铝合金对接焊缝超声检测方法、仪器校准

许久未更新公众号文章，在此间陆陆续续的被取消关注，每一个取消关注心中都是万分愧疚，终究有一天坐不住了，我得遵守曾经的诺言。

曾有人催更、问我为什么不再更新文章，是不是油尽灯枯，没有东西可以写了？我竟然用一个“忙”字搪塞，其实不是“忙”字，而是“懒”字。可以更新的东西太多了，除了工作中遇到的一些问题，还有学习的收货，都可以记录、分享。

好了，现在重操旧业！

切入正题，铝合金焊缝超声检测的关键点。

铝合金与钢对接焊缝并非我们想象中那么简单，并不仅仅因声速的不同，引起的检测方法有所不同。确实，铝合金的横波声速与钢的声速存在一定的差别，其选用探头的方式也有所不同。除此之外，还有一个重要的原因——铝合金的晶粒组织并非像钢中那样均匀分布，并且不同的生产工艺和元素成分，造就了铝合金拥有特殊的组织形态。

铝合金金相组织

百度了几张不同成分和加工方式的铝合金金相组织图片，从图中可以看出，呃…..

不管你是否看出何种名堂，铝合金的组织形态和钢区别很大，铝合金金相组织分布不均，超声波声束入射发生偏转，导致定位不准。

另外，铝合金的声衰减系数小于钢，制作的DAC曲线趋近于直线，同深度的横孔所对应的增益值也小于钢。

等等….

好了，我们现在正式开始分析铝合金对接焊缝超声检测的方法。

 一、如何选择合适的探头

在NB/T47013.3-2015标准附录H中用了一句话详细描述了探头的选择方式，“探头的选择按6.3.6的规定执行”。你理解了这句话的真正内涵吗？

如果选用的铝合金专用探头，应参照该规定执行，否则就不能完全参照该规定执行。

比如你采用的是K2的非铝合金专用斜探头，该K2值一般指钢中的标称值，应换算成铝合金中的K值后才能参照该规定。

根据铝合金中横波传播声速（3100m/s）和钢中横波传播声速（3240m/s），再利用SNELL计算公式，可以将钢中K值换算成铝合金中K值，再按6.3.6表中的要求执行即可。

例如：钢中K2的斜探头，换算成铝合金的K值为1.65。

铝合金的声衰减系数小于钢，探头频率可以参考6.3.6的规定执行。

 二、试块选择

在NB/T4713.3-2015标准的附录H中给出了对比试块尺寸和形状参数，如“1号对比试块”和“2号对比试块”，对比试块材质应与被检工件声学性能相同或相近。

铝合金超声检测1号试块

由于铝合金材质质地较软，某些厂家生产的试块不能满足检测要求，比如钻的横孔不是圆的，而是成椭圆形状，制作出来的DAC曲线不光滑，影响检测效果。因此，找一家合格的试块生产厂家购买十分必要。

标准试块可以采用与被检工件声学性能相同或相近材质制作的CSK-IA试块，另外推荐采用铸铝制作的CSK-IA试块，至于为何推荐采用铸铝，后续将揭露答案。

三、仪器校准

接触过铝合金焊缝超声检测的同行应该了解，铝合金焊缝超声检测仪器校准是所有检测过程中的重点、难点和关键点。

为什么说仪器校准是重点、难点和关键点？

刚接触铝合金焊缝超声检测，很多人就过不了仪器校准这关。当然也包括我在内，最初接触铝合金超声检测时，在校准仪器过程中遇到了许多难题，比如测量探头的前沿值严重大于实际值、校准的声速与理论值偏差较大、K值测量不准，最终导致无法对缺陷进行准确定位，这就脑袋大了。

若将仪器校准的问题一一解决，铝合金焊缝超声检测的难点也将一一攻破。

为什么铝合金焊缝超声检测不能准确的校准仪器？

当探头在铝合金质CSK-IA试块上找到R100圆弧的最高反射波后，测量探头前沿值，发现探头前沿测量值与实际值偏差太大。比如：一个探头在钢质CSK-IA试块上测的前沿值是12mm，但是在铝合金质CSK-IA试块上测的前沿值是19mm，两者相差甚大。如果继续采用该19mm前沿值测量声速和零偏，发现声速和零偏也是不准的，最终导致缺陷定位不准。在此之前写过一文章探讨探头前沿值的变化——《超声波探头的前沿值会变化吗？》。

