅢA试块。

4.2.3试块使用原则

4.2.3.1CSK-ⅠA，CSK-ⅡA和CSK-ⅢA试块适用于检测面曲率半径大于等于

250mm的焊接接头超声波检测。

4.2.3.2CSK-ⅠA，CSK-ⅡA试块试用工件壁厚范围6mm—200mm的焊接接头

4.2.3.3对于工件厚度范围在8mm—120mm的焊接接头超声波检测可采用

CSK-ⅢA试块，但应对灵敏度进行适当调整予以CSK-ⅡA试块保

持一致。

4.2.3.4对于不同工件厚度的对接接头进行检测时，试块厚度的悬着应

有较大工件厚度确定，扫查灵敏度和质量分级由薄侧工件厚度确定。

4.2.4试块的维护

4.2.4.1相同型号的试块应有适当的部位编号，以防混淆。

4.2.4.2试块在使用和搬运过程中注意保护，防止测试面损伤。

4.2.4.3使用试块应注意清除反射体内的油污和锈蚀。

常用沾油布将锈蚀部位

抛光，或用适合的去锈剂处理。

4.2.4.4注意防止试块锈蚀，使用后停放时间较长是，要涂适当的防锈剂。

4.2.4.5注意防止试块变形，避免火烤，较薄的试块防止重压

4.3.耦合剂

4.3.1耦合剂的作用

应选用适当的液体或模糊状物作耦合剂。

耦合剂应具备有良好透声性和适宜流动性，不应对材料和人体有损伤作用。

同时应便于检验后清理。

4.3.2典型耦合剂

典型耦合剂为水、机油、甘油和化学浆糊。

在试块上调节仪器和产品检验应采用相同的耦合剂。

4.3.3耦合剂满足的要求

4.3.3.1能润湿工件和探头表面，流动性，黏度和附着力适当，不难清洗

4.3.3.2声阻抗高，透声性能好。

4.3.3.3来源广，价格便宜。

4.3.3.4对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境。

4.3.3.5性能稳定，不易变质，保质期长。

4.4探头

4.4.1对接接头焊缝检测时采用单晶横波斜探头其频率和K值应满足3.2.6.1和

3.2.6.2中的要求，其基本性能应满足下表要求，列表如下：

4.4.2探头K值选用原则

4.4.2.1使声束能扫查到整个焊缝截面

4.4.2.2使声束中心线尽量与主要缺陷垂直

4.4.2.3保证有足够的检测灵敏度

5仪器、探头、曲线的调校

5.1仪器与探头的调节

5.1.1垂直线性

仪器的垂直线性是指仪器显示屏上的波幅与探头接收的信号之间成

正比的程度。

垂直线性的好坏影响缺陷定量的精度。

垂直线性好坏常以

垂直线性误差来判断。

5.1.2垂直线性误差测试步骤

1将超声波探伤仪的“抑制”调节到“0”，“衰减器”保留一定

余量（30db）

2直探头置于CSK-ⅠA试块上，对准25mm底面，并用压块恒定压力

3调节仪器室试块上某次底波位于显示屏中间位置，并达到满波幅

100%，但不饱和，记为“0”db

4调节“衰减器”，每次衰减2db，并记下相应波高，知道底波消失

5运用公式计算垂直线性误差，公式如下：

D=（|d1|+|d2|）%式中

d1：

实测值与理想值得最大正偏差

d2:

实测值与理想值得最大负偏差

6将说的数值填入下表，

衰减量△db

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

反射波高度

实测

绝对H

相对%

理想波高%

100

79.4

63.1

50.1

39.8

31.6

25.1

19.9

15.8

12.6

10

7.9

6.3

偏差%

注：

表中1.绝对H:

