數(shù)字超聲波檢測(cè)技術(shù)的新進(jìn)展

數(shù)字超聲波檢測(cè)技術(shù)的新進(jìn)展

1超聲清洗機(jī)法的重要性2為鑄鐵爐材料和試塊超聲檢測(cè)過程2.1u3000e2004目前，國內(nèi)超聲波檢測(cè)儀可滿足檢測(cè)要求。常用數(shù)字式超聲波探傷儀型號(hào)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(shù)量分為單晶探頭和雙晶探頭。后面試驗(yàn)使用DUT-A60型數(shù)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(shè)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(hào)應(yīng)相同。若相近材料,應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定,灰鑄鐵壓力容器材料牌號(hào)為,HT200、HT250、HT300、HT350。GB/T9439-2011《灰鑄鐵件》是在容規(guī)頒布后修訂并實(shí)施的,新增加HT225、HT275兩個(gè)牌號(hào)也應(yīng)包括。球墨鑄鐵壓力容器,設(shè)計(jì)溫度0~300℃材料牌號(hào)為QT400-18R;設(shè)計(jì)溫度-10~300℃材料牌號(hào)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(yīng)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(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)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(duì)應(yīng)為16mm和45mm(即對(duì)應(yīng)平底孔深度為19mm及35mm)。平底孔直徑φ8mm來源于QB2551-2008《造紙機(jī)械用鑄鐵烘缸技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)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(diào)試與探傷面垂直面反射信號(hào)的功能,可用于探測(cè)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(jī)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(yàn)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(jìn)行底波測(cè)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(biāo)表示波幅高度占顯示屏滿幅高度的百分?jǐn)?shù),橫坐標(biāo)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(cè)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(duì)灰鑄鐵材料超聲波檢測(cè)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(cè)容易進(jìn)行(見圖5)。2.5缺陷反射波幅高度相同時(shí),可出現(xiàn)脈沖波形顯示探傷靈敏度是衡量缺陷檢出能力的指標(biāo),也是確定顯示缺陷有無、判定合格與否的指標(biāo)。探傷靈敏度確定后,在該靈敏度下進(jìn)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(nèi)的缺陷能夠被發(fā)現(xiàn),并有脈沖波形顯示?？筛鶕?jù)缺陷反射顯示位置,確定缺陷所在位置;根據(jù)缺陷反射波幅位置及高度,對(duì)缺陷進(jìn)行量化分析。一般情況下,缺陷反射波幅高度相同時(shí),可有以下三種結(jié)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(dāng));(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(jié)果是指缺陷當(dāng)量,不代表實(shí)際缺陷尺寸。因?yàn)槌暡ㄓ蟹较蛐?反射信號(hào)是在超聲波傳導(dǎo)方向上界面反射,不能顯示空間立體實(shí)際缺陷尺寸。2.6探傷反射波的一般特征試驗(yàn)所用探頭均為單晶直探頭。實(shí)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(hào)強(qiáng)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(diào)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(hào)不同,雙晶直探傷無始波反射信號(hào),不要與斜探傷反射信號(hào)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?yàn)榘霃椒较?長度方向多為圓周向(少數(shù)為軸向)。對(duì)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(zhì)中傳播,由于介質(zhì)改變產(chǎn)生折射現(xiàn)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?yàn)楹娓妆砻骈_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(hào)越強(qiáng),有利于發(fā)現(xiàn)缺陷。3入射點(diǎn)到接頭前沿的距離超聲波探傷反射波波形顯示是評(píng)價(jià)材料質(zhì)量?jī)?yōu)劣的依據(jù)。波形顯示圖中,縱坐標(biāo)表示波幅高度占顯示屏滿幅高度的百分?jǐn)?shù),橫坐標(biāo)表示超聲波反射界面到探傷面之間的距離。對(duì)直探傷來說,就是厚度方向的距離。對(duì)斜探傷,橫坐標(biāo)表示超聲波由入射點(diǎn)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(diǎn)位置及入射點(diǎn)到探頭前沿的距離需用I型標(biāo)準(zhǔn)試塊測(cè)出(注意,由于磨損斜探頭入射點(diǎn)位置及入射點(diǎn)到探頭前沿的距離會(huì)改變,折射角變化需要經(jīng)常測(cè)量)。所以,斜探傷反射波波形顯示橫坐標(biāo)與直探傷意義不同。斜探傷傷波反射點(diǎn)位置通過入射點(diǎn)到反射點(diǎn)水平距離和入射點(diǎn)到反射點(diǎn)垂直距離來描述。斜探傷傷波反射點(diǎn)水平距離包含入射點(diǎn)到探頭前沿的距離,利用三角函數(shù)關(guān)系可計(jì)算出入射點(diǎn)到反射點(diǎn)的水平距離和入射點(diǎn)到反射點(diǎn)的垂直距離,從而達(dá)到對(duì)缺陷定位的目的。檢測(cè)出烘缸存在表面開口裂縫缺陷,需要測(cè)量裂縫沿表面延伸長度和深度當(dāng)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(dòng)。當(dāng)探頭移動(dòng)到某點(diǎn)反射傷波剛好消失,可近似將該點(diǎn)作為裂縫長度一端點(diǎn)。同樣方法可測(cè)得另一端點(diǎn),兩端點(diǎn)之間距離即所測(cè)裂縫長度當(dāng)量。測(cè)量裂縫深度當(dāng)量時(shí),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(yuǎn)離裂縫開口方向移動(dòng)探頭到某點(diǎn)反射傷波剛好消失,則判定該點(diǎn)作為裂縫最大深度點(diǎn),入射點(diǎn)到該點(diǎn)垂直距離即裂縫深度當(dāng)量。4u2004超聲波探傷技術(shù)的應(yīng)用前景上述超聲波探傷試驗(yàn)的結(jié)果充分說明,在現(xiàn)有國產(chǎn)儀器條件下,對(duì)鑄鐵烘缸(灰鑄鐵或球墨鑄鐵材料)進(jìn)行超聲波探傷是可行的。在沒有鑄鐵構(gòu)件超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的情況下,可依據(jù)TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、GB/T9439-2011《灰鑄鐵件》、QB2551-2008《造紙機(jī)械用鑄鐵烘缸技術(shù)條件》以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,自行制作試塊進(jìn)行比較判別,達(dá)到量化的目的。相信在不久的將來,隨著鑄鐵構(gòu)件超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)的頒布和新儀器的出現(xiàn),超聲波探傷技術(shù)必將更加完善。鑄鐵烘缸廣泛用于造紙機(jī)中對(duì)紙幅進(jìn)行干燥,產(chǎn)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(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定,產(chǎn)品需要進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。國外一些發(fā)達(dá)國家已有鑄鐵烘缸無損檢測(cè)規(guī)范,目前國內(nèi)還沒有。許多用戶洽談采購協(xié)議時(shí),常會(huì)提出烘缸無損檢測(cè)要求,有些烘缸制造廠以國內(nèi)還沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為理由進(jìn)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(duì)超聲波形成散射,在顯示屏上顯示草狀回波,人們認(rèn)為可掩蓋一部分缺陷。烘缸鑄造時(shí)放置方向?yàn)橥搀w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(huì)向下沉積,而一些較輕