超声波探伤分析

超声波探伤分析（共11篇）

超声波探伤分析 篇1

摘要：本文主要介绍超声波探伤对铸钢件轮带铸造过程中易产生的典型缺陷进行波形分析。

关键词：超声波探伤,铸钢轮带,缺陷

0前言

回转窑是水泥厂的核心和关键设备, 轮带是回转窑最重要的大型支撑部件, 对回转窑的稳定运行起着非常关键的作用。轮带一般是体积大, 重量重的铸钢件, 技术要求高, 日常维护困难, 工作条件相当恶略, 且更换轮带周期长、难度大。所以在前期制造过程中, 如不能准确发现其内部缺陷并清除, 可能会在水泥厂正常生产中带来非常严重的影响和巨大的经济损失。因此, 对轮带内部质量的有效控制, 延长其使用寿命, 对回转窑长期运行具有很重要的实际意义。

1 超声波检测方法、原理

超声波检测方法是目前应用最广泛的无损检测方法之一。因该种无损检测技术检验成本低、检测速度较快、设备轻便, 可用于现场检测、灵敏度高、对缺陷定位准确等特性而被广泛应用于金属制品内部质量的检测。

超声波是一种频率大于20KHz的高频率机械波, 在实际应用中, 利用电脉冲激励超声探头的压电晶片, 使其产生机械振动, 这种振动在与其接触的介质中传播, 形成超声波。利用超声波在被检材料内传播过程中遇到声阻抗不同的异质界面时, 会产生反射、折射、散射和能量衰减的特性, 根据反射波在检测仪器的荧光屏上显示的位置、波幅高低及波形变换来对缺陷进行大小、位置定量的方法。

2 铸钢件轮带铸常见缺陷及波形分析

铸钢件轮带是将金属熔化直接填充在静止铸型中, 液体金属通过冷却, 凝固成型后得到的零件。产生的缺陷种类和形状复杂, 主要缺陷类型有孔洞类 (气孔、疏松、缩松、缩孔) 、裂纹冷隔类 (冷裂、热裂、冷隔和热处理裂纹) 、组织不均 (粗晶) 等。

2.1 孔洞类

2.1.1 气孔

缺陷波形尖锐、陡峭、波根清晰, 当探头移动时, 单个气孔及针状气孔的缺陷波很快消失, 底波几乎无损失。线状气孔、密集气孔则连续不断地出现缺陷波, 底波有损失, 随着严重程度底波可能会全部消失。 (图1)

2.1.2 疏松

铸件中的疏松对声波有明显的吸收和散射作用, 缺陷回波以杂波、草状波显示, 常使底波反射次数明显减少, (图2)

2.1.3 缩孔

缺陷波反射强烈, 当量大, 波底宽大, 成束状, 在主缺陷波附近常伴有小缺陷波, 对底波影响大。 (图3)

2.2 裂纹

当波束与裂纹垂直时, 缺陷波形明显、尖锐、波峰陡峭, 起波迅速, 消失也迅速;缺陷有一定延伸长度, 探头沿裂纹平行移动时, 波形在荧光屏上的位置随裂纹方向、曲折程度而变, 探头移动到一定距离后, 才逐渐减幅, 直至消失。 (图4) 。

2.3 粗晶

通常在一次底波前呈密集草状波显示, 缺陷波模糊不清, 波与波之间难于分辨。换用较低频率探头检测, 底波次数明显增多或恢复正常, 草状波幅度降低。 (图5)

3 结束语

缺陷性质不同, 其危害程度不同, 利用超声波检测方法对铸钢件轮带中常见缺陷波形分析, 能准确对缺陷进行定位、定量, 若经验丰富也能对缺陷定性, 对缺陷的处理起很重要指导作用, 从而提高轮带的使用寿命, 降低回转窑安全事故发生的概率。也可帮助铸造工艺的改进, 有效降低制造成本。

参考文献

[1]《国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材》编审委员会.超声检测[M].北京:机械工业出版社, 2005:148-149.

超声波探伤分析 篇2

铍铜合金是一种具有良好综合性能的合金，有很高的强度、硬度、弹性，还具有良好的导电性、导热性、耐模性和耐腐蚀性，以及非发火性，铸锻性，非磁性等优良特性，其应用十分广阔。主要应用于电信，计算机，汽车电子元件，电子工业和航空、航天、石油、化工等行业，也可应用于电器连接器，IC插座，开关继电器，手提电脑及天然气钻探设备等，这些行业对其质量要求非常严格，故超声波探伤尤为重要。

超声探伤是质量控制的一种重要手段。对于铍铜合金材料中可能存在的冶金缺陷（如夹杂，气孔）、工艺缺陷（如变形不足、起皮，裂纹等）和组织缺陷，许多厂家都用超声探伤检测进行质量控制。本文对铍青铜大规格棒材的超声探伤技术进行了研究。

2．探伤原理

棒材探伤可采用纵波脉冲反射法，即直探头直接接触法，该方法是将超声波探头与平滑的工件表面接触或用其它方法耦合后，就能使超声波在在工件中传播，遇到缺陷将引起反射。它易于发现工件与声速方向垂直，具有一定截面积的缺陷。检测时从棒材的压余端开始，检验过程中应沿一个圆周方向进行，超声波束应由棒材的一侧入射，原则上应在探测面上从两个相互垂直的方向进行全面扫查。

3实验方法

对比试块可以调节探伤灵敏度;测试仪器和探头的性能;调整扫描速度;是评判缺陷大小的依据。为了保证不同直径的棒材的检测的可靠性，制作了阶梯式对比试块，该对比试块原料是电渣铍青铜，为退火态。经超声波检验合格后制作的。在对比试块的1/2D处制作了深度为15mm，φ0.8mm横通孔，其余均为φ2.2mm平底孔，加工尺寸如图1。

图1棒材检测对比试块

Fig1.DetectionofreferenceblocksBar

实验仪器采用汕头超声仪器研究所的CTS-2020A型脉冲反射式超声波探伤仪。探头频率选择为5MHz，晶片直径为10mm。耦合剂为丙三醇。调节探伤灵敏度时，采用缺陷当量横通孔为φ0.8mm、平底孔为φ2.2mm，缺陷波高达仪器满屏的80%作为基准波高，此时的灵敏度确定为探伤灵敏度。

4实验结果

阶梯试块中1号横通孔和2、3、4号平底孔调试波形见图2。由图2可以看出φ0.8mm横通孔和φ2.2mm平底孔反射回波清晰可见，信噪比高能够满足检测灵敏度要求。

(a)1号横通孔调试波形

(b)2号平底孔调试波形

(c)3号平底孔调试波形

(d)4号平底孔调试波形

Fig2.debugwaveformreferenceblocks

实际检测的不同规格棒材缺陷波形如图3，由图3表明采用探头频率为5MHz，晶片直径为10mm纵波直探头接触法对棒材进行检测，能够发现棒材内部缺陷，金相组织观测表明该铍青铜棒材晶粒较细，这与实际探伤时杂波较低相吻合。

