数字超声波检测技术的新进展

数字超声波检测技术的新进展

1超声清洗机法的重要性2为铸铁炉材料和试块超声检测过程2.1u3000e2004目前，国内超声波检测仪可满足检测要求。常用数字式超声波探伤仪型号有DUT-A60、MFD350和CTS9002等。与超声波探伤仪配套使用的换能器(探头)按发射超声波方向分为直探头和斜探头,按晶片数量分为单晶探头和双晶探头。后面试验使用DUT-A60型数字式超声波探伤仪,换能器为1.5MHzφ20、2.0MHzφ20、2.5MHzφ20三种单晶直探头、双晶直探头2.5MHzφ24和斜探头2.5MHzK2.5。2.2探伤设备和材料自制超声波探伤试块材料与所探伤铸铁烘缸材料牌号应相同。若相近材料,应进行补偿。TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》规定,灰铸铁压力容器材料牌号为,HT200、HT250、HT300、HT350。GB/T9439-2011《灰铸铁件》是在容规颁布后修订并实施的,新增加HT225、HT275两个牌号也应包括。球墨铸铁压力容器,设计温度0~300℃材料牌号为QT400-18R;设计温度-10~300℃材料牌号为QT400-18L。有些公司制造铸铁烘缸,缸体(筒)用灰铸铁材料,缸盖(或轴)用球墨铸铁材料。如图1所示烘缸缸体材料为灰铸铁HT300,缸盖和轴材料为球墨铸铁QT400-18R。探伤试块厚度应与所探伤铸铁烘缸材料厚度相同(或非常接近),以便于与试块上人工缺陷进行对比。试验采用试块分别为灰铸铁HT300和球墨铸铁材料制作平底孔φ8mm。探伤缸体(筒)灰铸铁试块厚度(声程方向由探伤面到地面之间距离)为35mm及80mm两种,由探伤面到平底孔之间距离对应为16mm和45mm(即对应平底孔深度为19mm及35mm)。平底孔直径φ8mm来源于QB2551-2008《造纸机械用铸铁烘缸技术条件》标准3.4款的规定。试块截面形状为方形(也可为矩形,尺寸60~70mm),使之还具有调试与探伤面垂直面反射信号的功能,可用于探测表面开口的裂缝缺陷。2.3连接方法探伤方式为接触耦合方式,耦合剂为机油。2.4超声波探伤频率的确定选择合适的探伤频率,有利于提高探伤灵敏度和缺陷检出能力。灰铸铁材料比球墨铸铁材料晶粒粗大,所以试验选灰铸铁HT300厚度80mm方形试块、探伤频率为1.5MHz、2.0MHz、2.5MHz分别进行底波测试,波形显示见图2(2.5MHz)、图3(2.0MHz)、图4(1.5MHz)。波形显示图中,纵坐标表示波幅高度占显示屏满幅高度的百分数,横坐标表示超声波反射界面到探伤面之间的距离。由图2~图4可见,声程方向80mm可以满足检测烘缸缸体壁厚范围要求。探伤频率降低,反射脉冲宽度增加,易掩盖缺陷;而探伤频率升高,草状回波增高,容易混淆缺陷。因此,对灰铸铁材料超声波检测探伤频率选择2.5MHz较为合适。相比之下,球墨铸铁材料晶粒较小(与铸钢接近),超声波检测容易进行(见图5)。2.5缺陷反射波幅高度相同时,可出现脉冲波形显示探伤灵敏度是衡量缺陷检出能力的指标,也是确定显示缺陷有无、判定合格与否的指标。探伤灵敏度确定后,在该灵敏度下进行探伤,显示屏上所显示的脉冲波形表示在一定厚度范围内的缺陷能够被发现,并有脉冲波形显示。可根据缺陷反射显示位置,确定缺陷所在位置;根据缺陷反射波幅位置及高度,对缺陷进行量化分析。一般情况下,缺陷反射波幅高度相同时,可有以下三种结果:(1)声程小于人工试块平底孔声程,则缺陷尺寸小于人工试块平底孔尺寸;(2)声程等于人工试块平底孔声程,则缺陷尺寸等于人工试块平底孔尺寸(或相当);(3)声程大于人工试块平底孔声程,则缺陷尺寸大于人工试块平底孔尺寸。(1)~(3)三种结果是指缺陷当量,不代表实际缺陷尺寸。因为超声波有方向性,反射信号是在超声波传导方向上界面反射,不能显示空间立体实际缺陷尺寸。