奧氏體不銹鋼焊縫超聲波探傷

一.材料組織特點(diǎn)

奧氏體不銹鋼焊縫凝固時(shí)未發(fā)生相變,室溫下仍以鑄態(tài)柱狀?yuàn)W氏體晶粒存在,這種柱狀晶的晶粒粗大,組織不均,具有明顯的各向異性,給超聲波探傷帶來許多困難,奧氏體不銹鋼對(duì)接焊縫晶粒取向大致垂直與坡口柱狀晶的特點(diǎn)是同一晶粒從不同方向測定有不同的尺寸,對(duì)于這種晶粒從不同方向探測引起的衰減與信噪比不同,當(dāng)波束與柱狀晶垂直時(shí)其衰減較大,信噪比較低。

手工多道焊成的奧氏體不銹鋼焊縫,由于焊接工藝、規(guī)范存在差異,致使焊縫中不同部位的組織不同,聲速及聲阻抗也隨之發(fā)生變化,從而使聲速傳播方向產(chǎn)生偏離，給缺陷定位帶來困難。

二．探測條件的選擇

1．波形：

超聲波探傷中的信噪比及衰減與波長有關(guān)，當(dāng)材質(zhì)晶粒較粗，波長較短時(shí)信噪比低，衰減大。因此在奧氏體不銹鋼焊縫中，一般選用縱波探傷，橫波在奧氏體焊縫中不傳播。

2．探頭角度（K值）：

奧氏體焊縫中危險(xiǎn)性缺陷方向大多與探測面成一定角度，為了有效地檢出焊縫中這種危險(xiǎn)性缺陷，一般采用縱波斜探頭探傷。由于奧氏體不銹鋼焊縫為柱狀晶，不同方向探測信噪比和衰減不同，因此縱波斜探頭的折射角度選擇要合理。實(shí)踐證明，對(duì)于對(duì)接焊縫采用縱波折射角bL=45°既K1縱波斜探頭探測信噪比高衰減較小。當(dāng)焊縫較薄時(shí)也可采用bL=60°的探頭探測，但靈敏度降低較為明顯。

3．頻率；

探傷奧氏體不銹綱焊縫時(shí)頻率對(duì)衰減的影響很大，頻率愈高，衰減愈大，穿透力愈低，奧氏體不銹鋼焊縫晶粒粗大，宜選用較低的探傷頻率，通常為0、5----2、5MHZ，實(shí)踐證明2MHZ較好。

4．校準(zhǔn)試塊、對(duì)比試塊的選擇

由“一”材料組織特點(diǎn)可知，奧氏體不銹鋼材料本身及焊縫與普通鋼材有很大差別，目前很多標(biāo)準(zhǔn)要求用CSK---IA試塊做距離校準(zhǔn)，用CSK—IIA試塊做距離波幅曲線，通過下述試驗(yàn)可以看出誤差很大，由于不同型號(hào)的奧氏體材料縱波聲速差異很大，最好檢測那一種型號(hào)的就用該種材料制作圖二試塊，并用同樣的焊接方法形成焊縫。

鍛件超聲波探傷

1.1.1筒形鍛件----軸向長度L大于其外徑尺寸D的軸對(duì)稱空心鍛件.t為公稱厚度.

1.1.2環(huán)形鍛件----軸向長度L小于等于其外徑尺寸D的軸對(duì)稱空心件.t為公稱厚度.

1.1.3餅形鍛件----軸向長度L小于等于其外徑D的軸對(duì)稱形鍛件.t為公稱厚度.

1.1.4碗形鍛件----用作容器封頭,中心部份凹進(jìn)去的軸對(duì)稱形鍛件.t為公稱厚度.

1.1.5 方形鍛件----相交面互相垂直的六面體鍛件.

三維尺寸a、b、c中最上稱厚度.

1.2 底波降低量GB/BF(dB)

無缺陷區(qū)的**次底波高度(GB)和有缺陷區(qū)的**次底波高度(BF)之比.由缺陷引起的底面反射的降低量用dB值表示.

1.3 密集區(qū)缺陷

當(dāng)熒光屏掃描線上相當(dāng)于50mm的聲程范圍內(nèi)同時(shí)有5個(gè)或者5個(gè)以上的缺陷反射信號(hào);或者在50mm×50mm的探測面上發(fā)現(xiàn)同一深度范圍內(nèi)有5個(gè)或5個(gè)以上的缺陷反射信號(hào).