（a）φ85mm棒材缺陷波形图

（b）φ55mm棒材缺陷波形图

（c）φ30mm棒材缺陷波形图

（d）φ20mm棒材缺陷波形图

图3不同规格棒材缺陷波形图

Fig3.DefectsofdifferentwaveformsSizeBar

（a）φ85mm棒材;（b）φ55mm棒材（c）φ30mm棒材（d）φ20mm棒材

图4给出的缺陷剖检图与图3的波形一一对应。图4（a）表明缺陷为裂纹，图4（b）表明缺陷为夹杂点缺陷，图4（c）表明缺陷为近表面浅裂纹，图4（d）表明缺陷为密集型气孔。

(a）φ85mm棒材;（b）φ55mm棒材;（c）φ30mm棒材;（d）φ20mm棒材

Fig4.Actualnecropsydefect

超声波探伤方法原理及应用 篇3

【关键词】建筑钢结构；无损检测；钢结构焊缝；超声波探伤

1.建筑钢结构焊缝类型及焊缝内部缺陷

1.1焊缝类型及剖口型式

建筑钢结构体系主要有两种：门式钢架体系和网架空间结构体系，其中以门式钢架体系居多。其焊缝类型主要有对接焊缝和T型焊缝两种。对接焊缝是指将两母材置于同一平面内(或曲面内)使其边缘对齐，沿边缘直线(或曲线)进行焊接的焊缝：T型焊缝是指两母材成T字形焊接在一起的焊缝。为了保证焊缝部位两母材在施焊后能完全熔合，焊接前应根据焊接工艺要求在接头处开出适当的坡口，钢结构焊缝常见的坡口形式主要有c型(薄板对接)、V型(中厚板对接)、X型(厚板对接)、单V型(T型连接)和K型(T型连接)等。

1.2常见内部缺陷

由于在焊接过程中受焊接工艺、环境条件等因素的影响，钢结构焊缝不可避免地会产生内部缺陷。常见的内部缺陷有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。在缺陷性质上，单个气孔、点状夹渣属一般缺陷，对焊缝整体强度影响较小；群状气孔或不规则状夹渣、未焊透、未熔合、裂纹属严重缺陷，会严重降低焊缝整体强度等性能。

2.超声波探伤方法原理及分类

超声波探伤是利用超声波经过不同的介质产生反射的特性。超声波通过构件检测表面的耦合剂进入构件，在构件中传播，碰到缺陷或构件底面就会反射回至探头，根据反射波在超声波探伤仪荧光屏中的位置及波幅高度就可计算出其位置及大小。根据波形显示的不同，超声波探伤仪分为A型、B型、C型，常见的是A型脉冲反射式探伤仪。

3.超声波探伤在建筑钢结构中的应用

3.1超声波探伤的主要要求

3.1.1探伤人员的要求

探伤人员必须取得相应检测方法的等级资格证书，3级为最高，2级次之，1级为最低。

3.1.2探测面的选择

根据构件的形状、焊接工艺、可能产生的缺陷部位、缺陷的延展方向及焊缝要求的经验等级等来选取探测面。

3.1.3探头频率及角度(K值或折射角β)的选择

探头频率高，衰减大，穿透力差，不宜用于厚板构件焊缝的检测。但频率高，分辨率高，因此在穿透能力允许下，频率选得愈高愈好。一般选用2-5MHz探头，推荐使用2-2．5MHz探头。探头角度一般根据材料厚度、焊缝坡口型式及预计主要缺陷种类来选择，由于建筑钢结构的板材厚度一般不大，推荐使用K2．0(β600)或K2．5(β700)。

3.1.4耦合剂的选择

必须具有良好的透声性和适宜的流动性，对材料和人体无害，且价廉易取，建议使用洗洁精。

3.2超声波在焊缝内部缺陷检测中的应用

3.2.1对接焊缝的探伤方法

（1）初探。将已调好的DAC曲线探伤灵敏度提高4-6dB，使评定线位于示波屏20％高度以上，调好补偿增益(一般为4dB)，用锯齿型、平行、斜平行扫查法，斜探头快速扫查整条焊缝，密切注视示波屏上的所有回波信号，一旦发现有波幅超过评定线的可疑回波立即在焊缝相应部位做出标记，为下一步缺陷定量测长做准备。

首先进行锯齿型扫查，锯齿型扫查是有效发现焊缝常见缺陷尤其是纵向和斜纵向缺陷的主要方法，也是斜探头检测焊缝的基本方式。为检测焊缝+熔合区十热影响区中可能出现的横向或斜横向缺陷，还应该使用斜平行和平行扫查两种方式，前者适用于带有余高的焊缝，后者适用于余高被磨平的焊缝。

以上三种扫查方法是斜探头探测对接焊缝的基本扫查方法。它们必须相互结合，互为补充。无论采用那种扫查方式，扫查速度都应≤150mm，s，相邻两次探头移动间隔保证至少有探头宽度10％ 的重叠， 以便最大限度地发现缺陷，避免漏检。

（2）精探。扫查方法同前，但速度较慢。对第一遍探测做出标记的部分进行仔细探测，找出真正缺陷的最高回波，并对其定位、定长，做好记录。精探时，要综合采用前后、左右、转角、环绕等四种基本探测方式。针对已发现的目标缺陷，精探通常又分以下步骤进行：

①找到目标缺陷最大回波并确定回波所在区域。粗查时为了发现缺陷采用较高的灵敏度，此时应对回波进行定区，即判定它所属的是DAC曲线上Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ 哪个区，原则上Ⅰ区以下的缺陷不作记录和评定(如果是凭经验怀疑为裂纹等危害性缺陷特征回波，则应采取改变探头K值、增加探测面、观察动态波形等措施做进一步分析探测)，当回波在Ⅱ、Ⅲ 区时须继续进行步骤②和⑧。

②对目标缺陷定位和排除伪缺陷，根据最高回波在示波屏上对应的水平和垂直距离确定目标缺陷所在的实际位置，判断其水平位置在检测区(焊缝十熔合区+热影响区)之外或之内：若之外，则排除焊缝内缺陷；若之内，则初步判定为缺陷，应根据其垂直距离并利用K值判定回波对应的实际深度和水平距离。

③缺陷定量(测长)和记录当缺陷反射波只有一个高点，且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时，则采用6dB法进行测长。当缺陷反射波峰值起伏变化有多个高点时，应分别找到左右两端的最高回波，按端点6dB法进行测长。当反射波峰位于I区认为有必要定量记录时，将探头左右移动使波幅分别降到评定线处为端点，此两端点之间的距离即为缺陷指示长度。应详细记录以上所述的回波信息，需要返修时应在焊缝上做出标记。

