數字超聲波檢測技術的新進展

數字超聲波檢測技術的新進展

1超聲清洗機法的重要性2為鑄鐵爐材料和試塊超聲檢測過程2.1u3000e2004目前，國內超聲波檢測儀可滿足檢測要求。常用數字式超聲波探傷儀型號有DUT-A60、MFD350和CTS9002等。與超聲波探傷儀配套使用的換能器(探頭)按發(fā)射超聲波方向分為直探頭和斜探頭,按晶片數量分為單晶探頭和雙晶探頭。后面試驗使用DUT-A60型數字式超聲波探傷儀,換能器為1.5MHzφ20、2.0MHzφ20、2.5MHzφ20三種單晶直探頭、雙晶直探頭2.5MHzφ24和斜探頭2.5MHzK2.5。2.2探傷設備和材料自制超聲波探傷試塊材料與所探傷鑄鐵烘缸材料牌號應相同。若相近材料,應進行補償。TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定,灰鑄鐵壓力容器材料牌號為,HT200、HT250、HT300、HT350。GB/T9439-2011《灰鑄鐵件》是在容規(guī)頒布后修訂并實施的,新增加HT225、HT275兩個牌號也應包括。球墨鑄鐵壓力容器,設計溫度0~300℃材料牌號為QT400-18R;設計溫度-10~300℃材料牌號為QT400-18L。有些公司制造鑄鐵烘缸,缸體(筒)用灰鑄鐵材料,缸蓋(或軸)用球墨鑄鐵材料。如圖1所示烘缸缸體材料為灰鑄鐵HT300,缸蓋和軸材料為球墨鑄鐵QT400-18R。探傷試塊厚度應與所探傷鑄鐵烘缸材料厚度相同(或非常接近),以便于與試塊上人工缺陷進行對比。試驗采用試塊分別為灰鑄鐵HT300和球墨鑄鐵材料制作平底孔φ8mm。探傷缸體(筒)灰鑄鐵試塊厚度(聲程方向由探傷面到地面之間距離)為35mm及80mm兩種,由探傷面到平底孔之間距離對應為16mm和45mm(即對應平底孔深度為19mm及35mm)。平底孔直徑φ8mm來源于QB2551-2008《造紙機械用鑄鐵烘缸技術條件》標準3.4款的規(guī)定。試塊截面形狀為方形(也可為矩形,尺寸60~70mm),使之還具有調試與探傷面垂直面反射信號的功能,可用于探測表面開口的裂縫缺陷。2.3連接方法探傷方式為接觸耦合方式,耦合劑為機油。2.4超聲波探傷頻率的確定選擇合適的探傷頻率,有利于提高探傷靈敏度和缺陷檢出能力?；诣T鐵材料比球墨鑄鐵材料晶粒粗大,所以試驗選灰鑄鐵HT300厚度80mm方形試塊、探傷頻率為1.5MHz、2.0MHz、2.5MHz分別進行底波測試,波形顯示見圖2(2.5MHz)、圖3(2.0MHz)、圖4(1.5MHz)。波形顯示圖中,縱坐標表示波幅高度占顯示屏滿幅高度的百分數,橫坐標表示超聲波反射界面到探傷面之間的距離。由圖2~圖4可見,聲程方向80mm可以滿足檢測烘缸缸體壁厚范圍要求。探傷頻率降低,反射脈沖寬度增加,易掩蓋缺陷;而探傷頻率升高,草狀回波增高,容易混淆缺陷。因此,對灰鑄鐵材料超聲波檢測探傷頻率選擇2.5MHz較為合適。相比之下,球墨鑄鐵材料晶粒較小(與鑄鋼接近),超聲波檢測容易進行(見圖5)。2.5缺陷反射波幅高度相同時,可出現脈沖波形顯示探傷靈敏度是衡量缺陷檢出能力的指標,也是確定顯示缺陷有無、判定合格與否的指標。探傷靈敏度確定后,在該靈敏度下進行探傷,顯示屏上所顯示的脈沖波形表示在一定厚度范圍內的缺陷能夠被發(fā)現,并有脈沖波形顯示?？筛鶕毕莘瓷滹@示位置,確定缺陷所在位置;根據缺陷反射波幅位置及高度,對缺陷進行量化分析。一般情況下,缺陷反射波幅高度相同時,可有以下三種結果:(1)聲程小于人工試塊平底孔聲程,則缺陷尺寸小于人工試塊平底孔尺寸;(2)聲程等于人工試塊平底孔聲程,則缺陷尺寸等于人工試塊平底孔尺寸(或相當);(3)聲程大于人工試塊平底孔聲程,則缺陷尺寸大于人工試塊平底孔尺寸。(1)~(3)三種結果是指缺陷當量,不代表實際缺陷尺寸。因為超聲波有方向性,反射信號是在超聲波傳導方向上界面反射,不能顯示空間立體實際缺陷尺寸。2.6探傷反射波的一般特征試驗所用探頭均為單晶直探頭。