大口径壁厚壁钢管的超声波周向检测

大口径壁厚壁钢管的超声波周向检测

高压硫今天是锅炉制造行业不可或缺的原材料。无缝钢管是通过穿孔法和高速挤压法制造,大多数缺陷与管材轴线平行,因此管材检测以沿管材外圆周向扫查为主,也可能存在与管材轴线相垂直的缺陷,必要时还应沿轴线方向进行斜入射检测。对厚壁圆筒形工件(如高压无缝钢管φ219mm×60mm)用纯横波进行周向检测时,超声波横波能探测到的最大壁厚受第一临界角的限制(壁厚t与外径D之比≤0.226),而当t/D≥0.226时,横波扫查不到管子内壁。利用61°反射,产生较强的变形横波波束来探测内壁缺陷,最大增加到t/D=0.26。因此用纯横波对φ219mm×60mm无缝钢管的周向直接接触法检测是不可行的。由于条件所限,也不能采用水浸法进行横波检测。笔者介绍了对高压无缝钢管(φ219mm×60mm,其内外径之比为0.452,t/D=0.274)进行纵波斜探头周向检测的原理及方法。1参数的选择和测试方法1.1检测c—纵波斜入射角α的选择如图1所示,当主声束与内壁相切时可得:式中r——内半径;β——纵波折射角。将钢管的r和R代入式(1),得sinβ=0.4521,β=26.9°;又根据折射定律可知:式中c1——有机玻璃纵波声速;c2——钢中纵波声速。则可求得α=12.1°。因此选择α=10°,βs=11.9°和βL=22°入射角的纵波斜探头对钢管进行检测。1.2质量缺陷选取钢管长度L=200mm,δ=40mm(无≥φ2mm当量的自然缺陷),根据GB/T5777—1996标准中5.4.3中注2规定,在钢管内外壁均制作深度h=3mm的60°V型槽(图2)。1.3外圆探伤v型槽将2.5P13×13的α=10°纵波斜探头(其钢中βS=12°,βL=22°)磨成与φ219mm×60mm钢管外圆一致的曲面,用直射波对准管内壁的人工V型槽,其最高波高调至满屏80%,移动探头,找出外壁人工V型槽的最大回波(10%左右),在荧光屏上标出并连接两点,得距离-波幅曲线,作为检测时的基准灵敏度。探伤过程中提高6dB作为对钢管进行周向检测的扫查灵敏度。每根管子从管子两端沿相反方向各检测一次。2射角等于第一临界角由超声波的折射原理可知,采用纵波倾斜入射探伤,当入射角α小于第一临界角时,被检工件中同时存在折射横波和折射纵波。可以从超声波对两种反射波的不同声压(内壁反射波高)和传播时间(内壁反射波位置)进行区分。2.1射波的次数对饮料反射效果的影响纵波检测时,由于探头承担发射和接收的双重功能,其声压的透射和反射应该用超声波的往复透过率来衡量。从图3中可知,αL=27.6°～57.7°时,钢中只有折射横波存在,无折射纵波。折射横波的往复透射率最高不超过30%。当αL=10°时,折射纵波的往复透射率TLL=21%,折射横波的往复透射率TLS=2%,由此可得折射纵波、横波的往复透射率之间相差201g(21/2)=20dB。将折射纵波的第一次反射波高(即内壁槽的反射波)调整到满刻度的80%,其折射横波的波高为201g(80/x)=20dB,x=8%。即横波反射波高只有8%。2.2反射波的时间比由图4可知,αL=10°时纵波声程LL=74mm,横波声程Ls=63mm。这时横波、纵波所用时间比为(63.1/3230)/(73.82/5900)=1.56。按纵波声程1:1调整仪器的距离-波幅曲线时,纵波内壁缺陷反射波在仪器上显示刻度为73.82mm处,横波内壁缺陷反射波在115.16mm处。横波的内壁缺陷反射波在纵波的内壁缺陷反射波之后,如图5所示,不会影响缺陷的判断。2.3检测结果分析由于采用入射角αL=10°探头探伤,在第二介质中既有横波又有纵波,那么,对于管材内部同一缺陷波到底是纵波还是横波发现的缺陷波,可用以下方法来判定:(1)由表1可查出,219mm×60mm钢管中某深度缺陷的纵波和横波的声程。(2)用纵、横波的声程和声速可算出纵、横波到该缺陷处所用的时间,这样就可得到荧光屏上纵、横波发现同一缺陷时缺陷波所处的不同位置。(3)在检测过程中,按声程1:1调节仪器时,发现有缺陷波1时,向缺陷方向移动探头,若仍可发现一波高为其波高8%,荧光屏显示位置固定的波2时,则两波均为同一缺陷波,波1为纵波发现的缺陷波,波2为横波发现的缺陷波。可见,纵波和横波发现的缺陷是可区分的。3缺陷波发现原理笔者曾按上述1.3方法检测了11支φ219mm×60钢管,发现其中一支钢管有两处在显示器上显示有缺陷波L1,将该波调至80%波高处,然后将探头沿靠近缺陷方向移动时,会发现有缺陷波S1,两反射波的波高和位置如图6所示。通过查表可知,这两个缺陷波均是底部(60mm处)同一缺陷的反射波,其中L1为纵波发现的缺陷波,S1为横波发现的缺陷波。将该管剖开后发现实物上的缺陷(图7)