1、奧氏體不銹鋼焊縫的超聲探傷方法鄭中興(北京交通大學理學院,北京100044)摘要:總結了直到近幾年國內外對奧氏體不銹鋼焊縫的研究成果,并介紹了其特殊的探傷方法、所用試塊和不同條件下特殊探頭的選擇。關鍵詞:奧氏體不銹鋼;縱波斜探頭;堆焊層;疑似回波;對比試塊中圖分類號:TG115.28文獻標識碼:A文章編號:167124423(2005)1超聲波探傷時的要點1.1在母材上的要點、林狀回波產生并,會造成焊接金屬內部或與焊接部位相鄰的母材熱影響區缺陷檢出性能的顯著降低。同時由于探傷部位衰減程度的不同,使得通過缺陷回波高度來判斷缺陷大小會產生一定的誤差。1.2.3超聲波波束的變形所帶來的問題。,晶粒度

2、在3級以下(0.125mm以上)時,伴隨著超聲波衰減的增大,就得不到充分的信噪比。同時粗大晶粒的奧氏體組織中超聲波傳播時,在晶粒上被散射的超聲波的一部分會返回探頭,造成雜波,即觀察到的林狀回波。這種林狀回波與頻率之間有顯著的依存性,由波長和晶粒直徑之比決定林狀回波出現方式。1.2與焊縫組織結構有關的要點1.2.1超聲波傳播方向變化所帶來的問題在焊縫和母材的界面會產生超聲波的折射和模式變換,由于焊肉上金屬晶粒成長方向會影響到超聲波的傳播路徑產生扭曲變化,使得對反射點位置的推測精度降低。同時還有柱狀晶反射回波和界面反射回波產生,這種回波從反射源位置分析好像是缺陷顯示,所以有被誤判的可能。奧氏體不銹

3、鋼管對接焊縫超聲波檢出的各種回波如圖1所示。由于傳播中的超聲波波束形狀的變化,基于波束形狀而判斷的dB當量曲線法測定缺陷尺寸的精度將受到影響。這樣一來,奧氏體不銹鋼焊縫的超聲波探傷,與鐵素體鋼焊縫部位的探傷相比,由于適用條件不同有必要考慮以下的諸問題:與焊接方法和波口形狀等有關的施工條件,a、對超聲波探傷可能性會產生顯著影響。考慮到這一點對實際探傷大有裨益。各個探傷部位的組織結構,對探傷結果也有b、很大的影響。因此,作為探傷技術人員,對奧氏體不銹鋼焊縫的金屬組織結構和對超聲波的特性以及超聲波的傳播知識必須有充分的了解。進而,對疑似回波的出現如何處理,在超聲波探傷過程中要積累充分的經驗。2奧氏體

4、不銹鋼焊縫超聲波探傷規范概述現在有關奧氏體不銹鋼全焊透焊縫超聲波探傷缺陷回波單面焊焊縫內側回波林狀回波在柱狀晶上傳播的扭曲波界面回波錐面回波錐面過渡波圖1同外徑不同管壁厚奧氏體不銹鋼管對接焊縫上回波分類代表例規范國外有:NDIS2424奧氏體不銹鋼焊縫超聲波探傷實驗方法國內有:1999年鍋檢中心康紀黔等發表的奧氏體不銹鋼超聲檢驗規程、JB4730-2005承壓設備無損檢測,奧氏體焊縫超第4期鄭中興:奧氏體不銹鋼焊縫的超聲探傷方法13聲探傷部分、JB󰃗T53071-1993:加氫反應器堆焊層的超聲波探傷。日本以以前出的指導書奧氏體不銹鋼超聲波探傷實驗方法為基礎,于2004年3月制