2.6探伤反射波的一般特征试验所用探头均为单晶直探头。实际上,直探伤也可以选择双晶直探头。双晶探头由于声波叠加原理,反射信号强度高于单晶直探头(缺陷检出率高)。因此,许多球墨铸铁件超声波探伤常使用双晶探头。需要说明的是,调试灵敏度用的探头即是探伤所用探头,不可单、双晶探头混用。双晶直探伤与单晶直探伤反射信号不同,双晶直探伤无始波反射信号,不要与斜探伤反射信号混淆了。一般双晶探伤反射波幅较宽,接近呈等腰三角形。而单晶探伤反射波幅较窄,呈斜三角形。烘缸表面开口裂缝缺陷一般深度方向为半径方向,长度方向多为圆周向(少数为轴向)。对表面开口裂缝缺陷探伤采用斜探头,探伤频率2.5MHz,K=2.5~3.0。K值的意义:超声波在介质中传播,由于介质改变产生折射现象,改变了原来的传播方向,超声波入射折射线与法线(与入射面垂直)的夹角称为折射角,折射角的正切值即K值。因为烘缸表面开口裂缝缺陷深度方向大多与表面垂直(探伤面),K值大即折射角大,超声波束越接近垂直裂缝断面,反射信号越强,有利于发现缺陷。3入射点到接头前沿的距离超声波探伤反射波波形显示是评价材料质量优劣的依据。波形显示图中,纵坐标表示波幅高度占显示屏满幅高度的百分数,横坐标表示超声波反射界面到探伤面之间的距离。对直探伤来说,就是厚度方向的距离。对斜探伤,横坐标表示超声波由入射点到反射界面之间的距离(声程方向,亦即折射线方向)。斜探伤探头入射点位置及入射点到探头前沿的距离需用I型标准试块测出(注意,由于磨损斜探头入射点位置及入射点到探头前沿的距离会改变,折射角变化需要经常测量)。所以,斜探伤反射波波形显示横坐标与直探伤意义不同。斜探伤伤波反射点位置通过入射点到反射点水平距离和入射点到反射点垂直距离来描述。斜探伤伤波反射点水平距离包含入射点到探头前沿的距离,利用三角函数关系可计算出入射点到反射点的水平距离和入射点到反射点的垂直距离,从而达到对缺陷定位的目的。检测出烘缸存在表面开口裂缝缺陷,需要测量裂缝沿表面延伸长度和深度当量。探头声束发射方向保持垂直于裂缝沿表面延伸长度方向,并平行于裂缝沿表面延伸长度方向移动。当探头移动到某点反射伤波刚好消失,可近似将该点作为裂缝长度一端点。同样方法可测得另一端点,两端点之间距离即所测裂缝长度当量。测量裂缝深度当量时,将探头声束发射方向保持垂直于裂缝沿表面延伸长度方向,向远离裂缝开口方向移动探头到某点反射伤波刚好消失,则判定该点作为裂缝最大深度点,入射点到该点垂直距离即裂缝深度当量。4u2004超声波探伤技术的应用前景上述超声波探伤试验的结果充分说明,在现有国产仪器条件下,对铸铁烘缸(灰铸铁或球墨铸铁材料)进行超声波探伤是可行的。在没有铸铁构件超声波探伤标准规范的情况下,可依据TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》、GB/T9439-2011《灰铸铁件》、QB2551-2008《造纸机械用铸铁烘缸技术条件》以及相关标准规范,自行制作试块进行比较判别,达到量化的目的。相信在不久的将来,随着铸铁构件超声波探伤标准的颁布和新仪器的出现,超声波探伤技术必将更加完善。铸铁烘缸广泛用于造纸机中对纸幅进行干燥,产品遍布世界各地造纸厂。由于铸铁烘缸属特种压力容器,国家质量监督检验检疫总局TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》规定,产品需要进行严格检验。国外一些发达国家已有铸铁烘缸无损检测规范,目前国内还没有。许多用户洽谈采购协议时,常会提出烘缸无损检测要求,有些烘缸制造厂以国内还没有标准规范为理由进行规避。铸铁材料一般为脆性材料,尤其是灰铸铁材料,晶粒粗大,不规则排布的晶界处对超声波形成散射,在显示屏上显示草状回波,人们认为可掩盖一部分缺陷。烘缸铸造时放置方向为筒体轴线与地面垂直方向(离心铸造除外),在重力作用下,重金属会向下沉积,而一些较轻