1.4 缺陷當(dāng)量直徑

用AVG方法求出的假定與超聲波束相垂直的平底孔的直徑,稱為缺陷當(dāng)量直徑,或簡稱為當(dāng)量直徑.

1.5 AVG曲線

以縱座標(biāo)軸表示相對(duì)的反射回波高度,以橫座標(biāo)軸表示聲程,對(duì)不同直徑且假定與超聲波束相垂直的圓平面缺陷所畫出的曲線圖叫AVG曲線,亦稱為DGS曲線.

２探傷人員

鍛件探傷應(yīng)由具有一定基礎(chǔ)知識(shí)和鍛件探傷經(jīng)驗(yàn),并經(jīng)考核取得國家認(rèn)可的資格證書者擔(dān)任.

３探傷器材

3.1 探傷儀

3.1.1應(yīng)采用A型脈沖反射式超聲波探傷儀,其頻響范圍至少應(yīng)在1MHz～5Mhz內(nèi).

3.1.2儀器應(yīng)至少在滿刻度的75%范圍內(nèi)呈線性顯示(誤差在5%以內(nèi)),垂直線性誤差應(yīng)不大于5%.

3.1.3儀器和探頭的組合靈敏度:在達(dá)到所探工件最大程處的探傷靈敏度時(shí),有效靈敏度余量至少為10dB.

3.1.4衰減器的精度和范圍,儀器的水平線性、動(dòng)態(tài)范圍等均應(yīng)隊(duì)伍ZBY230-84《A型脈沖反射式超聲波探傷儀通用技術(shù)條件》中的有關(guān)規(guī)定.

3.2 探頭

3.2.1 探頭的公稱頻率主要為2.5Mhz,頻率誤差為±10%.

3.2.2 主要采用晶片尺寸為Φ20mm的硬保護(hù)膜直探頭.

3.2.3 必要時(shí)也可采用2MHzs或25MHz,以及晶片尺寸不大于Φ28mm探頭.

3.2.4 探頭主聲束應(yīng)**峰,無偏斜.

3.3 耦合劑

可采用機(jī)油、甘油等透聲性能好,且不損害工件的液體.

４探傷時(shí)機(jī)及準(zhǔn)備工作

4.1 探傷時(shí)機(jī)

探傷原則上應(yīng)安排在最終熱處理后,在槽、孔、臺(tái)級(jí)等加工前,比較簡單的幾何形狀下進(jìn)行.熱處理后鍛件形狀若不適于超聲波探傷也可在熱處理前進(jìn)行.但在熱處理后,仍應(yīng)對(duì)鍛件盡可能完全進(jìn)行探傷.

4.2 準(zhǔn)備工作

4.2.1探傷面的光潔度不應(yīng)低一地5,且表面平整均勻,并與反射面平等,圓柱形鍛件其端面應(yīng)與軸線相垂直,以便于軸向探傷.方形鍛件的面應(yīng)加工平整,相鄰的端面應(yīng)垂直.

4.2.2 探傷表面應(yīng)無劃傷以及油垢和油潛心物等附著物.

4.2.3 鍛件的幾何形狀及表面檢查均合格后,方可進(jìn)行探傷.

4.3 重要區(qū)

鍛件的重要區(qū)應(yīng)在設(shè)計(jì)圖樣中或按JB755-85《壓力容器鍛件技術(shù)條件》予以注明.

５探傷方法

鍛件一般應(yīng)進(jìn)行縱波探傷,對(duì)簡形鍛件還應(yīng)進(jìn)行橫波探傷,但掃查部位和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)由供需雙方商定.

5.1 橫波探傷

橫波探傷應(yīng)按附錄B的要求進(jìn)行.

5.2 縱波探傷

5.2.1 掃查方法

5.2.1.1鍛件原則上應(yīng)從兩相互垂直的方向進(jìn)行探傷,盡可能地探測到鍛件的全體積,主要探測方向如圖2所示,其他形狀的鍛件也可參照?qǐng)?zhí)行.

5.2.1.2 掃查范圍:應(yīng)對(duì)鍛件整個(gè)表面進(jìn)行連續(xù)**掃查.

5.2.1.3 掃查速度:探頭移動(dòng)速度不超過150mm/s.

5.2.1.4 掃查復(fù)蓋應(yīng)為探頭直徑的15%以上.

5.2.1.5 當(dāng)鍛件探測厚度大于400mm時(shí),應(yīng)從相對(duì)兩端面探傷.