5、定出反應最新技術和有關標準的NDIS2424。在這個標準中規定,需預先將對比試塊通過測信噪比的方法給予確認,以便判斷它是否可以探傷。下面簡要介紹這個標準的主要內容,并對比我國相應標準的不同之處加以適當說明。2.1適用范圍它適用于厚度在9mm以上的奧氏體不銹鋼全焊透對接焊縫,以脈沖反射法作為手動或自動超聲波探傷場合,對缺陷的檢出方法和對缺陷的位置、指示長度的測定方法時使用。但是,它不適用于不銹鋼鑄鋼件和不銹鋼包層鋼。2.2對比試塊作為對比試塊,和RB-W以外,J41和JISZ3070。2.2.1RB-SRB-S試塊是采用和工件同一材料或超聲波探傷特性相近的鋼材制成,其形狀和尺寸制作如圖2所示。3

6、日本W板厚超過25mm),但因為這方面可參,經作者在NDT標準網站最新查閱,奧氏體不銹鋼焊縫超聲檢驗一直未有正式頒布的標準規范,所以只能就這兩個規范加以對比說明。中國的試塊也分為校準試塊和對比試塊,其中的校準試塊用來確定不銹鋼焊縫中的聲程,對比試塊如圖4所示,󰂡3孔是鉆在焊縫側面的熔合線上,相鄰孔的間距為20mm,橫孔的間距也可按焊縫厚度T的T󰃗4、2T󰃗4、3T󰃗4布置,而且是垂直鉆在焊板上,這樣柱孔上下端部的棱角反射比較強,這個反射并不全是󰂡3孔本身的反射,但相對比較好加工。尺寸公差應為±0.1mm橫

7、通孔直徑為3mm橫通孔由上到下垂直距離分別為12mm、20mm、32mm、40mm圖2日本RB-S對比試塊2.2.2RB-W試塊RB-W試塊是采用和工件同一材料且相同焊接條件(坡口開頭、焊接方法)的試塊制成,其表面粗糙度和工件完全相同,焊縫的余高磨平,標準孔在焊縫的中心線部位。探傷面的曲率半徑在250mm以下的場合,試塊和工件的曲率之差應在±10%以內;探傷面的曲率半徑超過250mm的場合;可以采用平板型試塊。板厚超過25mm場合的試塊其形狀和尺寸如圖3所示。圖4中國不銹鋼焊縫對比試塊RBO-󰂫2.3探傷方法、探傷方向由于SV波受聲衰減和聲各向異性的影響,按疑似回波的

8、出現來判斷有困難的場合,對焊縫的探傷宜采用縱波斜探頭。但由于縱波斜探頭中同時有橫波產生模式變換的問題,所以在探傷時沒有特別29卷1無損探傷第4妨礙的情況下限定在兩個側面采用直射法。在焊縫外探傷時,可以使用橫波斜探頭從兩側面采用直射法或一次反射法。2.4探頭的選擇探傷所使用的探頭,根據檢測對象的部位(是焊縫或是母材)、探傷部位的厚度、坡口的形狀而選定。再根據應用目的選定單晶片、雙晶片或聚焦探頭。用斜探頭橫波可以檢驗母材和焊縫邊緣之間的缺陷,但由于粗晶和晶粒取向影響熒光屏上信噪比不高。但使用縱T型接頭焊縫可用縱波斜探頭,信噪比高。波時應該注意:衰減系數小的材料可能會同時出現縱波和橫波,應分析區別。

9、必須在校驗試塊上校準距離。a)對焊縫區的探傷應選用在RB-W試塊上能夠檢出橫孔回波的探頭,橫孔回波規定的基準電平重合時,探,定量化。b)對焊縫以外金屬的探傷,根據探傷目的可選用縱波或橫波探頭。一般多選用橫波斜探頭。c)板厚超過20mm以上的焊縫,一般宜選用縱波斜探頭。板厚在20mm以下的焊縫或僅通過母材就能檢出坡口表面的缺陷時,也可以采用橫波斜探頭。d)中心頻率一般使用2MHz,但因板厚等因素可以在1.5MHz5MHz范圍內選擇。而且,應盡可能使用寬頻帶斜探頭。,在需要預測缺陷的傾斜e)折射角通常采用45°角時,要同時考慮到相對于柱狀晶的入射聲束的入射角度。對厚板焊縫的探傷角度不僅限

