奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭的超聲檢測(cè)

奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭的超聲檢測(cè)1.1組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和檢測(cè)方法1.1.1組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)奧氏體焊縫凝固時(shí)未發(fā)生相變，室溫下以鑄態(tài)柱狀?yuàn)W氏體晶粒存在，具有以下特點(diǎn)：晶粒粗大。柱狀晶粒且各向異性。與母材存在明顯的異質(zhì)界面，特別是在熔合面處組織變化明顯。焊縫組織受焊接工藝及規(guī)范影響大。奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭的柱狀晶粒尺寸和取向受焊接工藝影響較大，一般晶粒沿冷卻方向生長(zhǎng)，取向基本垂直于熔化金屬凝固時(shí)的等溫線。焊接方法不同形成不同的焊接組織結(jié)構(gòu)，即使是同種焊接方法，不同的焊接順序也會(huì)導(dǎo)致晶粒結(jié)構(gòu)顯著差異而影響超聲波的傳播。1.1.2檢測(cè)方法奧氏體不銹鋼焊縫組織對(duì)超聲檢測(cè)是一種彈性非勻質(zhì)材料，對(duì)超聲檢測(cè)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：粗大晶粒的影響當(dāng)焊縫晶粒的直徑接近超聲波波長(zhǎng)的1/10時(shí)，就會(huì)有明顯的聲散射，當(dāng)晶粒直徑達(dá)到半個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，聲散射劇增，無(wú)法進(jìn)行超聲檢測(cè)。奧氏體焊縫的平均晶粒直徑一般大于0.5mm,長(zhǎng)度往往超過(guò)10mm,因此很難用一般的橫波斜探頭進(jìn)行超聲檢測(cè)。此外，雜亂的散射會(huì)導(dǎo)致信噪比降低，增加了奧氏體焊縫超聲檢測(cè)的難度。各向異性的影響超聲波在各項(xiàng)異性的介質(zhì)中傳播時(shí)，當(dāng)波束方向與晶軸之間的夾角在45o～49o之間時(shí)聲衰減最小，聲速最大；在0o和90o時(shí)，聲衰減最大，聲速最小。此外，在各向異性介質(zhì)中傳播的超聲波，超聲能量的傳輸方向并不與波前相垂直，從而造成超聲聲束被扭曲，對(duì)縱波來(lái)說(shuō)最大扭曲角約為15o～20o，而對(duì)橫波來(lái)說(shuō)最大扭曲角可達(dá)50o。由此可見(jiàn)，采用橫波檢測(cè)定位誤差很大，尤其是在焊縫中心部位這種影響更為嚴(yán)重，因此應(yīng)盡可能避免利用穿過(guò)焊縫中心的聲束檢測(cè)結(jié)果評(píng)定缺陷。異質(zhì)界面的影響奧氏體不銹鋼的焊縫熔合面與基體組織差異顯著，超聲波入射到該熔合面會(huì)發(fā)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生假信號(hào)，此外，焊縫內(nèi)部晶粒間的界面反射回波疊加累積也會(huì)產(chǎn)生假信號(hào)，而回波脈沖寬度越大，該現(xiàn)象越顯著。因此，采用窄脈沖探頭有助于減少假信號(hào)。焊接工藝、規(guī)范的影響為便于檢測(cè)，應(yīng)采用控制奧氏體焊縫的焊接工藝規(guī)范，來(lái)實(shí)現(xiàn)有利于超聲檢測(cè)的晶粒方向，盡可能采用45o～49o的聲束與晶軸之間的夾角來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)盡量減少焊縫受熱，對(duì)厚焊縫最好采用窄坡口。此外，如果能采取細(xì)化晶粒的手段將使焊縫具有良好的可檢性。奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭中常見(jiàn)缺陷主要有裂紋、夾雜、氣孔等缺陷，其中熱裂紋、再熱裂紋是奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭中最常見(jiàn)的缺陷，縱向和橫向分布都有可能。超聲波檢測(cè)奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭時(shí)，相同頻率的縱波波長(zhǎng)約為橫波波長(zhǎng)的兩倍，因此，推薦使用縱波斜入射進(jìn)行檢測(cè)，這有助于減小粗大晶粒的散射影響，而且縱波扭曲程度也小于橫波，有利于提高缺陷定位的準(zhǔn)確性，要求在采用縱波斜入射檢測(cè)時(shí)，僅使用直射波法，這有利于對(duì)缺陷定位定量。此外，對(duì)于近表面區(qū)域，推薦采用爬波探頭進(jìn)行檢測(cè)。雙晶爬波探頭檢測(cè)盲區(qū)小，且信噪比高。1.2檢測(cè)條件的的選擇1.2.1探頭和檢測(cè)儀1、探頭（1）探頭類型：一般選用高阻尼窄脈沖縱波單斜探頭或雙晶縱波聚焦斜探頭。這兩種探頭的脈沖寬度窄，可減小晶界的影響；聲束聚焦，可使特定區(qū)域波束面積減小，減小晶粒散射的作用面積，并能提高特定區(qū)域的靈敏度。另外，滿足靈敏度和信噪比要求的探頭還有單晶聚焦縱波斜探頭和相控陣探頭等。（2）探頭角度：由于奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭中的焊縫組織多為柱狀晶粒，不同方向檢測(cè)信噪比和衰減不同，因此，應(yīng)合理選擇縱波斜探頭的折射角。實(shí)踐證明，選用縱波折射角45o的縱波斜探頭檢測(cè)信噪比較高，衰減較小。