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技术应用

奥氏体不锈钢焊缝超声波探伤

奥氏体不锈钢焊缝超声波探伤

 

一.材料组织特点

奥氏体不锈钢焊缝凝固时未发生相变,室温下仍以铸态柱状奥氏体晶粒存在,这种柱状晶的晶粒粗大,组织不均,具有明显的各向异性,给超声波探伤带来许多困难,奥氏体不锈钢对接焊缝晶粒取向大致垂直与坡口柱状晶的特点是同一晶粒从不同方向测定有不同的尺寸,对于这种晶粒从不同方向探测引起的衰减与信噪比不同,当波束与柱状晶垂直时其衰减较大,信噪比较低。

手工多道焊成的奥氏体不锈钢焊缝,由于焊接工艺、规范存在差异,致使焊缝中不同部位的组织不同,声速及声阻抗也随之发生变化,从而使声速传播方向产生偏离,给缺陷定位带来困难。

二.探测条件的选择

1.波形:

超声波探伤中的信噪比及衰减与波长有关,当材质晶粒较粗,波长较短时信噪比低,衰减大。因此在奥氏体不锈钢焊缝中,一般选用纵波探伤,横波在奥氏体焊缝中不传播。

2.探头角度(K值):

奥氏体焊缝中危险性缺陷方向大多与探测面成一定角度,为了有效地检出焊缝中这种危险性缺陷,一般采用纵波斜探头探伤。由于奥氏体不锈钢焊缝为柱状晶,不同方向探测信噪比和衰减不同,因此纵波斜探头的折射角度选择要合理。实践证明,对于对接焊缝采用纵波折射角bL=45°既K1纵波斜探头探测信噪比高衰减较小。当焊缝较薄时也可采用bL=60°的探头探测,但灵敏度降低较为明显。

3.频率;

探伤奥氏体不锈纲焊缝时频率对衰减的影响很大,频率愈高,衰减愈大,穿透力愈低,奥氏体不锈钢焊缝晶粒粗大,宜选用较低的探伤频率,通常为0、5----2、5MHZ,实践证明2MHZ较好。

4.校准试块、对比试块的选择

材料组织特点可知,奥氏体不锈钢材料本身及焊缝与普通钢材有很大差别,目前很多标准要求用CSK---IA试块做距离校准,用CSKIIA试块做距离波幅曲线,通过下述试验可以看出误差很大,由于不同型号的奥氏体材料纵波声速差异很大,最好检测那一种型号的就用该种材料制作图二试块,并用同样的焊接方法形成焊缝。

 

 

 

锻件超声波探伤

 

 

 

1.1.1筒形锻件----轴向长度L大于其外径尺寸D的轴对称空心锻件.t为公称厚度.

 

1.1.2环形锻件----轴向长度L小于等于其外径尺寸D的轴对称空心件.t为公称厚度.

 

1.1.3饼形锻件----轴向长度L小于等于其外径D的轴对称形锻件.t为公称厚度.

 

1.1.4碗形锻件----用作容器封头,中心部份凹进去的轴对称形锻件.t为公称厚度.

 

1.1.5 方形锻件----相交面互相垂直的六面体锻件.

 

三维尺寸a、b、c中最上称厚度.

 

1.2 底波降低量GB/BF(dB)

 

无缺陷区的**次底波高度(GB)和有缺陷区的**次底波高度(BF)之比.由缺陷引起的底面反射的降低量用dB值表示.

 

1.3 密集区缺陷

 

当荧光屏扫描线上相当于50mm的声程范围内同时有5个或者5个以上的缺陷反射信号;或者在50mm×50mm的探测面上发现同一深度范围内有5个或5个以上的缺陷反射信号.

 

1.4 缺陷当量直径

 

用AVG方法求出的假定与超声波束相垂直的平底孔的直径,称为缺陷当量直径,或简称为当量直径.

 

1.5 AVG曲线

 

以纵座标轴表示相对的反射回波高度,以横座标轴表示声程,对不同直径且假定与超声波束相垂直的圆平面缺陷所画出的曲线图叫AVG曲线,亦称为DGS曲线.

 

2探伤人员

 

锻件探伤应由具有一定基础知识和锻件探伤经验,并经考核取得国家认可的资格证书者担任.

 

3探伤器材

 

3.1 探伤仪

 

3.1.1应采用A型脉冲反射式超声波探伤仪,其频响范围至少应在1MHz~5Mhz内.

 

3.1.2仪器应至少在满刻度的75%范围内呈线性显示(误差在5%以内),垂直线性误差应不大于5%.

 

3.1.3仪器和探头的组合灵敏度:在达到所探工件最大程处的探伤灵敏度时,有效灵敏度余量至少为10dB.

