爬波檢測(cè)特點(diǎn)和檢測(cè)范圍

(1)爬波適合表面粗糙工件的近表面缺陷或薄件中缺陷的檢驗(yàn),如鑄件、堆焊層等表面下缺陷裂紋以及螺栓根部的裂紋等。因?yàn)榕啦óa(chǎn)生的是一種壓縮波,最大幅值方向與表面成一小角度,僅在表面下傳播,表面散射相對(duì)較弱,對(duì)表面粗糙度不敏感.文獻(xiàn)[10]利用爬波測(cè)定表面裂紋深度。實(shí)驗(yàn)表明利用爬波測(cè)定表面裂紋的深度是1~9 mm,對(duì)于深度>9 mm 的裂紋,可用端部回波法測(cè)定。

(2)將爬波探頭的入射角α選為第一臨界角,同時(shí)選擇適當(dāng)?shù)?·D 值,通過改變。.…來改變表面附近缺陷的敏感度,這些都是它優(yōu)于瑞利波之處.

(3)另外,爬波存在的區(qū)域只對(duì)表層幾個(gè)毫米深的區(qū)域敏感,橫波不會(huì)干擾檢測(cè),因橫波的聲速約為爬波與縱波的一半,由橫波產(chǎn)生的信號(hào)在時(shí)間基線上位置要落后得多。

(4)由于爬波在傳播過程中連續(xù)發(fā)生由縱波向橫波的波型轉(zhuǎn)換,因此衰減嚴(yán)重,聲程較短,回波聲壓約與距離的四次方成反比…，使它的檢測(cè)范圍受到限制。在大多數(shù)應(yīng)用中,爬波探頭用于探測(cè)焦點(diǎn)附近表面或近表面缺陷。因此在探測(cè)表面下裂紋時(shí)可以結(jié)合衍射聲時(shí)法(TOFD)，采用一發(fā)一收兩個(gè)探頭。

爬波檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用

1 、粗晶材料的爬波檢測(cè)

粗品材料在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛,如奧氏體不銹鋼,其耐腐蝕性好、抗高溫蠕變能力強(qiáng)、不存在脆性轉(zhuǎn)變溫度,所以低溫韌性好。因此,在化工反應(yīng)容器和管道、液氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸、核電等工業(yè)部門中有著廣泛的用途。但由于粗晶材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的特殊性,其超聲檢測(cè)的信噪比一般都較低。因而很難有效地將其內(nèi)部缺陷檢測(cè)出來。奧氏體鋼冷卻時(shí)不經(jīng)過相變,導(dǎo)致粗大的枝狀晶粒;另外,面心立方的品格對(duì)雜質(zhì)的固溶度較小,使品界夾雜大大增加。這些使奧氏體不銹鋼對(duì)超聲的散射很大,背散射信號(hào)作為噪聲,在探傷儀屏幕上呈現(xiàn)草狀回波; 散射使衰減增大。散射回波是檢測(cè)粗晶材料的主要困難所在。因此采用較高的信噪比是解決問題的關(guān)鍵,實(shí)踐證明,一般要求信噪比為 10, 12,14 dB 或更高。國內(nèi)外研究表明,對(duì)這種焊縫的檢測(cè),縱波比橫波具有更高的靈敏度和信噪比(SIN)。有時(shí)橫波無法發(fā)現(xiàn)的缺陷,縱波卻可方便地探測(cè)到,因?yàn)榕啦ň哂信c體縱波相近的特性,在檢測(cè)奧氏體焊縫的近表面缺陷時(shí),爬波比體縱波更有優(yōu)勢(shì)。

國內(nèi)寶雞有色金屬加工廠!借鑒了雙品爬波探頭適合粗品材料超聲檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，解決了爬波探頭噪聲干擾問題,研制出單晶片爬波探頭,成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)粗品 TC4β擠壓管的無盲區(qū)超聲波檢測(cè)，同時(shí)也說明用單品片爬波探頭對(duì)粗品材料進(jìn)行超聲檢測(cè)是一種理想的方法。

2 焊接接頭的爬波檢測(cè)焊縫是由焊接填充材料及部分母材熔融凝固形成的鑄造組織，其組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分不同于母材,熱影響區(qū)形成的粗品區(qū)導(dǎo)致塑性變形硬化和時(shí) 效硬化的疊加,韌性明顯下降, 極易引發(fā)微裂紋含 9%Ni的奧氏體不銹鋼常用于液化天然氣存儲(chǔ)罐。在焊接過程中焊接影響區(qū)往往形成大量樹枝品,采用超聲橫波檢測(cè)存在很大困難,因?yàn)闄M波比縱波衰減嚴(yán)重,散射回的缺陷信號(hào)湮沒在草狀雜波中無法辨認(rèn)。Hatanaka等人!采用縱波斜探頭和爬波探頭在 50 mm 板厚、X 形坡口的對(duì)接接頭進(jìn)行了比較實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于表層附近的缺陷采用縱波斜探頭檢測(cè)較困難，但采用爬波探頭可以檢出。結(jié)合 TOFD 法,采用時(shí)頻分析,提高信噪比，可以進(jìn)一步提高檢測(cè)的精度在核電站設(shè)備中,按照可使用性原則對(duì)管道環(huán)焊縫進(jìn)行評(píng)價(jià)主要依靠對(duì)缺陷尺寸的精確測(cè)定。高屈服強(qiáng)度馬氏體鋼X20(12Cr 1Mo(1/4)V)廣泛用于核電站循環(huán)管道。由于焊接過程中焊接循環(huán)或服役中應(yīng)力腐蝕的影響,很容易在管道內(nèi)徑環(huán)焊縫上引起緊閉裂紋、接近焊根的裂紋、嚴(yán)重的根部咬邊和其它幾何缺陷,采用常規(guī)探頭和普通探傷技術(shù)很難達(dá)到滿意的檢測(cè)效果。Sony 等人8利用折射橫波在遇到管內(nèi)壁時(shí)再次發(fā)生波型轉(zhuǎn)變,產(chǎn)生沿管內(nèi)徑表面?zhèn)鞑サ拇渭?jí)爬波(僅對(duì)內(nèi)徑裂紋敏感,對(duì)接近焊根其它的幾何缺陷不產(chǎn)生任何干涉波),實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)徑表面緊閉裂紋的檢測(cè)(圖 4)