（3）探頭頻率：奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭晶粒粗大，超聲檢測(cè)時(shí)，頻率越大，衰減越大，穿透力越低。因此，宜選用較低的檢測(cè)頻率，一般用0.5～2.5MHz。2、超聲檢測(cè)儀選擇的超聲檢測(cè)儀應(yīng)與選用的探頭、電纜相匹配，推薦選用帶寬可選功能的檢測(cè)儀，以便獲得最佳的靈敏度和信噪比。1.2.2對(duì)比試塊一般要求對(duì)比試塊應(yīng)包括對(duì)接焊接接頭。并且要求對(duì)比試塊的材料、幾何形狀、焊接工藝等應(yīng)與被檢工件相同，且不得存在大于或等于φ2mm平底孔當(dāng)量直徑的缺陷。JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)附錄N中采用的對(duì)比試塊的形狀和尺寸如圖1.56所示，其人工反射體為φ2mm×30mm的橫通孔。圖1.56奧氏體對(duì)接接頭檢測(cè)用對(duì)比試塊1.2.3耦合劑奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭超聲檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)選用透聲性好的耦合劑，如聲阻抗較大的甘油等，另外，一般還要求耦合劑對(duì)被檢工件無(wú)害。1.2.4可檢性評(píng)價(jià)進(jìn)行奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭超聲檢測(cè)前，應(yīng)針對(duì)選用的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行可檢性評(píng)價(jià)，以保證有意義的檢測(cè)結(jié)果。例如：JB/T4730.3-2005附錄N中要求，利用對(duì)比試塊分別測(cè)繪聲束通過(guò)母材和通過(guò)焊接接頭檢測(cè)參考反射體的兩條距離-波幅曲線，要求其間距小于10dB。1.3靈敏度調(diào)節(jié)和距離—波幅曲線利用縱波斜探頭檢測(cè)奧氏體不銹鋼對(duì)接焊接接頭時(shí)，一般用一次波法（直射波法）進(jìn)行檢測(cè)。需要利用對(duì)比試塊上的人工反射體采用直射波分別繪制檢測(cè)聲束穿過(guò)焊縫金屬和檢測(cè)聲束只在母材中傳播的兩條距離—波幅曲線。例如：采用JB/T4730.3-2005附錄N中的對(duì)比試塊進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，利用試塊上φ2mm×30mm的橫通孔繪制距離—波幅曲線，其靈敏度見(jiàn)表1.17。表1.17距離-波幅曲線靈敏度板厚，mmT≤50判廢線φ2×30-4dB定量線φ2×30-12dB評(píng)定線φ2×30-18dB采用爬波探頭檢測(cè)焊接接頭近表面區(qū)域時(shí)，人工反射體可以是表面開(kāi)口槽或距表面不同距離的一系列橫孔或平底孔，要求上述反射體一般應(yīng)位于焊縫中心線附近或熔合面處。1.4缺陷評(píng)定和質(zhì)量分級(jí)1.利用縱波斜探頭（單晶或雙晶）直射波法檢測(cè)工件時(shí)，由于奧氏體不銹鋼焊縫金屬對(duì)超聲波的傳播影響顯著，因此，進(jìn)行缺陷評(píng)定時(shí)，應(yīng)考慮一下評(píng)定準(zhǔn)則：（1）以掃查靈敏度進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，應(yīng)將從缺陷反射的回波信號(hào)與對(duì)比試塊中埋藏深度和位置最為接近的參考反射體的回波信號(hào)相比較。（2）凡是達(dá)到或超過(guò)定量線或參考反射體回波幅度的，必須在不同掃查方向進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)得到的不同數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，必要時(shí)可進(jìn)行補(bǔ)充檢驗(yàn)。（3）一般而言，如缺陷定位表明其位于焊接接頭中靠近檢測(cè)探頭一側(cè)，則應(yīng)利用檢測(cè)聲束只在母材中傳播的距離—波幅曲線進(jìn)行評(píng)定；如缺陷定位表明其遠(yuǎn)離檢測(cè)探頭位于焊接接頭另一側(cè)，則應(yīng)利用檢測(cè)聲束穿過(guò)焊縫金屬的距離—波幅曲線進(jìn)行評(píng)定。（4）如從焊縫兩側(cè)均能掃查的同一缺陷，則推薦利用受焊縫影響小的一側(cè)進(jìn)行評(píng)定。2.JB/T4730.3-2005附錄N中，關(guān)于奧氏體焊接接頭超聲檢測(cè)缺陷的評(píng)定規(guī)則和質(zhì)量分級(jí)的主要內(nèi)容如下：（1）超過(guò)評(píng)定線的回波應(yīng)注意其是否具有裂紋等危險(xiǎn)性缺陷特征，并結(jié)合缺陷位置、動(dòng)態(tài)波形和工藝特征做判定。如不能做出準(zhǔn)確判斷應(yīng)輔以其他方法作綜合評(píng)定。（2）當(dāng)缺陷的指示長(zhǎng)度小于10mm時(shí)，按5mm計(jì)。（3）相鄰兩缺陷間距小于較小缺陷長(zhǎng)度時(shí)，作為一條缺陷處理，兩缺陷長(zhǎng)度之和作為單個(gè)缺陷的指示長(zhǎng)度。條狀缺陷近視分布在一條直線上時(shí)，以兩端點(diǎn)距離作為其間距；點(diǎn)狀缺陷以兩缺陷中心距離作為其間距。（4）焊接接頭質(zhì)量等級(jí)評(píng)定按表1.18的規(guī)定進(jìn)行。表1.18焊接接頭質(zhì)量等級(jí)評(píng)定等級(jí)板厚T，mm