5.2.2 探傷靈敏度的校驗(yàn)

5.2.2.1原則上利用大平底采用計(jì)算法確定探傷靈敏度,對(duì)由于幾何形狀所限,以及缺陷在近場區(qū)內(nèi)的工件,可采用試塊法(見附錄A).

5.2.2.2用底波法校正靈敏度,校正點(diǎn)的位置應(yīng)選以工件上無缺陷的完好區(qū)域.

5.2.2.3曲面補(bǔ)償:對(duì)于探測面是曲面而又無法采用底波法的工件,應(yīng)采用曲率與工件相同或相近(0.7-1.1倍)的參考試塊(見附錄A);或者采用小直徑晶片的探頭,使其近場區(qū)的長度小于等于1/4工件半徑,這樣可不需進(jìn)行曲面補(bǔ)償.

5.2.2.4 探傷靈敏度不得低于Φ2mm當(dāng)量直徑.

5.2.3 缺陷當(dāng)量的確定

5.2.3.1 采用AVG曲線及計(jì)算法確定缺陷當(dāng)量.

5.2.3.2 計(jì)算缺陷當(dāng)量時(shí),當(dāng)材質(zhì)衰減系數(shù)超過4dB/m時(shí),應(yīng)考慮修正.

5.2.3.3 材質(zhì)衰減系數(shù)的測定

a.應(yīng)在被測工件無缺陷區(qū)域,選取三處有代表性的閏,求B1/B2的值,即**次底波高度(B1)與**次底波高度(B2)之比的dB差值.

b. 衰減系數(shù)a(dB/m)的計(jì)算為

式中 T----聲程,m.

5.2.3.4 AVG曲線圖見附錄C.

5.3 靈敏度的重新校驗(yàn)

5.3.1除每次探傷前應(yīng)校準(zhǔn)靈敏度外,遇有下述情況時(shí),必須對(duì)探傷靈敏度進(jìn)行重新校準(zhǔn).

a. 校正后的探頭、耦合劑和儀器調(diào)節(jié)旋鈕等發(fā)生任何改變時(shí);

b. 開路電壓波動(dòng)或操作者懷疑靈敏度有變動(dòng)時(shí);

c. 連續(xù)工作4以上;

d. 工作結(jié)束時(shí).

5.3.2當(dāng)增益電平降低2dB以上時(shí),應(yīng)對(duì)上一次校準(zhǔn)以來所有檢查鍛件進(jìn)行復(fù)探;當(dāng)增益電平升高2dB以上時(shí),應(yīng)對(duì)所有的記錄信號(hào)進(jìn)行重新評(píng)定.

６記錄

6.1 記錄當(dāng)量直徑超過Φ4mm的單個(gè)缺陷的波幅的位置.

6.2 密集性缺陷:記錄密集性缺陷中最大當(dāng)量缺陷的位置和分布.

6.2.1 餅形鍛件應(yīng)記錄大于等于Φ4mm當(dāng)量直徑的缺陷密集區(qū).

6.2.2 其他鍛件應(yīng)記錄大于等于Φ3mm當(dāng)密集區(qū).

6.2.3缺陷密集區(qū)面積以50mm×50mm的方塊作為最小量度單位,其邊界可由半波高并法決定.

6.3 應(yīng)按表2要求記底波降低量

6.4 衰減系數(shù),若供需雙方有規(guī)定時(shí),應(yīng)記錄衰減系數(shù).

７等級(jí)分類

7.1 單個(gè)缺陷反射的等級(jí)見表1.

表1 單個(gè)缺陷反射的等級(jí)

等級(jí)

 Ⅰ

 Ⅱ

 Ⅲ

 Ⅳ

 Ⅴ

缺陷當(dāng)量

直徑

 ≤Φ4

 ＞Φ4+(＞5～8dB)

 Φ4+(＞8～12dB)

 Φ4+(＞12～16dB)

 ＞Φ4+16dB)

7.2 底波降低量的等級(jí)見表2.

表2 由缺陷引起底波防低量的等級(jí)

等級(jí)

  Ⅰ

 Ⅱ

 Ⅲ

 Ⅳ

 Ⅴ

底波降低量

 BG/BF

 ≤8

 ＞8～14

 ＞14～20

 ＞20～26

 ＞26

注: ①在計(jì)算缺陷引起的底面反射降低量時(shí),應(yīng)扣除4dB/m的材質(zhì)衰減.

②表2僅適用于聲程大于一倍近場區(qū)的缺陷.

7.3 密集區(qū)缺陷等級(jí)見表3.