（3）复探。复探是对前两遍探测结果的复核和校验，这时探测方法基本同前，但速度稍快。

3.2.2 T型焊缝的探伤方法

T型焊接接头的坡口形式主要有单边V塑和双单边V型(K型)，如果采用埋弧自动焊工艺，厚度14mm以下焊接接头也可以不开坡口，但须留出配合间隙，一般称这种情况为I型坡口。T型焊缝的检验方法除平板对接接头的三遍探伤法外，对T型焊缝还要选择如下探测方式：

①采用斜探头在腹板一侧利用一、二次波进行探伤。

②采用直探头在翼板外侧沿焊缝探伤。

③采用斜探头利用一次波在翼板外侧探伤。

④采用K1斜探头利用二次波在翼板内侧探伤。一般优先选用小晶片高频率大K值。在位置1可以扫查到焊缝中部及以上截面。在位置2可以扫查到焊缝中部及以下截面。大部分缺陷如气孔、夹渣、未焊透、未熔合以及纵向或斜纵向裂纹等都可以有效地探出。但偶尔也由于角度等原因，有部分根部未焊透漏检的情况。

方式②对于未焊透、气孔、夹渣、平行或斜平行于翼板的裂纹、未熔合缺陷灵敏度很高，探测前调好距离一波幅曲线并确定好灵敏度。

斜平行扫查还要测定并标出焊缝的位置，并注意辨别缺陷波、底波和焊缝外轮廓回波。在探头的选择上， 由于钢结构构件板材较薄，需要用频率5MHz，晶片直径Φ14mm的双晶直探头：探伤前， 要使用CSⅡ试块，依次测试一组不同检测距离的中Φ4mm平底孔(至少3个)，调节衰减器(增益)，做出距离波幅曲线，并以此作为基准灵敏度。扫查灵敏度一般不低于最大检测距离处的Φ2mm平底孔当量直径。

方式③不但定位方便，而且探测灵敏度很高，不仅可以探测纵向缺陷，还可以探测横向缺陷，但不足之处是外侧看不到焊缝。此方式探测前同样需要测定并标出焊缝的位置，而且须注意排除焊缝外轮廓端角反射的影响。

方式④主要用来检测坡口未熔合和作为其它方式的辅助，以便于做出正确的综合判定。由于T型接头结构形式和焊接规范上的特殊性，不能像平板对接接头那样采用统一的探伤程序和方法，而应根据不同的板厚匹配、坡几形式、焊接工艺规范、容易出现的缺陷类型、母材材质、验收级别等采用不同的探测方式组合，在选择检测面和探头时应考虑到各种类型缺陷的可能性，并使声束尽可能垂直于该焊接接头的主要缺陷。

用直探头探测T型焊缝时，要注意区分底波与焊缝中未焊透和层状撕裂(由于低碳钢和低合金钢良好的可焊性，层状撕裂在钢结构中很少出现，仅在很厚的板T型焊缝中才会有)的回波。底波一般较稳定， 不随探头的移动而剧烈变化，而未焊透和层状撕裂则由于有一定的倾斜角度和不规则，往往波形变化剧烈且位置随探头的移动而移动。二是用斜探头在翼板外侧探伤时，在焊缝两侧沿垂直于焊缝方向扫查，焊角反射波强烈。当焊缝中存在缺陷时，缺陷波一般出现在焊角反射波前面，此时需注意区分。

4.结束语

超声波探伤中裂纹的定性分析 篇4

一、检测工艺

首先, 合理的检测工艺直接决定了检测项目能否顺利进行。标准中对裂纹类缺陷分别作规定并不是重复定义, 主要是强调了裂纹类缺陷的危险性, 需要在探伤过程中重点排除和留心观察。其次, 由于大多数裂纹类缺陷反射信号较大, 通常在探伤灵敏度下可以发现。但由于其具有一定的倾向性, 所以在扫查时需要特别注意方向角度及部位的覆盖, 防止漏检。此外, 对可疑部位有把握确认是危害缺陷如裂纹时, 可以运用标准中的规定予以判废, 但要慎重。在正常超声探伤作业中, 注意不低于规定的基准探伤灵敏度 (包括表面耦合及材质衰减、侧壁干扰等) , 掌握好标准中规定的扫查方向及区域覆盖等。

由于受波长的限制, 对于尺寸较小的裂纹用超声的方法检测是无法检出的, 因此, 不能仅凭超声检测合格, 就认为该焊缝 (构件、工件) 没有裂纹等危害性缺陷了。这个问题应该属于超声检测方法的测量不确定度的范畴, 磁记忆技术的出现为其提供了较为有效的解决途径。通过检出应力集中 (产生裂纹的主要因素) 较为严重的部位, 再辅以其他手段 (金相等) 的分析, 就可以判断出该焊缝 (构件、工件) 是否有产生裂纹的倾向, 从而避免失效事故的发生。

二、加工工艺分析

工件内所形成的各种缺陷与加工工艺密切相关。例如, 焊接过程中可能产生气孔、夹渣、未熔合、未焊透和裂纹等缺陷;铸造过程中可能产生气孔、缩孔、疏松和裂纹等缺陷;锻造过程中可能产生夹层、折叠、白点和裂纹等缺陷。下面, 笔者主要针对焊接件进行分析。

在焊接过程中, 裂纹是最严重的一种工艺缺陷。导致焊接接头金属开裂的因素主要有两类, 即冶金因素和力学因素。在焊接过程中, 由于不平衡的快速加热和快速冷却, 焊接接头承受了热循环的作用, 在接头的不同区域, 加热峰值温度不同, 冷却速度也不同, 这样就产生了不均匀的组织区域。此外, 由于热应变的不均匀, 不同区域间会产生不同的应力关系。在这些因素的作用下, 整个焊接接头金属处于复杂的应力应变状态。内在的热应力, 与外加的约束应力, 以及应力集中相叠加, 构成了导致焊接金属开裂的力学条件。

在进行缺陷定性时, 必须掌握整个施焊的工艺, 熟悉焊接材料的基本特性。比如, 碳钢不易产生裂纹, 而高合金如P91、P92就很容易产生裂纹, 特别是在点口处, 在检测这类焊缝时就需要特别谨慎, 如果在容易产生裂纹的位置产生了回波, 即使是回波很小, 也必须引起重视, 有可能就是裂纹。如果条件允许, 最好进行对比试块, 反复操作, 从而把握其中的技巧。

三、被检件工作环境分析

有些工件被长期使用, 在承受交变负荷作用时会产生疲劳开裂, 这种裂纹一般产生在表面及近表面, 裂纹中间粗、两头细。有些工件在热处理不当时, 如加热温度过高或冷却过于激烈, 也会由于应力引起裂纹, 这种裂纹一般在开槽、键孔或截面突变的部位产生。有些工件在与化学物质接触时, 酸与金属发生反应, 所析出的氢原子致使钢中渗氢, 使钢脆化而产生裂纹。在对这些类型裂纹进行超声波检验时, 要预先对裂纹可能产生的面进行分析, 正确选择产生波的检测面。

