锻件超声波探伤中缺陷波和伪缺陷波的识别.pdf

作者简介 王科学 1980 男 陕西咸阳人 助理工程师 本科 主要从事无损检测工作 收稿日期 2009 01 20 修回日期 2009 04 01 0引言 锻件广泛用于重型机械 能源 冶金 矿山 兵器 航空 航天 石油 化工等行业的关键设备 它常用于 承受复杂应力 冲击振动和重负载荷的零部件 这些零 部件如果失效或损坏将会产生严重后果 轻则导致系 统功能失效 重则会危及人身安全 造成重大经济损 失 如何正确识别锻件的缺陷和伪缺陷回波 对指导 锻件生产具有重要意义 1常见锻件缺陷回波识别 1 1根据缺陷特征分析缺陷性质 对于平面状缺陷 从不同方向探测 缺陷回波高度 显著不同 在垂直于缺陷方向探测 缺陷回波高 在平 行于缺陷方向探测 缺陷回波低 甚至无缺陷回波 一 般来说裂纹 夹层 折叠等属于这种缺陷 对于点状缺 陷从不同方向探测 缺陷回波无明显变化 一般包括气 孔 单个气孔和密集气孔 和点状夹渣 气孔和点状夹渣 的缺陷回波高度低 波形较稳定 从各方向探测 反射 波高大致相同 但稍一移动探头就消失 但两者也有所 不同 其原因主要是其内含物声阻抗的不同 白点 气 孔等内含气体 声阻抗小 反射率更高 波形陡直尖锐 而金属夹渣或非金属夹渣声阻抗较大 反射回波低 另 外不同类型的缺陷反射波形状也有差别 气孔表面平 滑 界面反射率高 波形陡直尖锐 而夹渣表面粗糙 界 面反射率低 波形宽大并带有锯齿如图1所示 1 2动态波形法分析法 动态波形指探头在探测面上移动时缺陷波的变化 情况 常见缺陷的动态波形如图2所示 2常见伪缺陷波的识别 在锻件超声波探伤检测中 示波屏上除了始波 底 波和缺陷波外 还会出现其他的信号的伪缺陷波 主要 有迟到波 三角反射波 61 反射波 仪器及探头引起的 杂波 工件轮廓回波 幻像回波 草状回波及其他原因 引起的伪缺陷波 1 伪缺陷波并非工件中缺陷所造成的反射信号 但 这类波的存在影响了对缺陷波的正确判别 下面我们 主要阐述伪缺陷波特点及识别方法 2 1迟到波 当纵波直探头置于细长工件或试块上时 扩散纵 波波束在侧壁产生波形转换 转换为横波 此横波在另 一侧面又转换为纵波 最后经过底面反射回到探头 被 探头接收从而在示波屏上出现一个回波 由于转换的 横波声程长 波速小 传播时间较直接从底面反射的纵 波长 因此转换后的波总是出现在第一次底波B1之 后 故称未迟到波 又由于变形横波可能在两侧壁产 生多次反射 每反射一次就会出现一个迟到波 因此迟 到波往往有多个 如图3中的H1 H2 锻件超声波探伤中缺陷波和伪缺陷波的识别 王科学1 赵敏2 1 山西百一机械设备制造有限公司 2 山西太钢不锈钢股份有限公司第二炼钢厂 山西太原030003 摘要 在超声波检测中根据锻件反射底波与缺陷波的静态与动态波形特点 可以识别锻件内部缺陷 气孔 夹 渣 夹层 裂纹 白点 与伪缺陷 迟到波 三角反射波 61 反射波及其它杂波 对指导锻件生产具有重要意义 关键词 超生波探伤 缺陷波 非缺陷波 中图分类号 TE316 1 93 文献标识码 A 文章编号 1003 773X 2009 04 0073 03 图1气孔 夹渣反射波形区别图 图2不同缺陷动态波形区别图 注 图2中横坐标表示探头移动的距离 纵坐标表示波高 图3迟到波形示意图 第24卷第4期 总第109期 机 械 管 理 开 发2009年8月 Vol 24No 4 SUM No 109 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENTAug 2009 73 第24卷第4期 总第109期 机 械 管 理 开 发2009年8月 迟到波之间的纵波声程差 单程 是特定的 由图 可知L斜入射钢 空气界面 当 L 70 左右 s 33 左右时 变形横波很强 由此可以算出 x为 x 2 d cos s CL CS d tg s 2 d cos 33 5 900 3 230 d tg33 2 0 76 d 式中 为迟到波H1与底波B1的波程差 双程 D为 试件的直径或厚度 迟到波总是位于底波之后并且位置固定 而缺陷 波一般位于之前 因此 一般情况下迟到波不会干扰缺 陷波的判别 2 2三角反射波 纵波直探头径向探测实心圆柱体时 由于探头平 面与柱面接触面积小 使波束扩散角增加 这样扩散波 束就会在圆柱面上形成三角反射路径 从而在示波屏 上出现三角反射波 人们把反射称为三角反射 2 纵波 扩散波束在圆柱面上不发生波型转换 形成等边三角 