🔩 焊接接头超声检测（UT）——2–5 MHz斜探头，四个检测等级
三句话速览
对低衰减材料中厚度8 mm起的焊接接头进行手动超声检测，工件温度0 °C至60 °C。该检测依据 PN-EN ISO 17640:2019-01；适用范围：厚度8 mm起的熔化焊接头，低衰减材料，工件温度0 °C至60 °C，主要为铁素体全焊透接头。整个程序共 8 个步骤；主要用于：钢结构全焊透对接接头的验收检测、管道、容器和机器组件的检测、检出纵向和横向裂纹、未熔合、未焊透、夹杂和咬边。
要点速览
- 标准: PN-EN ISO 17640:2019-01
- 类别: 材料与无损检测
- 操作步骤数: 8
- 适用范围: 厚度8 mm起的熔化焊接头，低衰减材料，工件温度0 °C至60 °C，主要为铁素体全焊透接头
- 参考声速: 钢：纵波(5920 ± 50) m/s，横波(3255 ± 30) m/s
- 检测等级: A、B、C和D——各对应不同的检出概率；D级仅在规范中有定义时采用
概述
本标准规定了对厚度不小于8 mm、超声衰减（尤其是散射引起的衰减）低的金属材料熔化焊接头进行手动超声检测的技术，工件温度为0 °C至60 °C。主要用于焊缝金属和母材均为铁素体的全焊透接头。标准中给出的与材料有关的数值以纵波声速(5920 ± 50) m/s、横波声速(3255 ± 30) m/s的钢为基础。
本标准规定了四个检测等级，每个等级对应不同的缺欠检出概率；附录A给出了选择A、B、C级的指南。D级用于特殊应用，仅在规范中有定义时方可采用；包括铁素体钢以外金属的检测、未焊透接头的检测、使用自动化设备的检测以及工件温度在0 °C至60 °C范围以外的检测。
用于验收目的的不连续评定可基于以下两种技术之一：基于不连续的长度和回波幅度，或基于用探头移动技术对不连续进行定性和定量。标准中规定的参数，特别是探头参数，与ISO 11666（验收等级）和ISO 23279（不连续定性）的要求一致。
方法原理
向材料中导入超声波——即频率高于20 kHz的机械振动——并记录反射信号。反射发生在声阻抗不同的介质界面上：工件表面、不连续处或其他材料的夹杂物处。在脉冲回波法中，脉冲高度取决于反射体的大小，其在时间轴上的位置取决于与探头的距离，由此可确定缺陷位置；扫描起始处为发射脉冲，形成无法观察的盲区。斜探头内置楔块，使波在介质界面上转换为横波，以一定角度（通常为45°、60°或70°）导入。根据显示最大尺寸方向相对于焊缝轴线的关系，将其归为纵向或横向不连续。检测区包括焊缝、母材以及焊缝每侧热影响区的宽度，热影响区宽度未知时——至少10 mm。
应用领域
- 钢结构全焊透对接接头的验收检测
- 管道、容器和机器组件的检测
- 检出纵向和横向裂纹、未熔合、未焊透、夹杂和咬边
- 因辐射防护或可达性原因无法进行射线检测时的接头检测
- 焊前或焊后用直探头检测扫查区内的母材
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 适用范围 | 厚度8 mm起的熔化焊接头，低衰减材料，工件温度0 °C至60 °C，主要为铁素体全焊透接头 |
| 参考声速 | 钢：纵波(5920 ± 50) m/s，横波(3255 ± 30) m/s |
| 检测等级 | A、B、C和D——各对应不同的检出概率；D级仅在规范中有定义时采用 |
| 频率 | 2 MHz至5 MHz；为提高分辨力用较高频率，声程长或衰减大时用较低频率 |
| 角度 | 声束与对面反射面法线的夹角35°至70°；采用两个或更多角度时，标称角度之差至少10° |
| 晶片尺寸 | 短声程6–12 mm；声程超过100 mm（直探头）和超过200 mm（斜探头）时12–24 mm |
| 探头下间隙 | 不大于0.5 mm；仅当从该侧采用附加声束角度时，允许局部偏差导致的间隙达1 mm |
| 范围和灵敏度设定 | 至少每4 h及检测结束时校核；设定与检测之间的温差在±15 °C以内 |
| 灵敏度基准 | 直径3 mm横孔的DAC曲线；采用平底孔反射体的DGS系统；1 mm × 1 mm刻槽（仅限8 ≤ t < 15 mm且角度 ≥ 70°）；串列技术用6 mm平底孔反射体（角度45°，t ≥ 40 mm） |
标准
- 标准编号
- PN-EN ISO 17640:2019-01
- 标准名称（波兰语）
- Badania nieniszczące spoin — Badania ultradźwiękowe — Techniki, poziomy badania i ocena
- 标准名称（英语）
- Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Techniques, testing levels, and assessment
分步操作程序
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检测前的约定
确定参考等级的设定方法、不连续的评定方法、验收等级、检测等级、制造或使用阶段、人员资格、横向不连续的检测范围、必要时按ISO 16826的串列检测、焊前或焊后的母材检测，以及是否需要书面检测程序。
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向操作人员提供的信息
操作人员必须能够获得：母材种类和产品形式（铸件、锻件、轧制品）、制造阶段和热处理、接头坡口和尺寸、表面状态要求、焊接工艺、报告要求、验收等级、检测范围、检测等级、所要求的资格等级，以及检出不可接受不连续时的处理方式。
-
扫查面制备
扫查面应足够宽，以覆盖整个检测区，平整且无锈蚀、松散氧化皮、飞溅、缺口和妨碍耦合的沟槽。表面波纹度不得使探头下间隙大于0.5 mm；必要时对表面进行加工。声束反射的表面必须能保证无干扰反射。