四、缺陷波形分析

超声波的波形分为静态波形和动态波形。静态波形通常是指在最大波高处的静止波形, 实际反映的是缺陷反射界面的性质。动态波形是指沿缺陷的长度方向移动探头时, 波峰的变化情况, 反映的是缺陷的长度和是否连续。静态波形和动态波形结合起来也只能反映缺陷的一部分信息, 并不能全面反映缺陷。

超声波判定裂缝缺陷波形最主要的依据有:一是裂缝的形状, 裂缝在长度方向有直的、有弯曲的, 但是在长度方向的某一点处的高度方向上, 从裂缝顶端到裂缝底端是一条直线, 这是超声波判定裂缝的主要依据之一。二是裂纹的缺陷波的包络线较宽, 而且在包络线的前方有一个尖角的突起, 该现象是裂纹的尖端产生的尖角衍射造成的。三是不要看反射波波幅的高低, 只要反射波跟着探头在移动, 就是再低的反射波也不能放过。

五、检测者

作为一名合格的探伤人员, 在日常工作中必须从以下几点来提高自己的检测水平。

1. 工作中要有自信心和耐心。

2. 要选择多个探头检测, 反复琢磨。

3. 多积累经验, 多思考, 多采用其他方法验证 (如采用射线、

解剖后做低倍金相、高倍电镜、了解加工及焊接工艺等) , 才有可能做好一些定性判断。

4. 超声波检测或射线检测只能作为参考, 不能一味相信其中一种。

5. 宜采用具有较高探伤灵敏度的仪器, 避免漏判。发现疑难缺陷波, 最好由多人商量后确定。

超声波探伤安全操作规程 篇5

一、本作业岗位主要危险源（危害）

1、未按规定穿戴防护用品，导致人员伤害事故；

2、对作业场地缺乏检查，导致人员伤害事故；

3、设备电器部件老化、线路破损或PE线连接不可靠，导致触电事故发生；

4、高处作业没有采取防护措施，引发坠落事故。

二、工作准备与检查

1、必须规范着装，进入作业现场必须戴安全帽。

2、检查作业环境是否符合安全规定。

3、检查被探伤材料摆放是否平稳、可靠，确认安全后方可进行工作。

三、操作方法

1、熟悉仪器性能，操作方法和注意事项。

2、连接交流电源时，应仔细核对电压防止错接电源，烧坏元件。

3、移动旋纽时不宜用力过猛，以防旋纽损坏。

4、连接电源或探头电缆时，应用手抓插头，壳体操作，电源线和探头线应理顺，不要折、曲。

5、仪器用完后，及时进行外表清洁，放在干燥处。

四、控制标准（安全方法和严禁事项）

1、熟悉本设备的结构性能和使用方法，遵守本安全操作规程。

2、使用仪器前必须对仪器导线、插头等有关设备及工具进行检查。检查合格后方可使用。仪器必须有可靠的接地线。

3、超声发射探伤仪的电源应使用胶皮软线或轻型移动电缆。电源线无裸露。

4、经常需要探伤的车间，在配电盘附近应装上备用固定电源，探伤者不得任意接线。

5、工作中如使用机油，要注意脚下，防止滑倒摔伤。

6、高处作业时，应遵守高处作业安全操作规程，并采取相应的防护措施，防止人和仪器从高空坠落。

7、在金属容器内探伤时，电源部分应置于容器外，操作者衣服应干燥。

锻件超声波探伤中的几个问题探讨 篇6

关键词：锻钢件；超声检测

中图分类号：TG115.28 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）12-0066-02

一般的锻钢件超声检测，通常指的是声学性能较好的铁素基体钢锻钢件。基于超声检测独特的优点，在锻钢件检测技术方面较为成熟，并在大型锻钢件无损检测中优势更为明显。为了提升超声检测的准确性，本文从下面几类实际过程中易产生的问题给予讨论。

1 超声波检测灵敏度的设置

检测灵敏度设置的方法是基于超声波声场理论。

1.1 超声波声场的理论模型

超声检测一般采用的是探头作为平面发射声源，尺寸有限。只有在工件厚度大于3倍近场区的条件下与球面波相似。如图1所示。

1.2 锻件超聲波探伤灵敏度调节的方法

根据上述特点，锻件超声波探伤灵敏度调节，分为试块比较方法和声场声压计算方法。

1.2.1 试块方法

下面讨论的几种情况适用于用人工试块平底孔反射体回波声压来调节超声检测的灵敏度：

①被检工件声程（截面厚度）小于3倍近场区；

②被检工件没有近似平行表面；

③被检工件存在大量缺陷影响，检测不到完好透声区域。

1.2.2 声压反射率计算方法

声场声压法利用被检工件平行底面作为基准反射体，与验收标准要求的平底孔当量值（灵敏度数值）的要求进行计算，求出差值△dB来调节检测灵敏度。其中要求工件有相对平行的面，且工件厚度大于3倍近场区。

上述方法在通常情况下是可行的，若提高精确度还要考虑声波的衰减，试块法还应考虑工件表面与试块表面粗糙度不同所产生的增益补偿。

由于工业技术水平的发展，大型锻钢件市场需求增多，其工件厚度可能达到2 m或2 m以上，而且灵敏度等级要求也逐步提高。如大型的发电机转子轴超声检测灵敏度要求达到Ф1.6。如2 m厚度的锻钢件检测灵敏度为Ф1.6时△dB要在60 dB以上。

①如果信噪比满足条件下，可降低基准回波高度及将检测灵敏度量值设置在截面中心位置，缺陷量值可用与底波的比较计算求出。

②可以底波回波情况来评定工件的内部质量。

2 检测系统中探头的选择

在检测过程中选择一个合适的探头很重要，探头选择不好，会影响缺陷的检出率。一般原则上锻钢件选择探头的频率应该在2～5 MHz之间，晶片尺寸直径应在10～30 mm之间的直探头。在重要的薄工件中可采用5～10 MHz小尺寸晶片探头。在满足系统检测灵敏度的情况下，应该尽量选择直径较小的探头，推荐采用晶片尺寸为Ф 14、Ф 20的直探头。

①在薄工件检测过程中尤其应使用小小尺寸晶片的直探头，使近场区尽量减少，在50 mm及50 mm以内的部分应该采用双晶探头检测，以保证缺陷不漏检。双晶探头推荐采用频率为4～5 MHz。在大而厚的工件可采用大一些尺寸晶片、的直探头。在工件厚度大于400 mm以上，最好采用双侧检验来保证探头发射的波源是最有利于检测出缺陷的波形。