表3 密集區(qū)缺陷引起的等級(jí)

等級(jí)

 Ⅰ

 Ⅱ

 Ⅲ

 Ⅳ

 Ⅴ

密集區(qū)缺陷占探傷總面積百分比H

 0

 ＞0～5%

 ＞5～10%

 ＞10～20%

 ＞20%

注:表1至表3的等級(jí)應(yīng)作為獨(dú)立的等級(jí)分別使用.

7.4 如果工件的材質(zhì)衰減對(duì)探傷效果有較大的影響時(shí),應(yīng)重新進(jìn)行熱處理.

7.5 按7.1、7.2、7.3節(jié)認(rèn)定級(jí)別的缺陷,如果被探傷人員判定為危害性缺陷時(shí),可以不受上述條文的限制.

８探傷報(bào)告

探傷報(bào)告不應(yīng)少于以下內(nèi)容.

8.1 工件情況

工件名稱、材料牌號(hào)、編號(hào)、材質(zhì)衰減、主要部位尺寸草圖、探傷面的光潔度.

8.2 探傷條件

探傷儀型號(hào)、探頭頻率、晶片尺寸(k值)、探測方向、探傷靈敏度、參考反射體、耦合劑等.

8.3 探傷結(jié)果

8.3.1 缺陷位置、缺陷當(dāng)量直徑、底波降低區(qū)及缺陷分布示意圖.

8.3.2 缺陷等級(jí)及其他.

8.4 探傷人員的資格證號(hào)、等級(jí)、姓名、報(bào)告簽發(fā)人的資格證號(hào)、等級(jí)、姓名、日期.

附錄A

試塊要求

(補(bǔ)充件)

A.1 遠(yuǎn)場區(qū)使用,探測表面為平面時(shí),應(yīng)采用CS2型標(biāo)準(zhǔn)試塊.

A.2 近場區(qū)使用,探測表面為平面時(shí),應(yīng)采用CS1型標(biāo)準(zhǔn)試塊.

A.3 探傷面是曲面時(shí),原則上應(yīng)采用與工件具有大致相當(dāng)曲率半徑的對(duì)比試塊,其具體形狀如圖A1.

附錄B

橫波探傷

(補(bǔ)充件)

B.1 橫波探傷僅適用于內(nèi)外徑之比大于等于75%的環(huán)形和筒形鍛件.

B.2 探頭

B.2.1 探頭公稱頻率主要為2.5MHz,也可用2MHz.

B.2.2 探頭晶片面積為140-400mm2.

B.2.3 原則上應(yīng)采用K1探頭,但根據(jù)工件幾何形狀的不同,也可采用其他的K值探頭.

B.3 參考反射體

B.3.1

為了調(diào)整探傷靈敏度,利用被探工件壁厚或長度上的加工余部份制作對(duì)比試塊,在鍛件的內(nèi)外表面,分別沿軸向和周向加工平行的V形槽作為標(biāo)準(zhǔn)溝槽.V形槽長度為25mm,深度為鍛件壁厚的1%,角度為60°.也可用其他等效的反射體(如邊角反射等).

B.4 探傷方法

B.4.1 掃查方法

B.4.1.1 掃查方向見圖B1.

B.4.1.2 探頭移動(dòng)速度不應(yīng)超過150mm/s.

B.4.1.3 掃查復(fù)蓋應(yīng)為探頭寬度的15%以上.

B.4.2 靈敏度檢驗(yàn)

從鍛件外圓面將探頭對(duì)準(zhǔn)內(nèi)圓面的標(biāo)準(zhǔn)溝槽,調(diào)整增益,使最大反射高度為滿幅的80%,將該值在面板上作一點(diǎn),以其為探傷靈敏度;再移動(dòng)探頭探外圓面的標(biāo)準(zhǔn)溝槽,并將最大反射高度亦在面板上作一點(diǎn),將以上二點(diǎn)用直線連接并延長,使之包括全部探傷范圍,繪出距離---振幅曲線.內(nèi)圓面探傷時(shí)以同一順序進(jìn)行,但探頭斜楔應(yīng)與內(nèi)圓面曲率一致.

B.5 記錄

記錄超---振幅曲線一半的缺陷反射和缺陷檢出位置.

附錄C

AVG 曲線圖

(參考件)

C.1 AVG曲線參考圖例如下:

C.2 AVG曲線圖必須在CS1和CS2型標(biāo)準(zhǔn)試塊上測定后繪制.