形反射 其回波声程为 X1 dcos30 1 3d 如图4所示 纵波扩散波束在圆柱面上发生波型转换 即L S L 形成等腰三角形反射 其声程为 X2 dcos L3 2 1 2 CL CS dcos s 由 s 90 2 L和反射定律得 sin 1 sinas sin 2 sinas CL CS 对于钢可求出 L 35 6 s 18 8 X2 dcos35 6 1 2 5 900 3 230 dcos18 8 1 67d 由以上计算可知 两次三角反射波总是位于第一 次底波B1和第二次底波B2之间 而且位置特定 分别 为1 3 d和1 67 d 而缺陷波一般位于B1之前 因此三 角波一般也不会干扰缺陷波的判别 2 3 61 反射波 在直角三角形试块上若纵波人射角 与横波反 射角 的关系为 90 则会在示波屏特定位置上 出现反射波 如图5所示 90 可得 sin cos 由发射定律可得 sin sinas sin sinas tg CL CS 对于钢 tg CL CS 5 900 3 230 1 82 可得 61 所以这种反射称为61 反射 61 反射声程为 X61 a b CL CS a b tg BE EC BC 当探头在AB边上移动时 反射波的位置不变 其声 程恒等于直角三角形61 所对直角BC 2 4其它杂波 1 探头杂波 当探头 吸收块吸收不良时 会在 始波后出现一些杂波 当斜探头有机玻璃斜楔设计不 合理时 声波在有机玻璃内的反射回到晶片 也会引起 一些杂波 还有双晶直探头探测厚壁工件时 由于入 射角比较小 声波在延迟块内的多次反射也可能产生 一些非缺陷信号 干扰缺陷回波的判别 2 工件轮廓回波 表面沟槽引起的反射波 当超 声波扫查到表面形成的一道道沟槽时 会引起沟槽反 射 这种波一般出现在一 二次波处或稍偏后位置 波 形特点为不强烈迟钝 3 幻像回波 幻像回波的出现与脉冲重复频率有 关 对于锻件超声波检测 当重复频率过高时 第一个 同步脉冲回波没来得及出现 第二个同步脉冲又重新 扫描 如果材料透声性较好 就会在屏幕上出现幻像 波 影响对缺陷波的判别 出现此幻像波现象可以通 过脉冲重复频率 声速和检测范围计算出它的位置和 出现的个数 即幻像波的出现也是有规律可循的 实际 检测时 对锻件只要将脉冲重复频率调低一些 一般不 会出现幻像波 4 草状回波 超声波在锻件中传播 遇到声阻抗 不同的界面产生散乱反射引起衰减 散射衰减与材质 的晶粒密切相关 当材质晶粒粗大时 散射衰减严重 被散射的超声波沿着复杂的路径传播到探头 在示波 屏上引起草状回波 使信噪比下降 严重时会湮没缺陷 波 给超声波探伤带来许多困难 草状回波常出现在奥 氏体不锈钢的粗晶钢中 奥氏体不锈钢草状出现回波 时 常在锻造 轧制或固溶后进行超声波探伤 此时锻 件晶粒较细小 均匀 有利于超声波探伤 3结束语 在锻件探伤过程中 可能出现各种各样的非缺陷 回波 干扰对缺陷的识别 探伤人员应注意应用超声波 反射 折射和波形转换理论 并计算相应回波的声程来 分析判别示波屏上出现的各种非缺陷回波 从而达到 正确探伤的目的 图4三角反射波形示意图 图561 反射波示意图 下转第76页 74 第24卷第4期 总第109期 机 械 管 理 开 发2009年8月 上接第74页 参考文献 1 全国锅炉压力容器检测人员资格鉴定考核委员 考试委员会 编 超声波探伤 M 北京 中国锅炉压力容器安全出版社 1995 2 审委员会编 国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证 培训教材 超声波探伤 M 机械工业出版社 2006 The Identifaction of Defects wave and Non defects wave in Forging s Ultrasonic Testing WANG Ke xue1 ZHAO Min2 1 Shanxi Buyeasy Machinery Manufacture Co Ltd 2 No 2 Steelmaking Plant of Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd Taiyuan 030003 China Abstract According to the satic and dynamic waveform characteristics of reflective wave and defect ware in ultrasonic