鋼管橫波周向檢測方法的研究

鋼管橫波周向檢測方法的研究

1鋼中橫波全聲程的一部分檢測方法,分管道分為管子、螺旋焊管和直縫管，其檢測方法不同。無縫鋼管主要是檢測母材,通常采用探頭組不動(dòng)鋼管螺旋前進(jìn)的方法,而且探頭與鋼管間保持有一定厚度的水層。在管材中任何一種形狀的缺陷都可以影射為軸向或徑向的缺陷,軸向缺陷是管材存在的主要缺陷。圖1所示為橫波周向檢測,將縱波線聚集直探頭垂直放置在鋼管上方一定的高度,探頭與工件間存在水層,當(dāng)探頭偏離中心時(shí),縱波傾斜入射到水/鋼界面,當(dāng)入射角適當(dāng)時(shí),可在鋼管內(nèi)實(shí)現(xiàn)純橫波檢測,水層厚度要為鋼中橫波全聲程的一半以上。這種檢測方法,需要事先根據(jù)管材的尺寸計(jì)算偏心距、水層厚度和焦距,然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)加工。適當(dāng)?shù)钠木嗫梢允沟贸暵暿軖卟榈絻?nèi)壁。計(jì)算公式為:偏心距范圍:0.458r≥X≥0.251R取平均值xˉ=0.458r+0.251R2(1)xˉ=0.458r+0.251R2(1)式中R—外管徑;r—內(nèi)管徑。為了保證外壁回波在水/鋼界面的第二次回波之前,水層厚度應(yīng)大于鋼管中橫波全聲程的一半,其計(jì)算公式較復(fù)雜,通?？梢圆捎煤喕健Ｋ畬雍穸菻=R2?r2??????√(2)Η=R2-r2(2)同樣為保證探頭能聚集在工件中,焦點(diǎn)位置如圖1所示,簡化計(jì)算公式為。焦距F=H+R2?r2??????√(3)F=Η+R2-r2(3)圖2所示為軸向檢測,與周向檢測相比,不需要計(jì)算偏心距,但要計(jì)算傾斜角度以及水層厚度。傾斜角度則要求能在管材中產(chǎn)生純橫波,即要求在第一臨界角和第二臨界角之間,同時(shí)還要考慮到壁厚采用合適的折射角度。水層厚度同樣要求大于鋼管中橫波全聲程的一半。無縫鋼管通常采用局部液浸法,大管徑多使用噴水柱法(探頭置于噴嘴內(nèi),進(jìn)入噴嘴的水以均勻水柱形式噴射到被檢材料表面來實(shí)現(xiàn)聲耦合),小管徑除采用噴水柱法還可采用溢水法(在被檢材料下部裝設(shè)溢水箱,探頭裝置在水箱內(nèi),從下往上發(fā)射超聲波束進(jìn)入被檢材料,被檢材料在進(jìn)給移動(dòng)過程中與溢水面接觸,形成聲耦合)。噴水法對機(jī)械條件要求較高,如果在噴水中水流不穩(wěn)定,就會形成水層波甚至耦合失效,這是值得注意的。2缺陷發(fā)現(xiàn)的條件鋼板的超聲檢測使用單晶直探頭(中厚板)和雙晶直探頭(薄板),自動(dòng)化超聲檢測則多使用單晶直探頭水層法檢測或者水膜法檢測,當(dāng)檢測對象為薄板時(shí)可以通過增加探頭與鋼板間的水層厚度來降低近場區(qū)的不利影響。如圖3所示,當(dāng)聲波從探頭發(fā)出經(jīng)過水再入射到鋼板中時(shí),首先會產(chǎn)生水鋼界面波C1、C2等并且鋼板底面也會產(chǎn)生回波B1、B2等,如圖4所示。而缺陷回波應(yīng)該在鋼板底波B1和水鋼一次界面回波C1間。因此在水浸探傷時(shí),缺陷回波會在水鋼界面回波和工件底面回波之間(即C1和B1之間)出現(xiàn),將水鋼界面波C1作為始波,通過讀取缺陷回波與C1波的距離差,就能得到缺陷的深度值,通過與工件底的高度比,就可能得到缺陷的當(dāng)量值。設(shè)水層厚度為H水,工件厚度為H鋼,水中聲速為V水,工件中聲速為V鋼,儀器中預(yù)置聲速為V,探頭本身的零點(diǎn)已去除,則:二次界面波深度HC2=2H水V水×V(4)ΗC2=2Η水V水×V(4)一次底波深HB1=H水V水×V+H鋼V鋼×V(5)ΗB1=Η水V水×V+Η鋼V鋼×V(5)當(dāng)HC2>HB1即C2波在B1波之后,由式(4)和式(5)可以推導(dǎo)出:H水>H鋼×V水V鋼>Η鋼×V水V鋼反之當(dāng)H水<H鋼×V水V鋼<Η鋼×V水V鋼時(shí)有HC2<HB1,即C2波在B1波之前。由于缺陷波是在B1波之前,因此如果C2波也在B1波之前,會導(dǎo)致缺陷波淹沒在C2波中,而不能正確發(fā)現(xiàn)缺陷,即在決定水層厚度時(shí)應(yīng)有:H水>H鋼×V水V鋼>Η鋼×V水V鋼這是有效地發(fā)現(xiàn)缺陷的必要條件之一。在圖4中,B1和B2波都在C2前,此時(shí)應(yīng)有H水>2H鋼×V水V鋼>2Η鋼×V水V鋼。以水浸法探鋼工件為例,取V1=1480m/s,V2=5920m/s,同樣可以推出如果要在一次與二次水鋼界面回波間出現(xiàn)n次工件底波,則有:H水≥nH鋼4(6)≥nΗ鋼4(6)即最低要求水層厚度為工件厚度的1/4,如要求出現(xiàn)兩次底波,則水層厚度至少應(yīng)為工