②在工件有弧度、粗糙度大或粗糙度变化较大时应尽量采用软膜探头。

3 耦合剂的影响

耦合剂的选择也是超声波检测重要的环节，是否正确选用耦合剂会给超声波检测结果带来影响。在手动接触法超声波检测中，主要应用两种耦合剂。即工业机油和化学浆糊。通常化学浆糊用于粗加工（有加工余量）工件的检测和要求检测精度不高的超声波检测。对精加工工件最终的超声波检测（最终检测）推荐使用机油作为耦合剂，其润湿性较好、附着力强及表面耦合稳定，避免工件表面的腐蚀，且重复检测结果差异较小，实际中有较多实例证明了这一点。

4 缺陷测定

下面讨论的问题中主要是工件厚度大于3倍近场区情况下缺陷的测定。在日常工作中，做的最多属于缺陷当量值的计算。对锻钢件产生的质量问题，存在争议点也是缺陷当量值大小。计算缺陷当量值常用下面两种方法：

①基准平底孔与缺陷回波声压差计算缺陷当量.

②大平底面回波与缺陷回波声压差计算缺陷当量.

但是两者之间是存在差距的，有时很大，因此我们测定时应用其正确的方法，才能保证检测结果的正确性。此外，参照点的选择（即良好底波的点）一定要具备代表性。

5 缺陷性质的辨别

超声检测所用的仪器是A型脉冲反射式仪器，其描述缺陷形貌的信息有限，且受到仪器分辨力的制约。此种方法只能将缺陷大概描述为点、线、面和当量大小。以此来判定缺陷的性质比较困难。定性分析工作依赖于检测人员除对回波波形的熟知外，还应该了解工件制造过程中的工艺过程，要逐步积累应经验及对缺陷类型综合分析，除具有典型性的情况外，超声检测并不能做到准确的定性。如白点缺陷与偏析易混淆，有时偏析缺陷中存在白点缺陷。锻钢件中的白点缺陷由于对工件基体破坏巨大。有人描述其回波尖突、猛快，缺陷方向为受压方向，呈辐射状分布，但这多为通常情况，一个轴类工件破坏后的截面，如图2所示。其白点缺陷分布在工件的一端且量值较大。

因此，我们确定缺陷性质时应十分慎重，多做一些调查研究，充分了解工件制造的工艺过程，进行综合分析。只要工作充分到位，利用超声波检测方法对某些缺陷性质还是能够确定的。对于一个由于内部缺陷报废的锻件，只要知道金属内部组织不存在夹渣缺陷，即钢是近似纯净的，通过合理工艺方法是可以将其重新锻制为合格坯件的例子是较多的。如对存在疏松和偏析缺陷锻件的改制往往取得满意的结果，这是工艺人员十分关注缺陷的定性工作原因。

6 结 语

综上所述，在锻钢件超声的检测过程中，应当理解超声波的检测原理、充分了解工件制造过程中的工艺过程。进行综合分析，是能够确定某些缺陷的性质。我们应该严格执行技术标准要求，注重每个环节，并且选择合理的技术参数，从而提高检测的可靠性和准确性。

参考文献：

超声波探伤分析 篇7

近年来, 全球制造业的竞争越来越激烈, 对于钢结构的焊接要求也越来越高, 要想在某些领域立足并占据领先地位, 必须确保企业的产品质量。在钢结构焊接质量检测中, 主要采用无损探伤技术, 无损探伤主要是超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤等多种探测方法相结合来进行检测, 大大地提高了检测的速度以及准确性。本文重点介绍超声波探伤在钢结构焊接中的应用, 以及如何对其存在的缺陷进行分析与预防。

2 超声波无损探伤方法的应用

由于超声波探伤探测距离大、深度深、探伤的装置小并且重量轻, 因此检测速度非常快。超声波探伤一般情况下不要求准确地给出缺陷的类型以及性质, 但是经过长期的实践后, 会根据这种声波来找到各种波线形成的规律, 然后结合焊接结构的类型以及材料类型, 来判定缺陷的严重程度。

(1) 初步探伤。在接到探伤任务时, 首先要了解图纸中对焊接质量的技术要求, 根据目前钢结构的验收标准来执行, 不能盲目操作。对这方面要掌握很多专业基础知识。对于要求的钢结构焊接质量等级一级时来评定等级二级的规划来操作, 做到100%的超声波探伤, 依次类推, 直到质量等级为三级标准时。在进行初步探伤时, 要密切关注示波屏上的所有回波信号, 一旦发现有超过评定线的回波时, 要做出标记, 为下一步的缺陷定量做准备。

(2) 精确探伤。精确探伤要做到精确, 采用的方法还是一样, 只是放慢速度, 仔细检测, 防止漏测。对于第一次测出的缺陷这一次也要再检测, 找出真正缺陷的最高回波数, 做好记录, 方便改进。在探伤的时候要时刻注意, 探伤比例是按照每条焊缝长度的百分数来计算的。对于那些局部探伤的焊缝, 如果有允许出现的缺陷时应该在该缺陷两端的部位增加探伤长度, 而增加的长度不应该小于10%。在进行探伤时还要准确了解钢材结构的特点, 对每一次的缺陷能够做出相对精准的判断。

(3) 重复探伤。再一次的探伤是对前两次探伤的检查以及复核, 探测的方法基本一样, 因为经过了前面两次的探伤, 这一次的探伤应该速度放快, 也节省了时间和精力。

3 一般钢结构焊接所出现的缺陷、原因和对策

在所有的钢结构中, 焊接缺陷一般可以分为夹渣、未焊透、气孔、未熔合, 以及出现裂纹的情况。至今为止, 也没有一个比较好的方法能让超声波探伤做出精准且无误的评断。现在的探测也只是根据超声波缺陷反射的波形来综合分析, 得出一个相对精准的结果。

(1) 出现夹渣。在钢结构焊接中, 肯定或多或少的会出现一些材料夹渣, 这就影响了钢材的质量以及焊接, 这些夹渣在超声波中通常以下述现象呈现:首先, 点状的夹渣会呈现像气孔类似的回波信号, 这时检测人员就会发现, 做下记录。其次, 若出现条状的夹渣, 就会显示锯齿状的波幅。最后, 如果有波形像树枝形状的, 那么各个方向的探测所作出的反射波幅是不一样的。

导致这类缺陷的原因一是在焊接的过程中, 焊接电流过小, 其速度又非常快, 导致一些夹渣还没有来得及飞走;二是金属的焊接成分不够纯净, 含有硫之类的成分。预防措施是正确使用焊接电流, 在焊接速度上放慢, 在焊前必须清理干净一些杂质。