不能准确的校准仪器的原因——由于铝合金晶粒组织不均匀，超声波入射至铝合金材质试块声束发生偏转，R100圆弧的入射和反射声束均发生偏转，最高反射回波的接收点发生偏移。因此，探头的测量前沿值发生改变，声束路径也发生改变，超声波发射和接收的路径不再是2×100mm。

如何准确快速的校准仪器呢？这是我们要探讨的重点！

要快速准确的校准仪器，就必须掌握铝合金超声检测的特点。虽然在铝合金CSK-IA试块上测量探头的前沿值偏差太大，但实际上该探头的真实前沿值几乎不发生变化。因此，可以利用该特点探索如何准确校准仪器的方式方法。

推荐两种方法校准仪器，择其一用之。虽然这两种方法看似邪门，但都亲测有效，值得推荐。

方法一：钢质试块上测量探头前沿，铝合金质试块上测声速和零偏

设备：探伤仪、探头、钢质CSK-IA试块、铝合金质CSK-IA试块、铝合金质1号试块或2号试块。

铝合金焊缝超声检测仪器调校

首先，将选用的探头在钢质CSK-IA试块上找到R100圆弧的最高回波，测量此时的探头前沿至试块端部距离L值，探头前沿值则为100-L，并将测量的数据记录下来。

其次，再次将探头放置在铝合金质CSK-IA试块R100圆弧和R50圆弧中间位置，保持探头前沿至试块端部距离也是L值，无需在铝合金试块上找R100圆弧的最高反射波。利用此位置测量声速和零偏值。

再次，可以在铝合金质CSK-IA试块上测量K值，或者利用铝合金质1、2号试块的横孔测量K值，K值测量方法和钢质试块相同。

最后，利用铝合金质1、2号试块制作DAC曲线，按照标准要求设置灵敏度。

是不是很疑惑为什么可以利用钢上测得的前沿值，用于铝合金质试块上校准仪器呢？其实很简单。

因为在铝合金质试块上找到的R100的圆弧最高回波，声束入射点不是在R100的圆心，声程不等于100mm，而在仪器中输入的声程却是100mm，因此仪器计算出的声速和零偏是不准确的。

而探头的前沿值（入射点）在不同材质上的变化值可忽略不计，又因钢的晶粒组织较均匀，可忽略声束偏转的影响。因此，在钢上测量的探头前沿值可近似当作探头的实际前沿值。

保证在铝合金质试块上的前沿值与钢质试块一直，其目的是保证探头在铝合金质试块上的入射点是R100圆弧的圆心位置。因此，仪器测量出来的声速和零偏值可认为是准确值。而通过实际操作，该方法测量声速接近理论值，深度30mm的定位误差小于1mm。

方法二：利用铸铝质CSK-IA试块测量探头前沿、校准声速和零偏

设备：探伤仪、探头、铸铝质CSK-IA试块、铝合金质1号试块或2号试块。

首先，在铸铝质CSK-IA试块找到R100圆弧的最高回波，利用该位置测量探头的前沿、校准和零偏，其校准过程与钢质试块相同

其次，可以在铸铝质CSK-IA试块上测量K值，或者利用铝合金质1、2号试块的横孔测量K值，K值测量方法和钢质试块相同。

最后，利用铝合金质1、2号试块制作DAC曲线，按照标准要求设置灵敏度。

是不是又疑惑了，为什么采用铸铝的CSK-IA试块校准仪器？

因为铸铝的晶粒组织相比铝合金材质均匀，可以认为近似认为是均匀的，忽略声束偏转造成的影响。实际上铸铝材质也是不均匀的，但在检测中其影响不大。比如一探头在钢质试块上测量的前沿值为12mm，在铝合金质试块上测量的前沿值为19mm，在铸铝试块上测量的前沿值为14mm，可近似认为铸铝与钢相似。

只要攻克了铝合金质试块的校准，也就破解了铝合金超声检测的难点，其他内容参照标准执行即可。

这两种方法看似邪门，实则有效，也是目前采用比较多的两种方法，建议收藏，以备不时之需，小编更希望关注「NDT新思想」微信公众号后分享出去。

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