徐海洋超声波检测技术学习笔记(五十一)焊缝超声检测技术要点与标准问题分析

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南京毅检无损检测科技有限公司：专业从事奥氏体不锈钢材质、复合层（奥氏体+碳钢）材质、碳钢材质，镍基合金、铝合金、对接焊缝、管座角焊缝超声波（UT）、相控阵（PAUT）检测业务。并出售超声波探头、相控阵、TOFD楔块、扫查器、编码器。磁粉探伤仪、射线机。并举办 EN ISO 9712 无损检测培训班。

焊缝超声检测技术要点与标准问题分析

• 焊缝超声检测需根据坡口类型精确计算探头K值，现行国标教材公式存在遗漏热影响区的问题

💡 核心结论：

• 实际操作中，表面补偿4DB、耦合剂合理选择与检测面精细修磨是保证灵敏度的关键

• 探头频率、K值、晶片尺寸需依据工件厚度系统选择，并理解相关标准条款的适用性与局限性

声能损失差测定与耦合剂

声能损失差测定

• 薄板测定：使用 同材质试板 ，一发一收测试

• 中厚板测定：需分别测试 工件与试板

• 行业通用补偿：表面直接补偿 4DB 即可

• 补偿值可弥补耦合、反射及 材质衰减损失

耦合剂选择与要求

• 耦合剂用于填充 微小空隙 ，保证声能传输

• 工业浆糊（CMC） 透声性好 且无需清理

• 推荐稀释比例为 1:14 ，流动性更佳

• 正推广植物淀粉（如地瓜粉）作为 绿色耦合剂

检测面修磨与标准问题

• 检测前需清除 飞溅、锈蚀、油污 等杂物

• 修磨宽度公式：一次波为 K值乘厚度加探头长度

• 标准规定间隙≤ 0.5mm ，但理论分析此值过大

• 耦合剂厚度若达0.5mm， 检测灵敏度 将严重下降

探头选择与计算公式

探头参数与试块选择

探头参数选择规律

• 频率：随工件 厚度增加而降低 ，以减少衰减

• K值：随厚度增加而减小，以 缩短声程减少损失

• 晶片尺寸：随厚度增加而增大，以 增强声能

• 小晶片（<9×9mm）探头频率不应低于 5MHz

试块选择与应用

• 平面工件常用 CSK-1A试块 进行系统调整

• 厚板（>200mm）选用 CSK-4A系列 试块

• C级检测需用 直探头复查 分层缺陷

• 标准允许在特定情况下使用 等效试块

围绕焊缝超声检测展开，详细讲解了薄板和中厚板焊缝声能损失差的测定方法、耦合剂的选择、探头配置与频率的确定以及试块的选用等内容，同时对考试相关问题提出了建议，内容如下：​

焊缝声能损失差测定​

薄板焊缝​

测定方法：使用与被检工件材质、厚度相同，上下表面光洁度与选用试块相同的平面型试板，用同型号两个探头做一发一收测试，探头间距 2KT，调整反射波波幅为基准高度 80%，记录仪器灵敏度余量值，再测试被检工件，两者衰减的 dB 差即为声能损失差。​

损失包含内容：测得的声能损失包括表面耦合、底面反射、材质衰减损失差。​

中厚板焊缝​

测定方法：使用与被检工件材质厚度相同，A 面光洁度与被检工件相同，B 面与选用试块的光洁度相同的材料，用同型号的两个斜探头在焊缝两侧做一发一收测试，回波幅度达到基准高度 80%，记录仪器灵敏度余量值，再在试板底面上测试，两次测试的 dB 差值为上表面耦合声能损失量。​

补偿方法：经过实践，检测值直接在检测表面补偿 4 dB 即可弥补声能损失。​

耦合剂选择与使用​

耦合剂作用​

填充空隙：被检工件和探头两个平面之间存在微小空隙，会影响超声能量传入，施加耦合剂可填充空隙，避免检测灵敏度降低。​

润滑作用：耦合剂还能起到润滑作用，延迟探头磨损时间。​

常用耦合剂​

工业浆糊（CMC）：化学名称为甲基纤维素，透声性能好，探伤结束后无需清理残余，但使用时需注意稀释比例，超声波探伤用 1:14 的比例，能减少耦合剂前端堆积和噪声信号。​

其他耦合剂：机油、黄油、凡士林等也可作为耦合剂，但属于化工产品，会造成环境污染，且不易在工件表面去除。目前超声检测开始使用各类植物淀粉，如广东电建行业用地瓜粉，具有绿色环保、降低成本的优点。

