袁海軍
(國家建筑工程質量監(jiān)督檢驗中心)
碳素結構鋼應在焊縫冷卻到環(huán)境溫度、低合金超聲波是目前應用最廣泛的探傷方法。超聲波
的波長很短、穿透力強，傳播過程中遇不同介質的 結構鋼應在完成焊接 !#( 以后，進行焊接探傷檢
驗。鋼結構焊縫探傷有超聲波法和射線法。《鋼結構 分界面會產生反射、折射、繞射和波形轉換，超聲波 工程施工質量驗收規(guī)范》(+''+,''-) 規(guī)定， )*!!具有良好的方向性，可以定向發(fā)射，能在被檢部位 設計要求全焊透的一、二級焊縫，應采取超聲波探 中發(fā)現(xiàn)缺陷。超聲波探傷能測到的最小缺陷尺寸約 傷進行內部缺陷的檢驗;超聲波探傷不能對缺陷作 為其波長的二分之一。超聲波探傷又可分為脈沖反 出判斷時，應采取射線探傷，其內部缺陷分級及探 射法和穿透法。
傷方法應符合現(xiàn)行國家標準《鋼焊縫手工超聲波探 超聲探傷常用波型 激發(fā)超聲波的方式不同或介!
傷方法和探傷結果分級法》()*--’#+)或《鋼熔化 質所承受的作用不
焊對接接頭射線照相和質量分級》()的規(guī) )*’’!’同，就會產生不同的波型。所謂波型是指波的類型， 定。 它是按質點位移方向與波傳播方向的關系劃分的。
焊接球節(jié)點網架焊縫、螺栓球節(jié)點網架焊縫及 常用于金屬材料探傷的波型主要有:縱波、橫波、表 圓管 、、 形節(jié)點相差線焊縫，其內部缺陷分級 .0/面波和板波等。實際應用時要依據(jù)檢測對象、檢測目 與探傷方法應分別符合國家現(xiàn)行標準《焊接球節(jié)點 的的不同，結合各種波型的特點進行合理地選擇。 鋼 網 架 焊 縫 超 聲 波 探 傷 及 質 量 分 級 法 》12)3. (-)縱波。在交替變化的拉伸或壓縮應力作用
$5、《螺栓球節(jié)點鋼網架焊縫超聲波探傷及質’'’#-下，介質中各受力質點之間的距離同時產生交替疏 量分級法》12)3. ’'’#$!5 和《建筑鋼結構焊接技術 密變化，其質點位移方向與波動的傳播方向平行， 規(guī)程》12)26-5的規(guī)定。 這種波型稱為縱波，通常用字母“7”表示。也有將
一級、二級焊縫的質量等級及缺陷分級應符合 縱波稱為壓縮波或疏密波的。縱波的波型如圖 - 所 表 - 的規(guī)定。 示。縱波一般垂直入射至探傷工件。
表 - 一、二級焊縫質量等級及缺陷分級
焊縫質量等級一級二級
評定等級 '!內部缺陷超 檢驗等級* 級* 級聲波探傷
探傷比例 -''9!'9
評定等級! ' 圖 - 縱波 內部缺陷射 檢驗等級:* 級:* 級線探傷 (!)橫波。在交變的剪切應力作用下，固體介 探傷比例 -''9!'9 質就會產生交變的剪切變形，其質點呈現(xiàn)具有波峰 注:探傷比例的計數(shù)方法按以下原則確定:與波谷狀的橫向振動。質點移動的方向與波動的傳 # 對工廠制作焊縫，應按每條焊縫計算百分比，且探傷長度不應 播方向垂直。這種波型稱為橫波，通常用字母“8” 小于 !'';;，當焊縫長度不足 !'';; 時，應對整條焊縫進行探傷;
對現(xiàn)場安裝焊縫，應按同一類型、同一施焊條件的焊縫條 $ 表示。也有稱之為剪切波或切變波的。橫波的波型 數(shù)計算百分比，探傷長度不應小于 !'';;，并不應少于 - 條焊縫。 見圖 。橫波一般斜向入射至探傷工件。 !