10、于45°,為了檢出坡口表面附近的缺陷,也可以增加使用60°和70°的斜探頭。對表面和近表面缺陷的檢出,還可以使用爬波探頭。表1為日本斜探頭選擇示例。中國和德國研制了各種不同型號的縱波斜射雙晶探頭和聚束斜探頭,實驗證明,對母材即鍛造奧氏體不銹鋼材料聲穿透性比較好,對于焊縫本身的奧氏體組織則聲穿透性各有不同,總之縱波斜射聚焦對奧氏體焊縫本身探傷效果較好,尤其對大厚度奧氏體焊縫,且焊縫熔合線回波影響不大。表2為德國和中國斜探頭選擇示例。表1日本斜探頭選擇示例探探頭的板厚傷大于20mm部種類20mm以下50mm以上位小于等于50mm5MHz25MHz14MHz焊縱頻率2縫

11、45°和70°45°和70°和70°部波折射角45°或45°和60°或45°和60°分5MHz探橫頻率2傷波折射角70°焊縫以外探5MHz縱頻率2波折射角45°和70°25MHz45°,70°24MHz45°和70°5MHz橫頻率2或60°5MHz,70°或60°或45°和60°24MHz45°和70°或45°和60°德國和中國斜探頭選擇

12、示例探頭的傷種類20mm以下部位(均為斜射)探頭型號板厚大于20mm60mm以上小于等于探頭型號60°單晶縱波SL3(60°45°TRL2f60(45斜3,探測范圍60MHz70°雙晶TRL3(70°)80雙晶縱波斜2MHz縱波斜3MHz)45°串列縱斜探測范焦距60)圍1565,德國55°TRL21.25P38×17TRL45°TRL3A;中國45°70°TRL2f18(以上60°TRL2f75(以上2.5P38×17TRL45°德國)中國德國)2.5P

13、38f11245°中國2.5P18×14Sf602.5MHz45°,60°45°和70°或45°和60°焊縱頻率;縫部分波探傷橫頻率波焊縫以外探傷單雙;焦距縱頻率2.5MHz,5MHz45°,60°波折射角波折射角45°,60°45°,或60°2.5探傷設備的調整需要說明的是,60mm以上的大厚度奧氏體不銹鋼焊縫探傷時,必須配合大功率的超聲波探傷儀,我們在用自制1.25P38×17TRL45°雙晶縱波斜探頭、2.5P38×17

14、TRL45°雙晶縱波斜探頭、2.5P38f11245°單晶縱波聚束斜探頭時,所采用的儀器為德國USIP-12型大功率儀器。2.5.1入射點的測定入射點的測定采用A1型(A3型,相當󰂫W,下同)標準試塊和RB-S對比試塊進行。入射點按1mm為單位讀取。2.5.2測量范圍調整第4期鄭中興:奧氏體不銹鋼焊縫的超聲探傷方法15測量范圍調整用A1型(A3型)標準試塊和RB-S對比試塊或自動探傷用對比試塊任一組進行。在使用STB(相當平地孔)試塊的場合,需要通過測定聲速比校正測量范圍。采用縱波斜探頭時,由于同時產生的還有橫波,需預先用直探頭調整測量范圍,再用探傷探頭取代

15、對原點進行調整。2.5.3探傷折射角的測定(1)焊縫的探傷瞄準RB-W對比試塊中3T 4深度位置的標準孔,找出最大回波高度位置,在如圖5所示的試塊表面上測定探頭和標準孔的距離y,深度d由下式求出,其中折射角按0.1°的精度劃分。=tan-1(y d)可用計算T 2深度位置標準孔的回波高度和T3 4深度位置標準孔的回波高度的衰減量,并以4 8跨距點外插法計算。連接以上的標注點,即構成距離振幅特性曲線的上曲線。b)焊縫以外部分的探傷,使用RB-41或RB-H代替RB-W,在和焊縫場合同樣的距離振幅特性曲線內,制成上曲線。c)頂部聲束路徑短的曲線點以水平線代替。2.7探傷靈敏度的調整焊縫部