焊缝检测面要求​

清除杂物：超声检测前，应清除焊缝两侧表面的电焊、飞溅、锈蚀、氧化皮、油污等杂物，以避免影响探头移动和声能量衰减。​

间隙规定：新标准规定检测面与探头斜楔底面或保护膜之间的间隙不应大于 0.5 毫米，但此规定不符合超声保证介质理论，会使超声灵敏度严重下降。​

表面修磨​

一次波检测：修磨宽度为 KT加探头长度。​

一次反射波检测：检测面修磨宽度为 2KD 加探头长度，即检测扫描区宽度。​

焊缝检测探头配置​

检测系统要求​

仪器选择：仪器技术性能应具备横波圆弧法、纵波单晶直探头曲线法检测系统的调整功能。​

探头选择：低碳钢、低合金钢焊缝超声检测一般使用横波斜探头，应依据被检零件的材质、厚度、焊缝余高、宽度以及热影响区宽度进行综合选择。​

探头配置基本原则​

声束覆盖焊缝截面：声束能扫查到整个焊缝截面，使声束中心线尽量与主要危害性缺陷垂直。​

保证检测灵敏度：考虑焊缝可能存在的缺陷种类，使折射角保证有足够的检测灵敏度。​

不同坡口形式探头配置确定方法​

微型坡口：通过计算焊缝余高半宽、热影响区宽度等参数，得出微型坡口焊头 K 值选择公式，即 K 值等于焊缝一侧热影响区宽度加上二分之 d（对焊间距的一半），再加上焊缝余高的一半，加前沿 L0，被工件厚度除。​

X 型坡口：对称型 X 坡口探头配置选择公式为 K 大于等于焊头另一侧热影响区的宽度加上焊缝余高的半宽，再加焊头前沿长度 L0 被工件厚度除；不对称 X 型坡口焊头配置选择方式为 K 大于等于括号焊头另一侧热影响区宽度加上下焊缝余高的半宽，加上上半模里边的半宽，加探头前沿 L0 再被工件厚度除。​

国版教材问题：国版教材关于探头 K 值选择公式存在问题，未包含焊缝热影响区，会导致一次生成少，无法覆盖探头另一侧热影响区，易出现漏检。​

焊缝检测探头频率选择​

影响因素：探头频率选择要综合考虑材质晶粒大小、超声穿透能力、分辨率、检测精确度、工件厚度与组合始波宽度等因素。​

小晶片短前沿探头：压电晶片面积小于 9×9 毫米的斜探头定义为小晶片短前沿探头，其频率不能低于 5 兆，因为此类探头始波宽度随频率降低而明显变宽。​

探头镜片尺寸选择：应将一次生成和二次生成的终点位置调整在 N 到 3N 最佳声场范围内，以利于缺陷检出。随着被检工件厚度增加，频率应逐渐降低，K 值逐渐减少，压电晶片尺寸逐渐增大。​

磁探头选择​

C 级检测要求：焊缝 C 级检测时，要用磁探头对焊缝区以斜探头移动过的区域进行纵横磁探头检测，以发现钢板探伤时存在的面小于声场截面积的分层缺陷。​

探头选择规律：当 C 级检测厚度小于等于 45 毫米时，采用重部双晶磁探头；检测厚度大于 45 毫米时，采用纵波单晶直探头。随着检测厚度增加，探头的晶片尺寸逐渐增加，探头频率逐渐降低。​

试块选择要求​

标准试块：焊接接头检测常用 CSK - 1A 试块，钢管对接焊缝依据管径不同选用 GS 系列试块或 SGB 系列型号的标准试块，标准试块用于检测系统调整。​

对比试块：可使用对比试块完成扫描基线校准，如双控法、外圆双控、内圆双控法、双弧单控法等。用不同深度参考反射体做的曲线对应的灵敏度叫参考灵敏度，表面补偿以后为基准灵敏度，再加 6 dB 为探伤灵敏度。​

等效试块：可合理使用等效试块，标准 6.3.3.2.2 条款有相关规定，当有人对使用等效试块提出质疑时，可依据此条款进行交涉。​

不同厚度焊接接头试块选择​

6 - 200 毫米：选择 CSK - 2A 系列的试块制作距离波幅曲线，每个试块适用不同厚度，判定电流的评定也有不同要求。​

大于 200 - 250 毫米：选择 CSK 4A 型系列对比试块制作横波或纵波曲线，灵敏度随检测厚度不同有规定要求。​

2A 系列试块特点：2A 系列试块左侧增加三角，用于 C 级检测时做不同深度横孔的距离波曲线，满足不同检测厚度距离波曲线制作的需要。