testing we can identify the defect wace porosity slag cracks white spot interlayer and non defect late wake triangle reflection wave extemal reflection wake and clutter Key words Ltrasonic testing Defects wave Non defects wave Application of YI Jig at Dongshan Coal Mine Coal Preparation Plant LIU Yan ping LI Jing yu Dongshan Coal Mine Ltd Taiyuan office Taiyuan 030043 China Abstract This paper introduces the equipment status and the condition of coal and chooses the YJ Jip This can improve the sorting results and enhance the economic benifit through the application of new equipment and technology Key words YT Jig Dual air chamker structure Thire generation Jig Bi frequency Multi frequency 盖板阀 盖板阀的优点是结构简单 调整灵活 如果进 气阀使用盖板阀 因其安装在风箱内 打开进气盖板 时 首先要克服背压 一是加大了动力消耗 二是盖板 打开后这部分动力将转化活塞运动的动力 而使活塞 运动力加强 易出现撞缸现象 立式滑阀包括阀芯和阀 体 结构较复杂 存在摩擦力 生产中 由于受排气过程 中喷黑水等影响 运动阻力加大 风阀受阻 行程不够 进气阀使用立式滑动风阀 避免了进气阀因使用盖板 阀需解决的背压及对高压风和低压风都要求较高的问 题 排气阀使用盖板阀 避免了立式滑阀常出现的风阀 受阻 行程不够 关闭不严等问题 5 自动控制排料系统 包括浮标 高精度角位移传 感器 软件实现的控制器 变频调速装置 电机和排料 装置 YT型跳汰机床层厚度传感器 主要由全程导向 浮标和电容式信号变送两部分组成 克服了其他跳汰 床层传感器信号测量不准 运动部件可靠性差等缺点 3YT型跳汰机的应用状况 2004年7月 我们厂先对机体状况较好的307跳 汰机进行改造 使用易通公司的自动控制系统和多室 共用数控风阀结构的低压供风系统 并在其技术人员 的指导下 自行制作安装了风水箱 将机体和筛下空气 室贯通 使二者有机结合 达到双空气室结构的效果 307跳汰机改造后 能够适应煤质变化大的特点 及时 调整周期制度 床层脉动均匀 波高一致 分选效果显 著改善 但是 由于风水箱制作安装时受现有空间条件 限制 各室对应的空气室比例不甚合理 为各室低压风 的调节带来了一定难度 由于使用原有机体 高度没有 变化 低压风的风压要求降低不显著 还需在0 03 MPa 左右 所以 2005年10月 我们厂对313跳汰机进行 全面更换改造 使用YT型跳汰机 与之配套给煤机使 用唐山汇力公司的LG系列链式给煤机 跳汰机排料 控制界面 设有给煤机变频器调节按钮 可根据煤质变 化及时调节变频器以控制给煤机速度 达到控制给煤 量目的 该给煤机保证了给料速度均匀 入料宽度上 分布均匀 厚度一致 为跳汰机提高入洗量和分选效 果提供保证 YT型跳汰机投入使用后 低压风风压 0 02 MPa即可满足要求 4经济效益分析 跳汰机改造后 生产状况有了较大改善 入洗量加 大 功耗减少 跳汰机分选效果明显提高 改型前后的 技术指标见表1 1 功耗减少 改型后 使用307 313跳 汰机 入洗量加大 少开一台L74WD鼓风机 配套电机 是132 kW 按月入洗原煤11万t 小时用电800 kW 算 可节约开车时间64 h 每月共可节约用电6 12万 kW h 一年就可节约36万元人民币 2 分选效率显著 改善 特别是13 0 5 mm粒级的物料分选精度提高 中 煤中精煤损失小 其回收率提高1 36 每年可多收精 煤1 80万t 与洗混煤的差价按640 300 340元计 可 创收612万元人民币 3 事故台时明显减少 减少了空 车运行时间 保证了生产时间的