超声波在焊缝中的应用特点及相关标准解析

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NDT专栏 | 超声波在焊缝中的应用特点及相关标准解析

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2020-12-31 13:32:01

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超声波检测主要用于全熔透焊缝，对非全熔透焊缝一般不要求进行超声检测，主要通过控制焊接工艺来保证质量。

材质方面以检测碳钢及合金钢等细晶材料为主，以奥氏体不锈钢为代表的的粗晶材料检验难度较大，需制定专用检测工艺，并通过演示实验进行验证。

焊缝接头结构形式分为对接接头，T型接头，角接接头，端接接头，搭接接头。


图一对接接头	图二 T型接头

图三角接接头	图四端接接头

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、焊趾裂纹、弧坑裂纹、中心裂纹、热影响区裂纹、层状撕裂等。
（2）孔洞：气孔、结晶缩孔、弧坑缩孔等。
（3）固体夹杂：焊剂或熔剂夹渣、氧化物夹杂、金属夹杂等。
（4）末焊透及未熔合（根部、坡口、层间）。
（5）尺寸和形状不良：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。

焊接缺陷图示：

焊缝检测特点：

1. 不仅焊缝本身需要检测，热影响区也需要检测
2. 平面状缺陷危害大，体积型缺陷危害小
3. 未熔合，未焊透，裂纹属于平面状缺陷
4. 气孔，夹渣等体积类缺陷相对危害较小

检测时机：

1. 碳素钢、奥氏体不锈钢、有色金属等冷却到室温即可检测，对于有延迟裂纹倾向的材料，需要24小时甚至48小时或更长时间才能检测。
2. 由于焊缝余高的存在，直探头检测焊缝耦合不好，即使焊缝磨平，由于声束方向垂直向下，容易漏检坡口未熔合以及中心裂纹，根部裂纹，焊趾裂纹等与声束方向基本平行的危害缺陷。
3. 优先选择与坡口角度垂直的斜探头进行检测。

直探头和斜探头检测同一类缺陷对比

焊缝超声波检测常用标准：

美标体系：

AWS D1.1/D1.1M《钢结构焊接规范》
ASME Sec. V《锅炉及压力容器规范第V卷无损检测》
ASTM E164《焊缝超声波接触法检测实施规程》

欧标体系：

EN ISO 17640《焊接接头超声波检测》
EN ISO 11666《焊接接头超声波检测验收等级》
EN ISO 22825《奥氏体钢及镍基合金焊缝的超声波检测》

澳标体系：

AS 2207《碳钢及低合金钢熔化焊焊接接头的超声波检验》
AS/NZS 1554.1《钢结构焊接规范》

国内体系：

NB/T 47013.3《承压设备无损检测第3部分:超声检测》
GB/T11345《焊缝无损检测超声波检测技术、检测等级和评定》
GB/T29712《焊缝无损检测超声检测验收等级》

美国钢结构标准最新版 AWS D1.1/D1.1M-2020

检测对象：8-200mm碳钢及其合金对接焊缝，不在这个厚度范围的需参考附录O执行
人员要求：基于SNT-TC-1A的2级人员，或者1级人员（须在2级监督指导下工作）。
设备要求：斜探头2-2.5MHz，晶片尺寸长15~25mm，宽15~20mm，并且长宽比应该在1.0~1.2之间。直探头晶片面积323mm²~645mm²。
试块：IIW（船型试块）
灵敏度设置：IIW试块上的Φ1.5mm孔调节到40%~60%屏幕高度
焊缝检测范围：焊缝+热影响区
探头移动范围：1.25P P-跨距（见下表）
验收标准：分两种使用环境 1.静载荷 2.周期载荷
公式 d=a-b-c
a：缺陷波幅40%-60%高度时的读数
b：基准值
c：衰减系数，25mm以内不计衰减，25mm以上（声程-25）x0.08。

美国压力容器标准最新版 ASME SEC.V-2019ED

检测对象：未具体规定材质及厚度要求
人员要求：SNT-TC-1A，CP-189，ACCP，ISO 9712
设备要求：仪器的工作频率范围1-5MHz，探头频率范围1-5MHz
试块：IIW，管焊缝试块，非管焊缝试块和其他结构形式和材质试块
灵敏度设置：侧钻孔DAC，孔径随厚度不同而变化
评估验收：超过20%DAC进行评定，以ASME SEC. I为例，裂纹，未熔合，未焊透不允许，其他类型缺陷按照长度和波幅进行验收。

EN ISO 17640:2018《焊接接头超声波检测》

检测对象：手工超声检测，铁素体钢，纵波声速5920±50m/s，横波声速3255±30m/s，工件温度0℃-60℃，全熔透焊缝。检测等级D适用于不符合上述条件的情况。
人员资质：ISO 9712体系证书或等同证书
检测级别：A、B、C要求依次提高，D适合特殊情况的检测
设备要求：探头2-5MHz
检测范围：焊缝+两侧各10mm热影响区
灵敏度设置：四种灵敏设置技术，以第一种技术3mm横孔DAC应用最为常见。
试块：要符合ISO 16811试块标准
评估验收（ISO 11666）：分为2级和3级，没有1级。需要定性时，平面型缺陷不允许，体积型缺陷按照板厚，波幅和长度进行评定。不需要定性时，按照板厚，波幅和长度评定。

AS 2207：2007 R2017《碳钢及低合金钢熔化焊焊接接头的超声波检验》

检测对象：厚度6mm以上，全熔透或部分熔透焊缝，碳钢或低合金铁素体钢，不适用不锈钢，和直径小于250mm，厚度/外径之比大于0.22的管道纵缝
人员要求：AS 3998 或等同标准
设备：探头频率2-10MHz，未规定晶片尺寸
检测等级：level 1~level 4，若没有指定等级默认level 2
试块：Φ1.5mmx22mm(min.)侧钻孔，level 4见下表。
灵敏度设置：Φ1.5mmDAC（最少4个点）
评定：level 1（25%DAC）需要测量高度和长度。level 2（50%DAC），level 3（100%DAC）和level 4（20%DAC）测长度
验收评定：无，参考产品制造标准，如澳大利亚钢结构标准AS/NZS1554.1
表面状态：分为四种表面状态

SGS定制化解决方案：超声波检测

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1.1

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9.3

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9.4

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9.5

如双方就本协议内容或其执行发生任何争议，双方应尽量友好协商解决。协商不成时，诉讼管辖权归属本合同签订地法院。
9.6

本协议签订地为中华人民共和国上海市徐汇区。

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