16、分的探傷以焊板對比試塊標準,焊-41型或RB-H型對,工件與試塊的表面粗糙度不同時所造,但是聲能傳遞損失在2dB以下時可不必進行補償。2.8缺陷評估圖5a)回波高度的測量缺陷顯示的回波應按最大但是,探傷深度方向范圍有限制的場合,可以使用深度方向范圍內的標準孔。(2)在焊縫以外部分探傷時折射角的測定,可按下面任何一種方法進行。從STBA1(相當CSK- A、 W)標準試塊上求出折射角測定值,并用它來計算出聲速比。瞄準RB-41型的T 2深度位置的標準孔,按上述焊縫場合相同的式子求出2.6距離振幅特性曲線的制做距離振幅特性曲線用所使用的探傷儀和探頭制做,制成上曲線和下曲線兩條。上曲線作為基準電平是

17、調整探傷靈敏度的基準線,下曲線是和檢出電平相重合的線。a)焊縫探傷在距離振幅特性曲線內進行,上曲線按以下步驟制做:使用RB-W焊板對比試塊,在縱波斜探頭直射法的場合,或橫波斜探頭直射法及一次反射法的場合,對各標準孔探傷,將最大標準孔的回波高度調整為和80%100%屏高相重合,在刻度版或顯示器上標注。按上述的靈敏度探測其它更深位置的標準孔,依次找出最大回波,在刻度版或顯示器上標注。使用縱波斜探頭的場合,在3 8回波高度點,的回波高度測定。b)確認評估對象是缺陷這是指超過檢出電平的回波。但是即使是超過檢出電平的回波,也應當從探頭的位置、探測的方向、聲束路徑、焊縫形狀等方面,搞明白它不是因為被試工件

18、的形狀而引起的固有回波,也不是金屬組織內部的林狀回波,更不是特定可能產生的回波,而是真正的缺陷波。c)缺陷的指示長度測量這是指在顯示最大回波高度的探頭所在位置處,左右移動探頭,記錄超過檢出電平的回波高度的一段時對應探頭所移動的距離,即為缺陷的指示長度。這個長度以1mm為單位測定。這種場合,可以進行前后掃查,但不擺動探頭。不同的折射角和不同的探傷面測量同一個缺陷時,應分別求出其始端和終端,以其中測量最長者作為缺陷的指示長度。d)缺陷位置的推定按JISZ3060的9.1斜探頭探傷記載的缺陷位置表示規定執行。3結束語以上對奧氏體不銹鋼超聲波探傷的特性及其伴隨著超聲波探傷的難點、以及超聲波探傷方法進行

19、了敘述。最后有決定意義的是,碳鋼焊縫的超聲波探傷和奧氏體不銹鋼焊縫的超聲波探傷的不同點歸納鋼板孔洞渦流檢測信號的頻譜分析研究沈躍翟新玲(石油大學物理科學與技術學院,山東東營257061)摘要:通過對振動噪聲和鋼板孔洞信號的頻譜特征研究與FFT頻譜分析,利用短時傅里葉變換(STFT)進行鋼板孔洞的檢測實驗表明,頻譜分析作為常規幅度檢測方法的重要補充,可以與信號的幅度分析結合在一起,使信號的識別更加準確與可靠。關鍵詞:頻譜特征;傅里葉變換;頻譜分析;信號處理中圖分類號:TG115.28文獻標識碼:A文章編號:167124423(2005)利用渦流方法進行長輸管道漏孔檢測時,由于檢測探頭與管內壁的摩擦會引起強烈振動,此運動速度v有關范圍內;相對來說,比較長的脈沖信號,其頻譜寬度f與脈沖寬度有關,因此振動信號與孔洞信號在頻譜上有所不同,通過頻譜分析(FFT)手段可以找出其中的差別。、幅度為Ae的門脈沖t)G(t)󰃖Becoset的組合,fe(t)=Ge(t)+G(t)󰃖Bec