高频电阻焊钢管焊缝纵向缺陷表面波检测

1、高频电阻焊钢管焊缝纵向缺陷表面波检测 由于检测标准、检测设备、检测方法及超声波探头、对比试块的限制,高频电阻焊钢管制造、安装过程中仍然存在大量纵向缺陷漏检的问题。本文对超声波检测方法、检测仪器、超声波探头、对比试块等进行了相应改进,取得了非常好的效果。1 漏检原因分析 高频电阻焊钢管焊缝(简称高频焊管)经常存在的未熔合缺陷与原检测方法中推荐的图1、图2所示两种对比试块中带N型刻槽的图2基本接近,可能出现的位置在焊缝由内壁至外壁任何深度范围以内。高频电阻焊钢管焊缝如图3所示。 依据表1参考图3可知,只有横波折射角度 满足1 = sin-1r/R时主声束才能与未熔合缺陷相互垂直,由此获得未熔合缺陷

2、的最大反射回波能量。假设检测时钢管本身是静止的,焊缝中接近钢管外表面的未熔合缺陷只有依靠探头沿着钢管外表面做逆时针方向移动,不同深度的未熔合缺陷才能先后与主声束完全垂直。然而,主声束越接近钢管外壁的未熔合缺陷,越容易形成近场探伤的状况,即处在钢管外壁附近的未熔合缺陷其反射回波的能量有可能远低于钢管内壁附近未熔合缺陷反射回波的能量。 检测前,检测灵敏度的确定一定在钢管与探头相对静止的情况下进行。检测开始钢管与探头之间的两的相对运动(纵向)非常快,平均可达每分钟80.0m左右,根本无法按逆或顺时针方向通过探头移动来确保主声束将钢管壁厚范围内的所有可能出现未熔合缺陷的任何位置全部覆盖。 通过图3(b

3、)不难看出,横波折射角度大于还是小于图3(a)所示的 1,主声束是直射到未熔合缺陷还是通过钢管内、外壁的多次反射扫查到未熔合缺陷,只有图3(a)所示主声束与焊缝中的未熔合缺陷完全垂直时,才能使未熔合缺陷的反射回波能量达到最大,这说明横波折射角度1的准确性是非常重要的。由于被检钢管的直径普遍较小,所用探头带有不同外圆周向曲率。针对图1、图2所示对比试块只能用来确定检测灵敏度,无法实现所用探头横波折射角度的校准与扫描基线校准,因此易造成未熔合缺陷漏检。 2 提高缺陷检出率的思路 根据超声波探伤的基本原理,表面波探头的折射角度只要大于73度(最大90度)被检工件内部就有表面波(表面波是横波的一种特例

4、)存在,因此对横波折射角度要求的不是非常严格。如果将表面波探头的纵波入射角设计成远大于第II临界角II,即使探头制作时折射角度的误差值较大,也能保证被检工件内部表面波的存在。同时,在规定厚度范围内表面波与任意深度的未熔合缺陷都是完全垂直的,即任意深度的未熔合缺陷反射回波的灵敏度余量基本相等。由于表面波所能检测的厚度约为波长的两倍,而波长= Cs/f,式中Cs= 2950m/s(表面波声速),f 为超声波频率。改变频率f 可改变表面波的波长,即可用表面波检测一定厚度范围内的焊缝。 问题的关键是如何验证图3接近钢管内、外表面焊缝中的未熔合缺陷都能被有效地检出且保证检测所需的灵敏度。利用21.3mm

5、×2.5mm规格高频电阻焊钢管,采用线切割方法分别沿焊缝长度方向制作了如图4外壁人工缺陷对比试块、图5内壁人工缺陷对比试块(对比试块总长度50.0mm)。试块中内、外壁模拟人工缺陷尺寸为0.2mm(深度) ×0.2mm(宽度)×5.0mm(长度),人工缺陷尺寸远小于图2对比试块中的缺陷尺寸。同时按 21.3mm ×2.5mm规格高频焊管,设计制作了规格为2.5P6×20BMR10.65mm外圆周。向曲率表面波探头, 此探头波长= Cs/f =2950m/s÷2.5MHz= 1.18mm,所能检测的工件厚度约为1.18mm×2

6、= 2.36mm。并按此规格参考图3,依据公式1= sin-1r/R= sin -1815/10.6550°设计制作了规格为5P6×20S50°横波探头。使用型号为CBC- 100型数字式超声波探伤仪器具备表面波距离校准功能(既扫描基线调整)与检测灵敏度确定功能。3 试样内、外壁人工缺陷灵敏度余量的比对(1)距离校准将选用的表面波探头放置在图6所示位置扫查对比试块外壁的人工缺陷,利用探伤仪的峰值搜索功能确定反射回波最高点,反射回波最高点确定后测量出对比试块上人工缺陷至探头外壳前端的距离(注意:表面波探头没有前沿的概念),将此距离值输入到探伤仪后经简单操作即可完成表

7、面波距离校准(即扫描基线调整)。(2)试样内外壁人工缺陷灵敏度余量比对测试将可以检测 21.3mm 2.5mm规格焊管的表面波探头完成距离校准。横波探头在图1、图2、图4、图5对比试样上无法实现距离校准,并与横波探头分别扫查图6与图7人工对比试样上相同规格的人工缺陷,峰值搜索确定缺陷反射回波最高点(每次测试缺陷反射回波高度分别调整到满屏高度的80%),通过探伤仪显示屏幕显示的数据与图形分别获得如下测试结果:a.用横波探头与表面波探头分别按图6所示扫查试样外表面人工缺陷,表面波探头缺陷反射回波的信噪比明显好于横波探头缺陷反射回波的信噪比。表面波探头缺陷反射回波的灵敏度余量高于横波探头缺陷反射回波

8、灵敏度余量3.9dB(见图8与图9)。b.用横波探头与表面波探头分别按图7所示扫查第3期 綦振国等:高频电阻焊钢管焊缝纵向缺陷表面波检测试样内表面人工缺陷,表面波探头缺陷反射回波的信噪比明显好于横波探头缺陷反射回波的信噪比。表面波探头缺陷反射回波的灵敏度余量高于横波探头缺陷反射回波灵敏度余量10.9dB(见图10与图11)。4 实验结论(1)观察图8与图10,横波探头分别按图6、图7所示方式检测对比试样的内、外壁人工缺陷,缺陷反射回波灵敏度余量相差7.0dB,说明用横波探头检测深度位置不同的未熔合缺陷时漏检的因素是存在的。(2)观察图9与图11,表面波探头分别按图6、图7所示方式检测对比试样的内、外壁人工缺陷,缺陷反射回波灵敏度余量相差0dB,说明用表面波探头检测深度位置不同的未熔合缺陷时漏检的因素不存在。实验结论