绝对波高H

2.相对%：

相对波高%，其计算公式为：

实测相对波高=Hi（衰减△db后波高）/Ho（衰减0db是波高）×100%

3.理想相对波高计算公式：

理想相对波高%=10-20lg（Hi（衰减△db后波高）/Ho（衰减0db是波高））×100%

5.1.3水平线性

仪器的水平线性是指仪器显示屏上时基线显示的水平刻度与实际声程

之间成正比的程度，或者说是显示屏上多次底波等距离的程度。

水平线性主要

取决扫描锯齿波的线性。

水平线性好坏直接影响定位准确性。

水平线性的好坏

常用水平线性误差来表示。

5.1.4水平线性误差测试

1将直探头置于CSK-ⅠA上，对准25mm厚的大平底面

2调“微调”，“水平”，“脉冲位移”旋钮，是显示屏出现五次

底波，B1-B5，且是B1前沿对准屏幕2.0基线，B5前沿对准10.0基

线。

3记录B2,B3,B4与水平刻度基线4.0，6.0，8.0的偏差值a2，a3，a4

4运用公式计算水平线性误差

δ=|amax|/0.8b×100%

式中：

amax—a2，a3，a4中的最大值

b—显示屏水平满刻度值

5.1.5衰减器精度调节

衰减器精度影响着缺陷定量的准确性，准确测定衰减器精度应采用标准

衰减器进行比较，但是现场难以实现，检测人员可以用简易方法，大致测出衰

减器的精度。

5.1.6衰减器精度测试

1使Φ2平底孔的最大反射波高为适当高度（如：

80%），记为H1

2使同声程的Φ4的平底孔的最大反射波出现在屏幕上，衰减12db，

记为H2.

3运用公式估算衰减器误差,公式如下：

N（db）=20lg（H1/H2）

JB/T9214-1999《A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能 测试方法》中规定，任意相邻12db误差小于等于1db。