(2) 没有焊透。在钢结构中也会时常出现这类问题, 通过超声波探测就会显示出来。遇到这类缺陷时, 波幅会比较高, 这种缺陷非常严重, 会导致裂纹产生, 产生这种情况的原因就是在焊接的过程中, 其焊接电流过小或者速度过快以及运条角度不正确导致的。为了预防这种缺陷时常会选择正确的焊接工艺来保证钢材焊接的质量, 以确保汽轮机正常运转, 提高生产能力。

(3) 焊接中出现气孔。超声波的波形随着气孔的大小而不同, 像一些单个的气孔, 其波形就比较稳定而且是单缝的。由于探测的方向不同, 会导致结果不同, 所以需要来回几次探测, 以减少失误。

产生气孔的原因如下:在手工焊接这些钢材时, 电流过大, 以及杂质没有清理干净, 或者是由于电压过高形成的。对于焊接面积的减少, 会降低了机械的运行效率, 影响工作的效率。预防这类缺陷的时候应该防止不相关的杂质存在钢结构中, 及时处理干净, 对于生锈的钢丝必须处理干净才能够使用, 并且在焊接时候选用合适的电压和电流以及速度。

(4) 焊接中出现裂纹。对于有过这方面经验的工作人员来说, 裂纹反映在超声中, 其波形比较宽, 而且高度很大。相对于其他的缺陷来说, 裂纹是危害最大的一种, 所以做好裂纹的防范工作尤其重要。裂纹产生的原因是:在焊接过程中, 受热不均匀, 在外力的作用下, 冷却速度又过快, 导致还没有完全合并在一起, 就出现了或小或大的裂纹。防止出现裂纹的方法是:在钢材的含量上采用少量的硫、锰来提高焊接缝隙的自由伸展度;采用先进的焊接技术来减少焊接裂纹。

(5) 焊接中出现未完全熔合的情况。在用超声波探测时, 未熔合缺陷反射波形较稳定, 然后在焊缝两侧探测时候, 有可能有一侧探测不到结果。若焊接的速度过快, 没有选择合适的焊接角度, 就会导致未完全熔合。预防措施是选择合适的角度以及正确的焊接方式, 电流要适当。

参考文献

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[3]张绘春.论述超声波探伤在钢结构焊缝中的应用[J].城市建设理论研究, 2012 (21) :56-58.

超声波探伤分析 篇8

近年来, 我国核电、水电工业高速发展, 所需压力容器的体积和数量均与日俱增。作为国家重大工程装备的核心构件, 核电加氢用大型回转件外径为3~6m, 壁厚在200mm左右, 长度为1.33~5.4m, 最大质量可达250t。

在大型压力容器生产中, 运用超声波技术检测工件的内部缺陷至关重要, 面对日渐增长的市场需求, 如仍以传统的手工方式来进行缺陷检测, 不仅工人劳动强度大, 检测周期长, 而且人为因素对检测结果的影响较大[1], 这已经成为某些企业整个生产工艺链的瓶颈, 严重影响生产进度和生产效率。因此, 针对核电加氢用大型回转件的自动化超声波探伤的技术研究及装备研制对整个核电、水电工业的发展变得尤为重要。

国外研究和生产相关产品的公司主要有美国的泛美 (PANAMETRICS) 公司、加拿大的R/D TECH公司, 德国的K-K公司[2]等。德国Nukem Nutronik[3,4]公司研制的MAUS超声自动检测系统 (mufti aix ultrasonic system) 允许操作人员通过编程使超声探头能够检测具有复杂三维几何轮廓的工件。三维检测系统UltraSIM[5]采用软件实现型面跟踪, 该系统包括仿真模块 (simulation module) 和路径规划模块 (path planning module) , 仿真模块生成检测对象的三维NURBS曲面模型, 路径规划模块生成检测时的控制路径。上述公司生产的超声波检测采集、分析和成像处理系统的技术水平较高, 处于国际领先水平, 但是有关超声波自动检测大型回转类工件的技术还处于保密阶段。国内少数大学和科研机构最近几年相继开展了超声波自动检测的研究, 数字式超声波检测仪器的发展速度很快, 但尚未见针对核电加氢用大型回转件的超声波自动化探伤技术与装备的研究报道[6]。

本文以核电加氢用大型回转件为研究对象, 首先介绍了自动化探伤工艺模拟手工探伤工艺的基本原理, 分析了探伤系统运动规律和轨迹规划方法, 然后介绍了自动化探伤轨迹实现的控制算法, 并将此控制算法应用于一实际工程算例, 最后开展了自动化探伤轨迹运动仿真, 仿真结果验证了轨迹规划方法的正确性。

1 自动化探伤模拟手工探伤工艺原理

核电加氢用大型回转件如图1所示。实现大型回转件的自动化探伤的关键在于取得的探伤检测信号是否准确可信。由于目前我国尚没有一套完善的相关核电产品超声波自动化探伤的标准[7], 故自动化探伤检测信号的获取仍需遵循手工探伤标准。根据手工探伤工艺要求, 自动化探伤主要需满足以下要求:探头与工件表面的耦合保持良好[8];探头与工件探伤表面的接触压力保持为20N;每个区域必须扫查两次, 且这两次扫查时探头中心在工件表面所留轨迹线夹角为90° (偏差不超过±5°) ;相邻两次扫查时探头的扫查宽度至少保留20%探头直径的重叠量;探头扫查速度不得大于150mm/s。

1.1 手工探伤轨迹

传统的核电大型回转件手工探伤工艺为:将工件分为若干小区, 手工持探头依次在每个小区域内进行水平、垂直逐步扫描, 直至覆盖整个工件表面区域。用此方法时探头中心在工件表面所留的扫查轨迹展开后为一系列水平与竖直方向夹角为90°的相交线 (图2) 。

1.2 自动化探伤工作过程

自动化探伤机功能实现的基本思想如下:由滚轮架的四托辊支撑并驱动工件旋转, 工件轴向两端分别设置内外探头, 两端分段实现工件超声波自动检测。

自动化探伤机工作时状态如图3所示, 将工件放置于滚轮架上的合适位置, 并将内外探头通过自适应定位以一定压力压在工件的内外表面;准备工作就绪, 启动滚轮架, 使其带动工件匀速旋转, 同时开动内外探伤单元驱动机构, 使探头沿着工件轴向方向匀速往复移动, 完成预设轨迹的自动化探伤。

1.3 自动化探伤轨迹与工艺原理

用自动化探伤代替传统手工探伤的基本原理是:工件通过滚轮架驱动实现匀速连续转动, 左右内外探头无间歇沿轴向往返平动, 探头中心实际轨迹为一系列正反螺旋线。

为满足手工探伤要求, 采用探头的轴向运动线速度与筒节周向转动线速度大小基本相等的原则, 使正反螺旋线与水平线的夹角均为45°, 采用图4所示的自动化探伤扫查轨迹代替图2中的人工探伤轨迹。

