焊接接頭超聲檢測講稿8-奧氏體不銹鋼對接接頭的超聲檢測

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1、八、奧氏體不銹鋼焊縫超聲檢測1、母材的組織結構不銹鋼母材的晶粒度比碳素鋼要大，晶粒直徑一般在0.1mm以上，而普通碳素鋼的晶粒直徑為0.02~0.06mm。因此，超聲波在不銹鋼母材上的傳播衰減相對要大一些，示波屏上會有林狀回波，林狀回波幅度隨探頭頻率的增加而變得顯著。2、焊縫的組織結構1)奧氏體柱狀結晶，晶粒粗大奧氏體不銹鋼對接焊接接頭的柱狀晶粒尺寸和取向受焊接工藝影響較大，一般晶粒沿冷卻方向生長，取向基本垂直于熔化金屬凝固時的等溫線。通常，柱狀晶粒開始生長時垂直于焊縫坡口的表面。然而，根據(jù)焊接工藝和凝固時的熱流狀態(tài)

2、，柱狀晶粒會逐漸改變方向，也有可能從一個焊道延伸到另一個或幾個焊道。應注意，手工電弧焊、自動埋弧焊、氣體保護焊等不同工藝會形成不同的焊縫組織結構；即使同樣是手工電弧焊，不同的焊接順序也會導致晶粒結構顯著差異而影響超聲波的傳播。當焊縫晶粒的直徑接近超聲波波長的1/10時，就會有明顯的聲散射；當晶粒直徑達到半個波長時，聲散射劇增，無法進行超聲檢測。很多奧氏體焊縫的平均晶粒直徑一般大于0.5mm，其長度也往往超過10mm，因些很難用一般橫波斜探頭進行超聲檢測。此外，雜亂的散射回波會導致檢測信嗓比低，這也是檢測奧氏體焊縫的主

3、要困難所在。為實施有效的檢測，一般要求檢測信嗓比在10dB以上。0000Cr18Mo2不銹鋼鎢極氬弧焊對接接頭低倍組織8×0000Cr26Mo1超純鐵素體不詳鎢極氬弧焊對接接頭低倍組織5×不銹鋼焊接接頭聯(lián)生結晶聯(lián)生結晶示意圖2）聲速各向異性超聲波在各向異性介質中傳播時，聲速大小會隨波束方向和柱狀晶主軸（生長方向）之間夾角的變化而變化。圖2即三種波型在奧氏體焊縫金屬中的聲速變化的理論值。圖3是實測值，和圖2理論值近似。從圖2和圖3可以看到，在45°附近，縱波聲速最大，SV橫波聲速最小。另外，SH橫波聲速與SV橫波相比，

4、各向異性變化較小。CL：縱波聲速；CSV：垂直極化橫波聲速；CSH：水平極化橫波聲速圖2奧氏體焊縫金屬中的聲束變化理論值圖3超聲聲波各向異性實測值3)衰減的各向異性隨超聲聲束傳播方向與柱狀晶主柱間角度的變化，聲波的衰減系數(shù)會不同，圖4時在兩種不同頻率下縱波衰減測出的結果。由圖可以看到，在45°附近，衰減最小，頻率低衰減也小。另外，對橫波測試結果表明，當橫波入射方向與柱狀晶主柱平行時，衰減最小。圖4超聲波衰減的各向異性4)聲束傳播的偏向超聲波在柱狀晶組織中傳播時，會發(fā)生相對于入射方向偏轉的現(xiàn)象，此時的偏轉角稱為畸變角。

5、a橫波偏向SV橫波的畸變程度比其它波要大，波束彎折最明顯。試驗會發(fā)現(xiàn)，本來與晶柱成43°的入射波束，遇到柱狀晶后會沿柱狀晶成長方向傳播。而且實際檢測時會出現(xiàn)很多假信號。SH橫波的畸變程度較小，但SH橫波進入工件，需要特殊的耦合劑，探頭在工件表面掃查會有困難。b縱波偏向圖5給出了縱波傳播畸變角變化示意圖?？v波的畸變角在48°附近最小，且發(fā)生反轉。圖6是各種折射角的縱波斜探頭，對柱狀晶沿板厚方向成長的試塊進行檢測時所測出的表觀折射角?？梢钥闯?，縱波有擇向傳播的傾向，即沿與柱狀晶成長方向成45°傳播時，表觀折射角與實際折射

6、角相近?？v波比橫波聲束畸變小，對焊縫金屬組織沿45°方向的傳播特性好。圖5超聲縱波畸變角（偏向角）圖6不同折射角探頭的表觀折射角5)聲束傳播的偏向使用折射角為60°的常規(guī)探頭和聚集探頭，分別以縱波、垂直化橫波和水平極化橫波穿過粗晶焊縫后的傳播情況，如圖7所示。理論計算和實驗結果都證明，對縱波來說最大的扭曲角約為15°～20°，而對于通常所使用的水平極化橫波來說最大的扭曲角可達50°。由此可見，采用橫波檢測時定位誤差很大。此外應注意的是焊縫中心部位帶來的影響極為顯著，所以應盡可能避免利用穿過焊縫中心的聲束檢測結果評定缺

7、陷。（教材）而按圖7，選用縱波探頭和水平極化SH波探頭，是對奧氏體不銹鋼焊縫提高信噪比、進行有效檢測的重要因素。,常規(guī)斜探頭聚集探斜頭圖7粗晶焊縫聲束傳播路徑示意圖6）與母材存在明顯的異質界面首先，奧氏體不銹鋼的焊縫熔合面與基體組織差異顯著，超聲波束入射到該熔合面會發(fā)生反射、折射和波形轉換，產生假信號。（在異種鋼界面更加明顯）。如圖8所示，超聲檢測過程中須仔細分析。圖8縱波斜入射在熔合面反射而產生的假信號此外，焊縫內部晶粒間的界面反射回波疊加累積也會產生假信號，而回波脈沖寬度越大，該現(xiàn)象越顯著。因此，采用窄脈沖探頭有

8、助于減少假信號。7）焊接工藝、規(guī)范的影響為便于檢測，應采用控制奧氏體焊縫的焊接工藝規(guī)范，來實現(xiàn)有利于超聲檢測的晶粒方向，也就是說應盡可能采用45°～49°的聲束與晶軸之間的夾角來進行檢測，同時盡量減少焊縫受熱，對厚焊縫最好采用窄坡口。此外，如能采取細化晶粒的手段將使焊縫具有良好的可檢性。奧氏體不銹鋼對接焊接接頭中常見缺陷主要有裂紋、夾雜、氣孔等