-
选择探头
根据声程选择2–5 MHz的频率和晶片尺寸。保证声束与对面法线的夹角在35–70°范围内，并使其中一个角度尽可能垂直地检测焊缝熔合面。在曲面上按公式g = a²/4D核算间隙；超过0.5 mm时，使探头与表面吻合，并重新设定灵敏度和范围。
-
母材检测
焊前或焊后用直探头检测扫查区内的母材，除非能证明缺欠或高衰减不影响斜探头检测。检出缺欠时，评估其影响，必要时改变技术；覆盖范围受到严重限制时，考虑采用其他方法，例如射线检测。
-
范围和灵敏度设定
每次检测前按ISO 16811进行设定，并考虑温度影响；设定与检测之间的温差在±15 °C以内。用以下技术之一设定参考等级：3 mm横孔的DAC曲线、DGS系统、用于厚度8至小于15 mm且角度至少70°的1 mm × 1 mm刻槽，或用于45°角、厚度40 mm起的串列技术的6 mm平底孔反射体。
-
扫查检测区
扫查应覆盖整个检测区：焊缝、母材及两侧热影响区，其宽度未知时——至少10 mm。如检测区的某部分无法在至少一个扫查方向上覆盖，或入射角不符合要求，应商定替代或补充技术：双晶斜探头、爬波探头、其他超声技术或其他方法，例如渗透、磁粉或射线检测；有时需要去除焊缝余高。
-
检测中的校核与评定
至少每4 h、检测结束时以及系统参数每次变更后校核设定。灵敏度偏差超过2 dB时，在继续检测前修正设定；下降超过4 dB时，重复前一时段的检测；上升超过4 dB时，重新评定已记录的显示；范围的界限为量程的1 %和2 %。按ISO 11666的验收等级评定显示，或按ISO 23279进行定性，并在报告中给出其在x、y、z坐标系中的位置。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| 超声探伤仪 | 符合EN 12668系列；卢布林理工大学实验课使用EPOCH 600型探伤仪，早期为带示波管的模拟仪器 | — |
| 斜探头 | 以一定角度导入横波，通常为45°、60°或70°；晶片6–24 mm，视声程而定 | — |
| 直探头 | 纵波——用于检测扫查区内的母材和测厚 | — |
| 双晶（收发分离）探头 | 两个晶片消除盲区，可检出近表面不连续；仅用于脉冲回波法 | — |
| 1号和2号校准试块 | 1号试块按PN-EN ISO 2400；2号试块（仅用于斜探头）——现行依据为PN-EN ISO 7963:2023-05，而较早资料中引用的PN-EN 27963已被PN-EN ISO 7963:2010取代，后者于2023年5月12日撤销。用于检查仪器、校准时基以及测定声束入射点和角度 | — |
| 参考试块 | 带3 mm横孔、平底孔反射体或刻槽——用于按所选技术设定灵敏度 | — |
| 耦合剂 | 符合ISO 16810；范围和灵敏度设定及检测时使用同一种。实践中：机油或食用油、壁纸胶、润滑脂、凡士林、硅酮膏、环氧树脂 | — |
试剂、培养基与耗材
| 试剂 | CAS | 详情 |
|---|---|---|
| 耦合剂 | — | 保证探头与工件之间连续的声耦合；根据表面状态选择，设定和检测时使用同一种 |
职业健康与安全
- 油基耦合剂——有滑倒、皮肤刺激和表面污染的风险；戴手套，检测后清除残留
- 在高处、密闭空间和运行中的装置上检测——安全保护、通风、作业许可
- 温度达60 °C的工件——手部烫伤风险，戴耐热手套
- 现场条件下探伤仪的电缆和电源——检查绝缘状态，电源带剩余电流保护
- 扫查面上的锐边和飞溅——戴手套，事先进行表面制备
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-EN ISO 17640:2019-01 — 《Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Techniques, testing levels, and assessment》。
该方法的原理是什么？
向材料中导入超声波——即频率高于20 kHz的机械振动——并记录反射信号。反射发生在声阻抗不同的介质界面上：工件表面、不连续处或其他材料的夹杂物处。
测量范围和准确度是多少？
适用范围：厚度8 mm起的熔化焊接头，低衰减材料，工件温度0 °C至60 °C，主要为铁素体全焊透接头；参考声速：钢：纵波(5920 ± 50) m/s，横波(3255 ± 30) m/s；检测等级：A、B、C和D——各对应不同的检出概率；D级仅在规范中有定义时采用；频率：2 MHz至5 MHz；为提高分辨力用较高频率，声程长或衰减大时用较低频率。
完成检测需要多长时间？
整个程序共 8 个步骤。标准未对每个步骤给出时长——实际用时取决于实验室自身的操作程序。
需要哪些设备？
超声探伤仪、斜探头、直探头、双晶（收发分离）探头、1号和2号校准试块、参考试块、耦合剂。
该检测用于哪些场景？
钢结构全焊透对接接头的验收检测；管道、容器和机器组件的检测；检出纵向和横向裂纹、未熔合、未焊透、夹杂和咬边；因辐射防护或可达性原因无法进行射线检测时的接头检测；焊前或焊后用直探头检测扫查区内的母材。
需要采取哪些安全防护措施？
油基耦合剂——有滑倒、皮肤刺激和表面污染的风险；戴手套，检测后清除残留；在高处、密闭空间和运行中的装置上检测——安全保护、通风、作业许可；温度达60 °C的工件——手部烫伤风险，戴耐热手套；现场条件下探伤仪的电缆和电源——检查绝缘状态，电源带剩余电流保护；扫查面上的锐边和飞溅——戴手套，事先进行表面制备。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-EN ISO 17640。