要实现图4中的自动化探伤轨迹, 需通过调节工件的旋转速度、探头的轴向运动速度和探测长度等参数, 使探头每次在工件旋转一周后, 回到与原始位置向前或向后相差一个步距 (探头直径与重叠扫描区域宽度之和) 的地方, 然后继续下一周期扫描, 直至探头扫查轨迹覆盖整个工件表面, 完成整个工件的自动化扫描过程。

2 自动化探伤运动规律与扫查轨迹规划

超声波探头与工件运动规律的设定和扫查轨迹的规划是进行核电加氢用大型回转件自动化探伤运动仿真的前提。

从自动化探伤原理可以看出, 探头相对工件表面的速度应该为探头轴向直线运动速度v1与工件圆周速度v2的合成, 合成速度根据手工探伤工艺要求, 探伤速度不得大于150mm/s;又根据探头的轴向运动线速度与筒节周向转动线速度大小基本相等的原则, 在尽量提高扫查速度的前提下, 可确定v1与v2均在93~109mm/s之间。

2.1 工件运动规律

待检测工件由滚轮架系统支撑驱动, 从开始转动缓慢加速至所需速度v2, 之后在整个探伤过程中工件均保持匀速转动。

2.2 探头轴向运动规律

工件轴向两端分别设置有探头机构, 将长度较大筒节分为等长的两段探测区, 由两端左右探头机构分别扫查。

探伤过程中, 待工件达到稳定匀速转动状态后, 探头机构开始运动, 由于探头做往复直线运动, 必须保持探头在探测区轴向两端换向 (包含启动或停止) 时, 运动轨迹无拐点、抖动、冲击, 耦合与摩擦状态良好, 特性平稳, 这样才能保证检测信号饱满、连续稳定、不丢失。因此, 将探头轴向运动分为过渡段与匀速段。过渡段遵循正弦加减速运动规律, 匀速段遵循匀速运动规律。设过渡段运动时间为t0, 其中正弦加速、减速时间均为t0/2, 匀速阶段运动时间为T, 常数记为A。

(1) 正弦加速段 (0≤t

(2) 匀速段 (t0/2≤t≤T) 的加速度a、速度v、位移s的表达式为

(3) 正弦减速段 (T+t0/2

由探头轴向运动方程可得探头在一个升程运动中各个阶段的位移s、速度v、加速度a随时间的变化, 如图5所示。

在探伤过程中, 探头的回程与升程运动规律相同, 运动方向正好相反。探头往复运动一次为一个周期, 则在一个周期内, 探头的位移、速度、加速度随时间的变化如图6所示。

2.3 探头扫查轨迹规划

在合成运动规律下, 工件旋转一周, 探头扫过的周向弧长为B, 且探头回到原始位置并前移或后移一个步距δ。现取工件旋转5圈, 同时探头在圆周方向依次向前步进5个步距 (5δ) , 将扫查区域沿回转件母线展开, 如图7所示, 升程螺旋线与回程螺旋线彼此正交。

为保证相邻两次扫描宽度至少保留20%探头直径的重叠探测区域, 设探头直径为d, 根据图7, 可确定出步距δ的表达式:

若重叠探测区域过大, 会使探伤效率降低, 由此可确定δ的取值范围:

需要说明的是, 在图7中上下两端 (对应工件轴向两端) 相邻两次扫查区间, 存在微小的三角形盲区, 即探头扫查不到的区域, 该区域非常小, 需进行手工探伤复查。

3 轨迹规划实施方案

根据探伤工艺, 探头轴向匀速运动段速度为v1, 轴向两端过渡段为正弦加减速运动, 加减速时间取t0=2s, 当t=2s时, 探头速度v=v1, 由此可确定式 (1) 中得出探头实际的运动规律:

3.1 扫查轨迹实现方法

设筒节长度为L, 分为轴向左右两区探测, 则每个探头计划探测长度为L/2, 左右探头检测装置重叠探测区域长度为L1, 实际探测长度为L1+L/2。探头匀速运动段时间为

则探头完成升程、回程一个周期的运动时间为

当探头移动一个周期时, 筒节圆周转过的弧长为

设筒节直径为D, 则其周长为πD, 工件转动一周探头轴向往返运动周期数为K, 有

其中, K必须是整数, 根据筒节规格的不同可取整数2, 3, …;K1为验证系数, 只能取-1或1。当K1为-1时, 筒节旋转一周后, 探头相对初始位置后移一个步距δ;当K为整数, K1为1时, 筒节旋转一周后, 探头相对初始位置前移一个步距δ, 实现轨迹连续并覆盖工件表面。

轨迹中单螺旋线与水平线的夹角为

通过调节探头的轴向运动速度v1、工件的旋转速度v2、重叠探测区域长度L1、周期数K和验证系数K1, 可调节步距δ符合式 (4) 中的要求值, 并且能够保证满足85°<2α0<95°。

3.2 自动化探伤实例计算

完成一个工件的扫查, 工件需要转过的周数为

式中, int () 为取整函数。

则探头完全扫查工件一次耗时为

按工艺要求, 每个工件需用三种规格不同的探头分别扫查一遍, 则总耗时为

以某规格工件 (L=5.4m, D=5.9m) 为例, 取探头直径d=20mm, 利用Visual Basic语言编程试算。取v1=101 mm/s, v2=105.4mm/s, L1=128mm, K=3, K1=-1, 此时δ=22.95mm, 探头中心所留轨迹正反螺旋线夹角为87.6°, 按式 (14) 计算总扫查时间T0=39.6h, 而传统手工探伤需256h, 由此可以看出, 应用自动化探伤效率比手工探伤效率提高了5.46倍。

4 自动化探伤轨迹仿真

根据前述自动化探伤原理和运动规律, 运用MATLAB和ADAMS软件对探头自动化探伤轨迹进行联合仿真[9]。

首先根据自动化探伤方案用PRO/E建立其简化三维模型;其次将模型导入ADAMS中, 添加约束和驱动, 并创建ADAMS控制系统模型, 在MATLAB中根据运动规律编制控制算法;再次实现MATLAB和ADAMS信息接口对接, 驱动该探伤模型进行运动仿真, 仿真过程中, 将ADAMS模型中的探头、工件的当前位置、速度等信息输送给MATLAB, 后者根据控制算法计算出电机的转动角度并反馈给ADAMS模型;最后完成自动化探伤轨迹规划仿真, 如图8所示。

将轨迹运动仿真图沿工件周向方向展开, 工件轴向两端区域即探头在正弦加速段所扫查过的区域轨迹如图9所示, 由于此段探头速度未达到匀速段速度大小, 所以此部分区域的正反螺旋线夹角小于90°, 是需进行手工复查的区域。