實際上,直探傷也可以選擇雙晶直探頭。雙晶探頭由于聲波疊加原理,反射信號強度高于單晶直探頭(缺陷檢出率高)。因此,許多球墨鑄鐵件超聲波探傷常使用雙晶探頭。需要說明的是,調試靈敏度用的探頭即是探傷所用探頭,不可單、雙晶探頭混用。雙晶直探傷與單晶直探傷反射信號不同,雙晶直探傷無始波反射信號,不要與斜探傷反射信號混淆了。一般雙晶探傷反射波幅較寬,接近呈等腰三角形。而單晶探傷反射波幅較窄,呈斜三角形。烘缸表面開口裂縫缺陷一般深度方向為半徑方向,長度方向多為圓周向(少數為軸向)。對表面開口裂縫缺陷探傷采用斜探頭,探傷頻率2.5MHz,K=2.5~3.0。K值的意義:超聲波在介質中傳播,由于介質改變產生折射現象,改變了原來的傳播方向,超聲波入射折射線與法線(與入射面垂直)的夾角稱為折射角,折射角的正切值即K值。因為烘缸表面開口裂縫缺陷深度方向大多與表面垂直(探傷面),K值大即折射角大,超聲波束越接近垂直裂縫斷面,反射信號越強,有利于發(fā)現缺陷。3入射點到接頭前沿的距離超聲波探傷反射波波形顯示是評價材料質量優(yōu)劣的依據。波形顯示圖中,縱坐標表示波幅高度占顯示屏滿幅高度的百分數,橫坐標表示超聲波反射界面到探傷面之間的距離。對直探傷來說,就是厚度方向的距離。對斜探傷,橫坐標表示超聲波由入射點到反射界面之間的距離(聲程方向,亦即折射線方向)。斜探傷探頭入射點位置及入射點到探頭前沿的距離需用I型標準試塊測出(注意,由于磨損斜探頭入射點位置及入射點到探頭前沿的距離會改變,折射角變化需要經常測量)。所以,斜探傷反射波波形顯示橫坐標與直探傷意義不同。斜探傷傷波反射點位置通過入射點到反射點水平距離和入射點到反射點垂直距離來描述。斜探傷傷波反射點水平距離包含入射點到探頭前沿的距離,利用三角函數關系可計算出入射點到反射點的水平距離和入射點到反射點的垂直距離,從而達到對缺陷定位的目的。檢測出烘缸存在表面開口裂縫缺陷,需要測量裂縫沿表面延伸長度和深度當量。探頭聲束發(fā)射方向保持垂直于裂縫沿表面延伸長度方向,并平行于裂縫沿表面延伸長度方向移動。當探頭移動到某點反射傷波剛好消失,可近似將該點作為裂縫長度一端點。同樣方法可測得另一端點,兩端點之間距離即所測裂縫長度當量。測量裂縫深度當量時,將探頭聲束發(fā)射方向保持垂直于裂縫沿表面延伸長度方向,向遠離裂縫開口方向移動探頭到某點反射傷波剛好消失,則判定該點作為裂縫最大深度點,入射點到該點垂直距離即裂縫深度當量。4u2004超聲波探傷技術的應用前景上述超聲波探傷試驗的結果充分說明,在現有國產儀器條件下,對鑄鐵烘缸(灰鑄鐵或球墨鑄鐵材料)進行超聲波探傷是可行的。在沒有鑄鐵構件超聲波探傷標準規(guī)范的情況下,可依據TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》、GB/T9439-2011《灰鑄鐵件》、QB2551-2008《造紙機械用鑄鐵烘缸技術條件》以及相關標準規(guī)范,自行制作試塊進行比較判別,達到量化的目的。相信在不久的將來,隨著鑄鐵構件超聲波探傷標準的頒布和新儀器的出現,超聲波探傷技術必將更加完善。鑄鐵烘缸廣泛用于造紙機中對紙幅進行干燥,產品遍布世界各地造紙廠。由于鑄鐵烘缸屬特種壓力容器,國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定,產品需要進行嚴格檢驗。國外一些發(fā)達國家已有鑄鐵烘缸無損檢測規(guī)范,目前國內還沒有。許多用戶洽談采購協(xié)議時,常會提出烘缸無損檢測要求,有些烘缸制造廠以國內還沒有標準規(guī)范為理由進行規(guī)避。鑄鐵材料一般為脆性材料,尤其是灰鑄鐵材料,晶粒粗大,不規(guī)則排布的晶界處對超聲波形成散射,在顯示屏上顯示草狀回波,人們認為可掩蓋一部分缺陷。烘缸鑄造時放置方向為筒體軸線與地面垂直方向(離心鑄造除外),在重力作用下,重金屬會向下沉積,而一些較輕