?+-? 工程質量 !''#$%&$’
圖 ; 非對稱型板波
圖 ! 橫波 表 ! 常見材料的聲速
’ () 縱波() 橫波() 密度 材料種類# =%>66>?6>?(’)表面波。在受到交替變化的表面張力作用
時，固體介質的表面質點就產生相應的橫向振動和 鋁/0 ./.+ -+1+
縱向振動。兩個方向振動的合成使質點作繞其平衡 鐵01 212+ -$-+ 位置的橢圓振動。這種質點振動在介質表面?zhèn)鞑?/span>形 鋼01 232+ -$-+ 成表面波，通常用字母“)”表示，如圖 ’ 所示。由于 銅13 40++ $$.+ 這種波是由瑞利 ()*+,-./0) 于 1223 年首先發(fā)現(xiàn) 有機玻璃**51 0+ 4+ /-,.的，故也稱其為瑞利波。表面波的傳播深度大于一 機油35/ ,4++ 6 個波長時，質點振動幅度就很弱了。所以通常表面 水() #% #2%% /+76 波由斜入射獲得，并且一般認為，表面波探傷只能 空氣%5%# 4% /-6 發(fā)現(xiàn)距工件表面兩倍波長深度內的缺陷。
' 超聲探傷的分貝(#$)值
(1) 定義。超聲探傷中最常用的是聲壓分貝
(!')值，其在聲學測量的定義是:待測聲壓值 !對 #
參考聲壓值 之比取十進制對數(shù)后乘以 $%，即 !$ !* !'(聲壓)&$%’() 圖 表面波 ’
! $#)板波。在板狀介質中，當板厚與波長相近 (聲壓分貝值的含義是:某一信號的聲壓對某一 時所傳播的彈性波稱為板波，這種波是在垂直剪切 參考信號的聲壓的比值取對數(shù)。當探傷儀熒光屏的 橫波和縱波的合成作用下形成的。板波有兩種類 垂直線性良好時，分貝值也就是這兩個信號的回波 型，用于板材探傷的屬于其中的一種，稱為蘭姆波
' 和 ' 比值的對數(shù)值，即 高度 * $ 45*678。蘭姆波又分為對稱型(9 型)和非對稱型
(: 型)，如圖 #、圖 ; 所示。 ! ' , , !'(聲壓)&$+’() &$%’() !' $$
($)常用聲壓分貝值與聲壓(波高)比值的換
算對照見表 -。
表 ’ 分貝值與聲壓(波高)比值對照
(值 1' ; ’ ! 1 1>! 1>’ 1>; 1>1' # # 8!!''! '! !
分貝值(@A)!' 1# B$ C ' DC DB$ D1# D!' ;; 對稱型板波圖 #
% 探頭主要類型及型號 超聲波的聲速 !(1)主要類型 不同波型的超聲波在不同的介質內傳播，并受 ! 直探頭:用來發(fā)射和接收縱波，它的波束垂 溫度變化等因素的影響，其聲速不同。在同一種固 直于被測工件表面入射，其外形結構示意見圖 。 .體材料中，縱波聲速大于橫波聲速，橫波聲速又大 ' 斜探頭:通常用直探頭加楔塊組成，它利用 于表面波聲速。在液體和氣體介質中只能傳播縱波 楔塊的不同角度可以進行波型轉換，依入射角度的 而不能傳播橫波和表面波。常見材料中縱波與橫波 變化，可以在被測工件中產生縱波、橫波和表面波 的聲速列于表 。 !
?;!? 工程質量 #$%&$ !''’
等。通常所說的斜探頭，大多數(shù)是特指橫波探頭，其第五位表示探頭特征，斜探頭鋼中折射角正切值
外形結構示意見圖 。 ( 值)用數(shù)字表示。鋼中折射角用數(shù)字表示，單位為度。 !)
