奧氏體不銹鋼焊縫超聲波探傷

一.材料組織特點

奧氏體不銹鋼焊縫凝固時未發(fā)生相變,室溫下仍以鑄態(tài)柱狀奧氏體晶粒存在,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,奧氏體不銹鋼對接焊縫晶粒取向大致垂直與坡口柱狀晶的特點是同一晶粒從不同方向測定有不同的尺寸,對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。實踐證明，對于對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頻率對衰減的影響很大，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，實踐證明2MHZ較好。

4．校準(zhǔn)試塊、對比試塊的選擇

由“一”材料組織特點可知，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，通過下述試驗可以看出誤差很大，由于不同型號的奧氏體材料縱波聲速差異很大，最好檢測那一種型號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)同時有5個或者5個以上的缺陷反射信號;或者在50mm×50mm的探測面上發(fā)現(xiàn)同一深度范圍內(nèi)有5個或5個以上的缺陷反射信號.

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)軸表示相對的反射回波高度,以橫座標(biāo)軸表示聲程,對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)知識和鍛件探傷經(jīng)驗,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,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、動態(tài)范圍等均應(yīng)隊伍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探傷時機(jī)及準(zhǔn)備工作

4.1 探傷時機(jī)

探傷原則上應(yīng)安排在最終熱處理后,在槽、孔、臺級等加工前,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,對簡形鍛件還應(yīng)進(jìn)行橫波探傷,但掃查部位和驗收標(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執(zhí)行.

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

5.2.1.3 掃查速度:探頭移動速度不超過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,應(yīng)從相對兩端面探傷.

5.2.2 探傷靈敏度的校驗

5.2.2.1原則上利用大平底采用計算法確定探傷靈敏度,對由于幾何形狀所限,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曲面補償:對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曲線及計算法確定缺陷當(dāng)量.

5.2.3.2 計算缺陷當(dāng)量時,當(dāng)材質(zhì)衰減系數(shù)超過4dB/m時,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

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,必須對探傷靈敏度進(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;

b. 開路電壓波動或操作者懷疑靈敏度有變動時;

c. 連續(xù)工作4以上;

d. 工作結(jié)束時.

5.3.2當(dāng)增益電平降低2dB以上時,應(yīng)對上一次校準(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,應(yīng)對所有的記錄信號進(jìn)行重新評定.

６記錄

6.1 記錄當(dāng)量直徑超過Φ4mm的單個缺陷的波幅的位置.

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,應(yīng)記錄衰減系數(shù).

７等級分類

7.1 單個缺陷反射的等級見表1.

表1 單個缺陷反射的等級

等級

 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 底波降低量的等級見表2.

表2 由缺陷引起底波防低量的等級

等級

  Ⅰ

 Ⅱ

 Ⅲ

 Ⅳ

 Ⅴ

底波降低量

 BG/BF

 ≤8

 ＞8～14

 ＞14～20

 ＞20～26

 ＞26

注: ①在計算缺陷引起的底面反射降低量時,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)缺陷等級見表3.

表3 密集區(qū)缺陷引起的等級

等級

 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的等級應(yīng)作為獨立的等級分別使用.

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

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

８探傷報告

探傷報告不應(yīng)少于以下內(nèi)容.

8.1 工件情況

工件名稱、材料牌號、編號、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、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 缺陷等級及其他.

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

附錄A

試塊要求

(補充件)

A.1 遠(yuǎn)場區(qū)使用,探測表面為平面時,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,應(yīng)采用CS1型標(biāo)準(zhǔn)試塊.

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

附錄B

橫波探傷

(補充件)

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

從鍛件外圓面將探頭對準(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,以其為探傷靈敏度;再移動探頭探外圓面的標(biāo)準(zhǔn)溝槽,并將最大反射高度亦在面板上作一點,將以上二點用直線連接并延長,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.