角焊縫在電力石油化工等部門中大量應(yīng)用于各種容器管道等金屬結(jié)構(gòu)件上，其質(zhì)量狀況直接影響到設(shè)備的安全運(yùn)行。角焊縫對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接方式與對(duì)接焊縫不同,其焊縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)體相互成一定的角度,從力學(xué)方面來看,易造成應(yīng)力集中,導(dǎo)致裂紋萌生,而且裂紋走向既有平行也有垂直焊縫方向。東北電力科學(xué)院金屬材料研究所專門對(duì)焊接角焊縫及熱影響區(qū)近表面裂紋的爬波檢測(cè)方法進(jìn)行了研究。他們?cè)O(shè)計(jì)的爬波探頭和測(cè)試用校驗(yàn)試塊對(duì)某電廠鍋爐上一連接箱管角焊縫的檢測(cè)結(jié)果表明,爬波探傷法非常適合于管道角焊縫的近表面檢驗(yàn)除此以外,爬波還可以進(jìn)行 T 形接頭層狀撕裂缺陷! 、材料表面堆焊及噴涂層下缺陷的檢驗(yàn)。般容器制造過程檢測(cè)多半采用爬波探頭,在堆焊層表面上用接觸法檢測(cè)層中與層下缺陷。

3 瓷絕緣子的爬波檢測(cè)

瓷絕緣子是輸電線路的重要組成部分,主要作用是將導(dǎo)線懸掛于鐵塔支架。近年來,因?yàn)榻^緣子斷裂而引發(fā)的供電事故已成為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一大隱患! 。根據(jù) GB 8287.1《高壓支柱絕緣子技術(shù)條件》的規(guī)定,實(shí)心圓柱棒形絕緣子在制造廠需逐個(gè)用縱波探頭在端面進(jìn)行超聲波探傷試驗(yàn)。但這種試驗(yàn)是縱波在膠裝鑄造法蘭之前的瓷件上進(jìn)行,即將燒成的瓷件端部經(jīng)切割磨平后,進(jìn)行超聲波探傷,而在瓷件膠裝法蘭后,尤其是絕緣子裝上隔離開關(guān)后，在運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)是無法進(jìn)行縱波探傷的,因?yàn)槌暡ū仨毚┻^鑄鐵、水泥等多種介質(zhì)才能達(dá)到瓷件,無法對(duì)瓷件缺陷進(jìn)行正確判斷。

棒形支柱絕緣子大都在鑄鐵法蘭處折斷。據(jù)電力公司統(tǒng)計(jì)!9,國內(nèi)瓷瓶斷裂有 95%以上都是在法蘭口內(nèi)3cm 到第一傘裙之間。外露在瓷件表面的裂紋可直接觀察到，所以超聲波檢測(cè)的部位應(yīng)該是左右瓷件的端頭與鑄鐵法蘭膠裝的整個(gè)區(qū)域 尤其是鑄鐵法蘭口處,而爬波探頭探測(cè)的是鑄鐵法蘭下由資件的裂紋。

超聲相關(guān)技術(shù)檢測(cè)陶瓷材料表面和近表面缺陷已經(jīng)證明了其有效性!20,通過超聲顯微鏡來檢測(cè)表面下缺陷已有報(bào)道。棒形支柱絕緣子徑向縱波聲速為5 817 m/s,軸向縱波聲速為6 100 m/s,橫波聲速為3 450 m/s。經(jīng)過分析2，爬波在鋼中和電瓷中的聲壓分布規(guī)律是相同的。棒形支柱絕緣子經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后,，瓷質(zhì)致密,對(duì)爬波衰減少,而且鑄鐵法蘭,膠合劑和粘沙均不影響爬波傳播。爬波檢測(cè)絕緣子的原理見圖 5.

在待測(cè)絕緣子法蘭至裙根間涂上耦合劑, 將探頭前沿緊靠法蘭端面,沿圓周方向移動(dòng)一周,觀察屏幕上回波,在回波顯示處應(yīng)懷疑有裂紋;將探頭放到回波顯示處并沿軸線方向后移,如回波隨之右移，且幅值成比例降低,則判為有裂紋存在。