斜探頭的特征 ! 值與折射角的關系見表 +。
表 + ! 值與折射角的關系
斜率 !(45' )8 89+ , ,9+ :
折射角() %+; +-; -; -1; ; ':,
探頭型號標稱舉例說明如下:
圖 ( 縱波直探頭
! 探頭的主要性能指標 探頭的性能指標對探傷效果影響較大，通常所 圖 ) 橫波斜探頭購探頭僅提供給用戶的為其標稱值，而標稱值與實
際值常有一定差異，所以在探頭投入使用前以及使 ()探頭型號。探頭的標稱型號就表征了它的 !用一段時間(磨損)后都應對其主要性能指標進行 主要額定參數(shù)。探頭型號的組成及排列順序如下:
校驗，以保證探傷結果的準確性。 第一位表示基本頻率，用數(shù)字表示，單位為
(,)直探頭聲束擴散角和聲束寬度。探頭所激 '#$。
發(fā)的聲束在試件內傳播具有一定的擴散，擴散角的 第二位表示晶片材料，用化學元素符號的縮寫
測定方法是: 表示，主要類型見表 %所示 。
將被測探頭置于帶有橫通孔的試件上方，橫通
孔距探頭約 , 倍探頭近場長度，左右移動探頭，使所 常用壓電晶片材料及代號表 # 獲得橫通孔反射的回波高度由最大值下降 -./，這
時，記下幅度最大時的位置和下降 -.0 時的位置并 壓電材料代 號
鋯鈦酸鉛陶瓷繪出如圖 . 1 所示，根據(jù)左右位移的距離就可算出聲 鈦酸鋇陶瓷 / 束擴散角 ! ，這個距離也就是聲束的寬度(,' )。 鈦酸鉛陶瓷 0 鈮酸鋰單晶 1 碘酸鋰單晶 2 石英單晶 ' 擴散角 234567 ! 3 其他壓電材料 # %
第三位表示晶片尺寸，用數(shù)字表示，單位為
&&。其中圓晶片用直徑表示;方晶片用長’寬表示。
第四位表示探頭種類，用漢語拼音縮寫字母表示，
直探頭也可以不標出。直探頭代號為 (，用斜率表示的
斜探頭代號為 ，用折射角表示的斜探頭代號為 。 )* 直探頭聲束擴散角測定圖 -
?+’? 工程質量 #$%&$ !''’
()斜探頭的入射點測定。斜探頭聲束軸線與 ** 所示，它是目前超聲探傷中應用最多的方式。 !圖
探頭楔塊底面的交點稱為斜探頭的入射點，商品斜
探頭都在外殼側面標志入射點，由于制造偏差和磨
損等原因，實際入射點往往與標志位置存在偏差，
因此需經常測定。其測定方法如下: 用 #$%& 或 試塊測定，將斜探頭置于試 '!!’
塊 ()) 圓心處，探測 *)) 圓弧，如圖 + 所示。前后 !!
位移探頭，使所獲得的反射回波最高。此時探頭殼側
面與 * 圓心的刻度線所對應的點即為入射點。 !))
圖 型顯示 )) *
(!)+ 型顯示探傷儀。& 型顯示探傷儀的顯示
是利用記憶示波器。它所顯示的圖像是被測對象的 縱向某剖面圖，如圖 *0 示意。 斜探頭入射點的測定圖 ( () 型顯示探傷儀。 型顯示探傷儀與 & 型’,!
顯示探傷儀類似，主要區(qū)別是 型顯示探傷儀所顯 ! ()斜探頭 值的測定。斜探頭的標稱 值為 ’' ' 示的圖像是被檢材料某一水平截面的剖視圖像，如 斜探頭聲束在鋼中折射角的正切值。' 值與入射點等
圖 *1 所示意，圖像的顯示通常利用記憶示波器或 參數(shù)的準確性對缺陷定位精度影響很大，其標稱值也 用記錄儀繪制。 因制造、磨損等原因與實際值往往存在差異，因此需
&、 型顯示探傷儀由于價格較高且復雜精密， !在使用前和使用中經常測定。' 值的測定方法如下:
所以目前尚未在大批量材料探傷中使用，而主要是 用 '#%& 或 試塊測定，將被測探頭置,-!’用于科學研究的領域。 于試塊上，探頭沿試塊側面前后移動，當對應于
' .) 圓弧面所獲得最高反射回波時，斜探頭的入射
點所對應的試塊上的角度刻度或 ' 值刻度指示即
為該探頭的折射角或 ' 值(見圖 *))。
圖 斜探頭折射角( 值)的測定 )' !
圖 )! + 型顯示 ! 超聲波探傷儀的分類
探傷儀針對不同的檢測對象、目的、方法、速度
等需要，其設計制造也不盡相同。按信號的顯示方
式不同，可分為 /、&、! 型三種探傷儀，即人們通常
所說的 超、& 超、 超。 / !
())* 型顯示探傷儀。/ 型顯示探傷儀以顯波
管為顯示器，其顯示圖形為一直角坐標系，水平方向
的橫軸反映了聲波傳播的時間，也就代表著傳播的
距離;垂直方向的縱軸表示信號的幅度，因此當檢測
時針對所獲得的信號出現(xiàn)的位置及幅度就可以判斷
圖 ) 型顯示 ’, 出是否有缺陷以及缺陷的位置和大小。 型顯示如 /
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