 

3.1.4衰减器的精度和范围,仪器的水平线性、动态范围等均应队伍ZBY230-84《A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件》中的有关规定.

 

3.2 探头

 

3.2.1 探头的公称频率主要为2.5Mhz,频率误差为±10%.

 

3.2.2 主要采用晶片尺寸为Φ20mm的硬保护膜直探头.

 

3.2.3 必要时也可采用2MHzs或25MHz,以及晶片尺寸不大于Φ28mm探头.

 

3.2.4 探头主声束应无双峰,无偏斜.

 

3.3 耦合剂

 

可采用机油、甘油等透声性能好,且不损害工件的液体.

 

4探伤时机及准备工作

 

4.1 探伤时机

 

探伤原则上应安排在最终热处理后,在槽、孔、台级等加工前,比较简单的几何形状下进行.热处理后锻件形状若不适于超声波探伤也可在热处理前进行.但在热处理后,仍应对锻件尽可能完全进行探伤.

 

4.2 准备工作

 

4.2.1探伤面的光洁度不应低一地5,且表面平整均匀,并与反射面平等,圆柱形锻件其端面应与轴线相垂直,以便于轴向探伤.方形锻件的面应加工平整,相邻的端面应垂直.

 

4.2.2 探伤表面应无划伤以及油垢和油潜心物等附着物.

 

4.2.3 锻件的几何形状及表面检查均合格后,方可进行探伤.

 

4.3 重要区

 

锻件的重要区应在设计图样中或按JB755-85《压力容器锻件技术条件》予以注明.

 

5探伤方法

 

锻件一般应进行纵波探伤,对简形锻件还应进行横波探伤,但扫查部位和验收标准应由供需双方商定.

 

5.1 横波探伤

 

横波探伤应按附录B的要求进行.

 

5.2 纵波探伤

 

5.2.1 扫查方法

 

5.2.1.1锻件原则上应从两相互垂直的方向进行探伤,尽可能地探测到锻件的全体积,主要探测方向如图2所示,其他形状的锻件也可参照执行.

 

5.2.1.2 扫查范围:应对锻件整个表面进行连续**扫查.

 

5.2.1.3 扫查速度:探头移动速度不超过150mm/s.

 

5.2.1.4 扫查复盖应为探头直径的15%以上.

 

5.2.1.5 当锻件探测厚度大于400mm时,应从相对两端面探伤.

 

5.2.2 探伤灵敏度的校验

 

5.2.2.1原则上利用大平底采用计算法确定探伤灵敏度,对由于几何形状所限,以及缺陷在近场区内的工件,可采用试块法(见附录A).

 

5.2.2.2用底波法校正灵敏度,校正点的位置应选以工件上无缺陷的完好区域.

 

5.2.2.3曲面补偿:对于探测面是曲面而又无法采用底波法的工件,应采用曲率与工件相同或相近(0.7-1.1倍)的参考试块(见附录A);或者采用小直径晶片的探头,使其近场区的长度小于等于1/4工件半径,这样可不需进行曲面补偿.

 

5.2.2.4 探伤灵敏度不得低于Φ2mm当量直径.

 

5.2.3 缺陷当量的确定

 

5.2.3.1 采用AVG曲线及计算法确定缺陷当量.

 

5.2.3.2 计算缺陷当量时,当材质衰减系数超过4dB/m时,应考虑修正.

 

5.2.3.3 材质衰减系数的测定

 

a.应在被测工件无缺陷区域,选取三处有代表性的闰,求B1/B2的值,即**次底波高度(B1)与第二次底波高度(B2)之比的dB差值.

 

b. 衰减系数a(dB/m)的计算为

 

 

 

式中 T----声程,m.

 

5.2.3.4 AVG曲线图见附录C.

 

5.3 灵敏度的重新校验

 

5.3.1除每次探伤前应校准灵敏度外,遇有下述情况时,必须对探伤灵敏度进行重新校准.

 

a. 校正后的探头、耦合剂和仪器调节旋钮等发生任何改变时;

 

b. 开路电压波动或操作者怀疑灵敏度有变动时;

 

c. 连续工作4以上;

 

d. 工作结束时.

 

5.3.2当增益电平降低2dB以上时,应对上一次校准以来所有检查锻件进行复探;当增益电平升高2dB以上时,应对所有的记录信号进行重新评定.

 

6记录

 

6.1 记录当量直径超过Φ4mm的单个缺陷的波幅的位置.

 

6.2 密集性缺陷:记录密集性缺陷中最大当量缺陷的位置和分布.

 

6.2.1 饼形锻件应记录大于等于Φ4mm当量直径的缺陷密集区.