5.2横波探头的校准

5.2.1横波斜探头入射点L0的校准

1在CSK-ⅠA试块25mm宽的检测面上涂上耦合剂，然后再R100弧面的圆心附

近前后平稳移动，找到圆弧面的最高反射波。

用尺测量探头段部至R100端面的距

离L，则入射点至探头前端的距离L0

2运用公式

L0=100-L计算求得

3入射点测量应进行三次，取平均值，误差小于0.5mm

5.2.2横波斜探头K值的校准

a、将探头对准Φ50，Φ1.5孔的圆弧面平稳的前后移动，当主声束扫查至

圆弧面且其延长线通过圆心时，找到Φ50，Φ1.5孔的圆弧面的最高反

射波，此时测量探头前端部至试块段部距离L′。

b、运用公式

K=（L′+L0-35）/30计算求得

c、不同折射角（K值）选取测量面

①当折射角为34°～66°时，探头放在距Ф50远面处，使用

Ф50mm孔进行测定。

②当折射角为60°～75°时，探头放在距Ф50近面处，使用

Ф50mm孔进行测定。

③当折射角为74°～80°时，探头放在距Ф1.5近面处，使用

Ф1.5mm孔进行测定。

5.3基线扫描的确定

5.3扫描基线荧光屏时基线刻度可按比例调节为代表缺陷的水平距离ｌ，深度

h或声程S。

5.3.2基线扫描的调节根据下列方法调节

1探伤面为平面时，可在对比试块上进行时基线扫描调节，扫描比例依据

工作厚度和选用的探头角度来确定，最大检验范围应调到时基线满刻度的2／3

以上。

2探伤面曲率半径R＞W2／4时，可在平面对比试块上或探伤面曲率相近

的曲面对比试块上，进行时基线扫描调节。

3探伤面曲面半径R≤W2／4时，探头楔块应磨成与工件曲面相吻合，按

NB/T47013.3-2015标准要求在对比试块上作时基线扫描调节。

5.4距离-波幅曲线（DAC曲线）的绘制

5.4.1距离-波幅曲线（DAC曲线）应按所用探头和仪器在试块上实测

的数据绘制而成，该曲线族由评定线、定量线和判废线组成。

评定线与定量线

（包括平定线）为Ⅰ区，定量线与判废线之间（包含定量线）为Ⅱ区，判废线

及以上区域为Ⅲ区如下图所示：

5.4.2距离-波幅曲线（DAC曲线）灵敏度选择

5.4.2.1工件厚度为6mm-200mm的焊接接头，斜探头或直探头检测时，

用CSK-ⅡA试块制作距离-波幅曲线（DAC曲线）的灵敏度如下

表所示：

5.4.1.2工件厚度为8mm-120mm的焊接接头，斜探头检测时，用CSK-ⅢA

试块制作距离-波幅曲线（DAC曲线）的灵敏度如下表所示：

5.4.1.3CSK-ⅡA与CSK-ⅢA试块之间灵敏度转化

5.4.3距离-波幅曲线（DAC曲线）的绘制

按照5.2.1，5.2.2，5.2.3，5.2.4调校好仪器和探头的参数后，就可以制

作DAC曲线。

依据标准NB/T47013.3-2015选取试块CSK-ⅡA或者CSK-ⅢA。

5.4.1.1选择仪器制作DAC按钮，激活DAC曲线制作功能。

5.4.1.2依据探伤需要选取试块上深度10mm的Φ2×40孔或者Φ1×6孔，双手移动

探头找到其最高反射波，调节增益按钮使波高稳定于屏幕80％高度

，按确定按钮（冻结键），这时就选好了第一点。

5.4.1.3按照步骤1的方法，依次选择不同深度其他两点的，找到最高波确定各点。

5.4.1.4最后选择确定键（回车键），激活DAC母线曲线。

按照5.2.2.2或5.2.2.3

中列表分别确定判废线、定量线、评定线。

5.4.4探测横向缺陷时，应将各线灵敏度均提高6dB。

5.4.5探伤面曲率半径R小于等于W*W／4时，距离一波幅曲线的绘制应在曲

线面对比试块上进行。

5.4.6受检工件的表面耦合损失及材质衰减应与试块相同，否则应进行传输

损失修整，在1跨距声程内最大传输损差在2dB以内可不进行修整。

5.5仪器调整的校验

5.5.1每次检验前应在对比试块上对时基线扫描比例和距离一波幅曲线灵

敏度进行调整或校验。

校验点不少于两点。

5.5.2在检验过程中每4h之内检验工作结束后应对时基线扫描和灵敏度进

行校验，校验可在对比试块或其他等效试块上进行。

5.5.3扫描调节校验时，如发现校验点反射波在扫描线上偏移超过原校

验点刻度读数的10％或满刻度5％（两者取较小值），则扫描比例应

重新调整，前次校验后已经记录的缺点，位置参数应重新测定，并

予以更正。

5.5.4灵敏度校验时，如校验点的反射波幅比距离一波幅曲线降低20％

或2dB以上，则仪器灵敏度应重新调整，而前次校验后，已经记录

的缺陷，应对缺陷尺寸参数重新测定并予以评定。

6焊缝的检验

6.1检验技术等级要求

6.1.1超声波检测技术等级

超声波检测的技术等级分为A、B、C级，对于实际检测检测项目，

选取A或者B级，一般采用B级超声波检测。

6.1.2超声波检测等级的要求

6.1.2.1A级检测：

适用于工件厚度为6mm-40mm焊接接头的检测。

可用

一种折射角（K值）斜探头采用那个直射波法和一次

反射波法在焊接接头的单面双侧进行检测。

如果条

件限制，也可以选择双面单侧或者单面单侧进行检测。

一般不对横向缺陷进行检测。

6.1.2.2B级检测:

a、B级检测适用于工件厚度6mm-200mm焊接接头检测

b、一般焊接接头进行横向检测

c、对于要求进行栓面双侧的焊接接头，如受几何限

制只能采用单面双侧检测时，还应补充斜探头作

近表面缺陷检测。

要求如下表所示：

6.2检测面要求

6.2.1超声波检验应在焊缝及探伤表面经外观检验合格并满足3.2.5.2

和3.2.5.3要求检验前探伤人员应了解受检工件的材质、结构、曲

率、厚度、焊接方法、焊缝种类、坡口形式、焊缝余高及背面衬

垫、沟槽等情况。

6.3平板焊缝扫查

6.3.1纵向焊缝的扫查

6.3.1.1探测纵向缺陷，斜探头垂直于焊缝中心线放置在探伤面上,

作锯齿型扫查。

扫查速度不应大于150mm／S，相邻两次探

头移动间隔保证至少有探头宽度10％的重叠。

6.3.1.2探头前后移动的范围应保证扫查到全部焊缝截面及热影响区

。

在保持垂直焊缝作前后移动的同时，还应作10°～15°左

右移动。

为探测焊缝及热影响区的横向缺陷应进行平行和斜

平行扫查。

为确定缺陷的位置、方向、形状、观察缺陷动态

波形或区分缺陷讯号与伪讯号，可采用前后、左右、转角、

环绕等四种探头基本扫查方式.如下图所示:

6.3.2横向缺陷的扫查

6.3.2.1检测焊接接头的横向缺陷时,可在焊接接头的两侧边缘时斜探

头与焊接接头中心线成不大于10°作两个方向的斜平行扫查

如下图所示：

6.3.2.2如果焊接接头余高磨平，探头应在焊接接头及热影响区上作

两个方向的平行扫查，如下图所示：

6.4曲面焊缝扫查

6.4.1探伤面为曲面时，按规定选用对比试块，并采用6.3.1条的

方法进行检验。

受工件几何形状限制，横向缺陷探测无法

实施时，应在检验记录中予以注明。

6.4.2环缝检验时，对比试块的曲率半径为探伤面曲率0.9-1.5倍

的对比试块，均可采用，对比试块的采用。

探测横向缺陷时

按6.3.3条的方法进行。

6.4.3纵缝检验时，对比试块的曲率半径与探伤面曲率半径之差

应小于10％。

6.4.3.1根据工件的曲率和材料厚度选择探头角度，并考

虑几何临界角的限制，确保声束能扫查到整个焊

缝厚度；条件允许时，声束在曲底面的入射角度

不应超过70°。

6.4.3.2探头接触面修磨后，应注意探头入射点和折射点角

或K值的变化，并用曲面试块作实际测定。

7焊缝的缺陷的评定

7.1缺陷的位置

7.1.1缺陷的位置应以获得缺陷的最大长度为准.

7.1.2对所有反射波幅超过定量线的缺陷，均应确定其位置，最大反

射波幅所在区域和缺陷指示长度并作记录。

7.2缺陷的指示长度

7.2.1当缺陷反射波只有一个高点,且位于Ⅱ区或者Ⅱ区以上时,用-6db

法（半波高度法）量其指示长度.

7.2.2当缺陷反射波峰值起伏变化,有多个高点,且均位于Ⅱ区或者Ⅱ区

以上时,应采用断点-6db法量其指示长度.

7.2.3当缺陷最大反射波幅位于区,将探头左右移动,使波幅降到评定线

用评定线绝对灵敏度法测量其指示长度.

7.3缺陷定量

7.3.1缺陷当量Φ，用当量平底孔直径表示，主要用于直探头检验，可

采用公式计算，DGS曲线，试块对比或当量计算尺确定缺陷当量尺

寸。

7.3.2检测时应对反射波幅在评定线或者评定线以上的缺陷进行定量,除

了按7.1和7.2确定缺陷的位置、波幅和指示长度外，还应包括对

缺陷自身高度，缺陷类型进行可能的估判。

7.4缺陷类型确定（定性）

7.4.1缺陷类型度确定应主要考虑焊接方法、缺陷的位置、缺陷的指示

长度、自身高度、缺陷波幅、缺陷指向性,再结合缺陷静态波形和

动态波形.通常用确定点状缺陷、线状缺陷或面状缺陷。

7.4.2缺陷类型确定的方法

7.4.2.1缺陷类型确定应按一下顺序依次进行：

a、缺陷波幅

b、缺陷指向性