奧氏體不銹鋼焊縫的二維距離-波幅曲線檢測方法

顧炳忠

(江蘇新世紀(jì)造船有限公司,靖江 214514)

民用船舶軸承套采用奧氏體不銹鋼板經(jīng)圈圓焊接而成。為了保證設(shè)備的安全運(yùn)行,必須加強(qiáng)對(duì)焊縫的檢測。超聲波檢測能夠彌補(bǔ)射線檢測大厚度工件的不足,但奧氏體不銹鋼焊縫的晶粒粗大,其組織對(duì)超聲波具有強(qiáng)烈的衰減作用,導(dǎo)致檢測靈敏度變化很大,很難測定缺陷的尺寸,同時(shí)會(huì)引起強(qiáng)烈散射聲波的疊加及波型轉(zhuǎn)換,導(dǎo)致假信號(hào)出現(xiàn),焊縫的各向異性對(duì)聲波有扭曲作用,使得缺陷的定位誤差很大。由于奧氏體不銹鋼焊縫的組織結(jié)構(gòu)特殊性,使得對(duì)其進(jìn)行超聲檢測存在很多技術(shù)難點(diǎn)。由文獻(xiàn)[1]可知,奧氏體不銹鋼中傳播聲束的波幅隨傳播距離有較大變化。若制作合適的試塊,測定同深、不同水平位置人工缺陷的反射波幅,進(jìn)而得到距離-波幅曲線,就能對(duì)實(shí)際檢測中缺陷的回波當(dāng)量進(jìn)行修正,以定量缺陷。

首先,制作一塊與實(shí)際焊縫厚度一樣的試塊,如圖1所示,在試塊上制作幾個(gè)同深度、不同水平位置的人工缺陷,并測定每一個(gè)缺陷的反射強(qiáng)度,然后用插值法,獲得焊縫中被分成各個(gè)區(qū)域的的反射強(qiáng)度,制成一個(gè)距離-波幅表,用來作為評(píng)定的基準(zhǔn)。在實(shí)際檢測中如發(fā)現(xiàn)缺陷回波后,先確定它的位置,再根據(jù)位置在波幅表中找出相應(yīng)的當(dāng)量,經(jīng)比較后對(duì)缺陷進(jìn)行定量。

選用2.5 MHzK1.5縱波斜探頭先測定圖1中X坡口焊縫熔合線左右兩側(cè)同深度φ3 mm橫通孔的反射強(qiáng)度,再測定焊縫中心同深度φ3mm橫通孔的反射強(qiáng)度,并進(jìn)行記錄(表1),距離-波幅曲線如圖2所示。通過分析焊縫的形狀、寬度和同深度缺陷反射強(qiáng)度的變化來確定插值的步長。

圖1 焊縫形狀、尺寸及人工缺陷分布

表1 人工缺陷的超聲反射強(qiáng)度和深度偏差

圖2 不同區(qū)域的缺陷波幅

可以看到,不同深度的焊縫寬度不同,焊縫越寬,對(duì)于同一深度不同位置處人工缺陷的反射強(qiáng)度越大,這是因?yàn)榇┩负缚p的距離不同,導(dǎo)致衰減不同。在深度20和35mm處反射波幅差較大,最大達(dá)6dB,在深度為28mm處反射波幅差較小,僅為2dB。而從深度的測量值上看,聲速扭曲帶來的深度偏差不大,在35mm處最大偏差為2mm,其余深度的偏差都＜1mm,因此可以忽略由深度偏差引起的波幅的變化。反射當(dāng)量是以分貝為單位的,假如波幅的變化和距離呈一定的關(guān)系,可將當(dāng)量平均梯度選為1dB。在35mm深處,焊縫寬度為26mm,最大波幅差為5dB,故將步長選為5mm。

按選定的步長,以圖1中焊縫右側(cè)熔合線上表面交點(diǎn)為原點(diǎn),將焊縫分成a×b個(gè)區(qū)域,用Ca,b表示每一區(qū)域人工缺陷的反射強(qiáng)度,其中a代表行,b代表列,將表1中測得的強(qiáng)度代入相應(yīng)的Ca,b中;先按同深度、不同水平區(qū)域進(jìn)行插值;然后在同一列中進(jìn)行插值。對(duì)于不在行和列的交叉點(diǎn)的區(qū)域,用與之相鄰區(qū)域強(qiáng)度的平均值來代替。這樣可以生成一個(gè)二維距離-波幅表,因此可以用查表的形式得到焊縫區(qū)域的反射強(qiáng)度值,能較為準(zhǔn)確地對(duì)缺陷進(jìn)行定量。

在大量的實(shí)際檢測結(jié)果中已經(jīng)得到證實(shí),運(yùn)用二維距離-波幅表的超聲波檢測的缺陷檢出率大于射線檢測。但是奧氏體焊縫與超聲波的復(fù)雜作用,產(chǎn)生了偽顯示,給檢測的可靠性帶來了不利因素,增加了少部分的返修,但保證了產(chǎn)品重要位置的質(zhì)量安全。

[1]張鷹,雷毅,程真喜,等.奧氏體不銹鋼焊接接頭的超聲波檢測研究[J].石油化工設(shè)備,2004,33(2)：14-17.