 

6.2.2 其他锻件应记录大于等于Φ3mm当密集区.

 

6.2.3缺陷密集区面积以50mm×50mm的方块作为最小量度单位,其边界可由半波高并法决定.

 

6.3 应按表2要求记底波降低量

 

6.4 衰减系数,若供需双方有规定时,应记录衰减系数.

 

7等级分类

 

7.1 单个缺陷反射的等级见表1.

 

表1 单个缺陷反射的等级

 

等级

 

 

 

 

 

 

缺陷当量

 

直径

 Φ4

 Φ4+(>5~8dB)

 Φ4+(>8~12dB)

 Φ4+(>12~16dB)

 Φ4+16dB)

 

 

7.2 底波降低量的等级见表2.

 

表2 由缺陷引起底波防低量的等级

 

等级

 

 

 

 

 

 

底波降低量

 BG/BF

 ≤8

 >8~14

 >14~20

 >20~26

 >26

 

 

注: ①在计算缺陷引起的底面反射降低量时,应扣除4dB/m的材质衰减.

 

②表2仅适用于声程大于一倍近场区的缺陷.

 

7.3 密集区缺陷等级见表3.

 

表3 密集区缺陷引起的等级

 

等级

 

 

 

 

 

 

密集区缺陷占探伤总面积百分比H

 0

 >0~5%

 >5~10%

 >10~20%

 >20%

 

 

注:表1至表3的等级应作为独立的等级分别使用.

 

7.4 如果工件的材质衰减对探伤效果有较大的影响时,应重新进行热处理.

 

7.5 按7.1、7.2、7.3节认定级别的缺陷,如果被探伤人员判定为危害性缺陷时,可以不受上述条文的限制.

 

8探伤报告

 

探伤报告不应少于以下内容.

 

8.1 工件情况

 

工件名称、材料牌号、编号、材质衰减、主要部位尺寸草图、探伤面的光洁度.

 

8.2 探伤条件

 

探伤仪型号、探头频率、晶片尺寸(k值)、探测方向、探伤灵敏度、参考反射体、耦合剂等.

 

8.3 探伤结果

 

8.3.1 缺陷位置、缺陷当量直径、底波降低区及缺陷分布示意图.

 

8.3.2 缺陷等级及其他.

 

8.4 探伤人员的资格证号、等级、姓名、报告签发人的资格证号、等级、姓名、日期.

 

附录A

 

试块要求

 

(补充件)

 

A.1 远场区使用,探测表面为平面时,应采用CS2型标准试块.

 

A.2 近场区使用,探测表面为平面时,应采用CS1型标准试块.

 

A.3 探伤面是曲面时,原则上应采用与工件具有大致相当曲率半径的对比试块,其具体形状如图A1.

 

附录B

 

横波探伤

 

(补充件)

 

B.1 横波探伤仅适用于内外径之比大于等于75%的环形和筒形锻件.

 

B.2 探头

 

B.2.1 探头公称频率主要为2.5MHz,也可用2MHz.

 

B.2.2 探头晶片面积为140-400mm2.

 

B.2.3 原则上应采用K1探头,但根据工件几何形状的不同,也可采用其他的K值探头.

 

B.3 参考反射体

 

B.3.1

 

为了调整探伤灵敏度,利用被探工件壁厚或长度上的加工余部份制作对比试块,在锻件的内外表面,分别沿轴向和周向加工平行的V形槽作为标准沟槽.V形槽长度为25mm,深度为锻件壁厚的1%,角度为60°.也可用其他等效的反射体(如边角反射等).

 

B.4 探伤方法

 

B.4.1 扫查方法

 

B.4.1.1 扫查方向见图B1.

 

B.4.1.2 探头移动速度不应超过150mm/s.

 

B.4.1.3 扫查复盖应为探头宽度的15%以上.

 

B.4.2 灵敏度检验

 

从锻件外圆面将探头对准内圆面的标准沟槽,调整增益,使最大反射高度为满幅的80%,将该值在面板上作一点,以其为探伤灵敏度;再移动探头探外圆面的标准沟槽,并将最大反射高度亦在面板上作一点,将以上二点用直线连接并延长,使之包括全部探伤范围,绘出距离---振幅曲线.内圆面探伤时以同一顺序进行,但探头斜楔应与内圆面曲率一致.

 

B.5 记录

 

记录超---振幅曲线一半的缺陷反射和缺陷检出位置.

 

附录C

 

AVG 曲线图

 

(参考件)

 

C.1 AVG曲线参考图例如下:

 

C.2 AVG曲线图必须在CS1和CS2型标准试块上测定后绘制.

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