除探头运动的过渡段区域以外, 其余区域为正交区域, 扫查轨迹如图10所示, 所有正反螺旋线夹角均为90° (偏差不超过±5°) 。

在重叠扫查区域中心处 (也是工件轴向中心段) 存在左右探头重复扫查覆盖区域, 如图11所示。此区域包含探头在正弦减速段所扫查过的区域, 同探头在正弦加速段扫查过的区域一样, 也为需人手工复查的区域。

对仿真结果进行分析发现, 除工件轴向两端和中心微小区域 (约占整个工件区域面积的1.2%~2.0%) 的正反螺旋线交角在40°~90°范围以外, 其余区域均能保证轨迹夹角在允许误差范围之内, 符合人工探伤标准。

5 结论

(1) 本文所提出的自动化探伤工艺原理克服了传统人工探伤费时费力、精度难以保持等缺点, 为大型回转件以自动化探伤模拟手工探伤的实现提供了思路。

(2) 自动化探伤运动规律与扫查轨迹规划实施方案的确立为大型回转件自动化探伤扫查轨迹的实现指明了方法, 所规划的轨迹在符合国家无损检测工艺标准的基础上, 成倍地提高了探伤效率。轨迹仿真结果验证了该轨迹规划方法的可行性。

(3) 针对核电加氢用大型回转件自动化超声波探伤轨迹规划及仿真所进行的研究, 不仅证明了用自动化探伤代替手工探伤的工艺方法, 可大大缩短大型回转件的自动化探伤周期和减小探伤过程中人工因素带来的误差, 并且为类似自动化探伤需求提供了有益的技术参考。

参考文献

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超声波探伤分析 篇9

对于具有高质量和高可靠性要求的金属材料和设备, 超声波探伤检验 (UT) 是对其内部质量检验的一种有效手段。随着我国水泥生产规模和装备的大型化, 需要对内部UT检验的材料及部件越来越多。对于探伤检验, 水泥装备制造企业多年来沿用我国国家标准 (GB) 、机械行业标准 (JB) 和建材行业标准 (JC) 。这些标准主要以国际标准 (ISO) 作为基础, 即等同采用或修改采用了ISO标准, 优先执行ISO标准。

现在大型水泥装备出口越来越多, 外方业主对水泥设备制造和检验执行的标准, 除要求符合最新ISO标准外, 还经常提出一些具体的标准及验收等级, 如对回转窑的托轮、轮带、大齿圈等大型铸钢件的探伤标准, 要求执行ASTM (美国材料协会) A609 2级。但由于历史原因, 国际上仍有一些国家和地区标准并未与ISO标准接轨 (包括上述的ASTM A609) , 甚至存在很大差别。如钢焊接焊缝的UT探伤, GB/T11345—1989与DIN EN 1712或ISO11666差别很大, 验收等级也没有相互对应。由此在执行质量检验时, 由于验收标准和等级不同遇到了一些困难或产生分歧。因此, 我们有必要了解ISO标准以及其他国家和地区的标准, 以合理地执行标准。

本文旨在通过对超声波探伤方面的标准对比, 分析其中的相同点和不同点, 在执行标准过程中, 既符合我国国情, 不低于国家标准 (最低要求) , 又避免由于验收标准和等级不同可能出现的意见分歧, 真正控制好设备质量, 最终达到业主 (用户) 满意的目的。

1 主要探伤标准对比

本文针对水泥装备的结构与特点, 主要按三类探伤对象进行对比分析:铸钢件、锻钢件和钢焊缝。对比分析的标准主要包括我国国家标准 (GB) 、机械标准 (JB) 、国际标准 (ISO) 、欧洲标准 (EN) 、德国标准 (DIN) 、英国标准 (BS) 和美国标准 (ASTM) 。每项标准都有各自详细的规定, 限于篇幅, 本文仅从缺陷评级、探头及参数、灵敏度校准及灵敏度校准试块等大的方面进行对比分析, 结果列于表1。

2 对比分析

2.1 铸件

1) GB7233修改采用ISO4992和BS EN 12680, 质量分级方法和验收等级都相互一致, 执行GB完全等于执行ISO, 最便于检验和验收, 应优先选择执行。

2) 关于探头灵敏度校准方法, 表1中提到的各个国家、地区及部门标准和ISO一致, 均采用DAC曲线法 (AVG法) 或底波反射法。只是平底孔当量直径Φ规定的不同, 如GB (ISO) 常规定Φ6mm, JB斜探头规定Φ3mm, ASTM规定Φ6.4mm。GB、JB和ISO底波反射法都是规定用被测工件完好部位底平面作为反射波平面, 更加接近实际。ASTM A609规定用试块 (非实物) 底面作为反射波平面。

3) 不同的标准, 对探头参数要求基本一样, 但对校准试块和反射体规定略有不同。

4) 对于质量分级, GB、ISO和EN都区分铸件的内、外层, 即壁厚分区允许内层比外层低一个等级。ASTM A609铸件缺陷评级基本不分内、外层, 即对内、外层要求等级一样, 这对于大型铸件且验收等级要求较高, 我国铸造工艺目前还难以达到。

2.2 锻件

1) 因GB/T6402修改采用EN10228, 其质量分级、方法和验收等级完全一致, 执行GB完全等于执行EN。

2) 对于探头参数, GB和其他标准相比, 规定基本相同, 但对校准试块和试块反射体规定略有不同。

3) 探头灵敏度校准方法, 同铸件探伤标准一样, 也是采用DAC方法 (AVG法) , 底波反射法、试块比较法。对于校准试块的反射体, GB是平底孔, JB不仅可采用平底孔还有V形槽。

4) 对缺陷的质量分级:GB (同EN) 分1～4级, 1～4级由松到严;JB分Ⅰ～Ⅴ级, Ⅰ～Ⅴ级由严到松。表2给出了按平底孔大小和底波衰减量 (系数) 为基础进行分级对比, 即按允许缺陷的当量值分级 (不是绝对量) 。ASTM A388没有统一的质量等级, 只是定义出缺陷大小由供需双方协商确定, 此处不赘述。

2.3 焊接件

GB/T11345与DIN EN 1712 (ISO11666) 质量分级方法和验收等级完全不同。ASTM E164没有规定统一的验收等级, 由供需双方事前协商 (此处不赘述) 。DIN EN 1712与ISO11666基本相同可互为替代。因此, 本文主要对比分析GB/T11345和DIN EN 1712。

1) 探头参数:从表1可见, 各标准对探头参数的要求基本相同。

2) 灵敏度校准方法基本相同。GB/T11345和DIN EN 1712的方法 (1) 都是用Φ3mm横孔的标准试块反射体制作DAC曲线法, 再根据DAC曲线设定判别灵敏度曲线。灵敏度相同具有一定的等级可比性。DIN EN 1712灵敏度校准的方法 (3) 制作DAC曲线采用的是1mm深的矩形刻槽作为标准试块的反射体;其方法 (2) 是距离增益尺寸法 (DGS) , 我国实际采用较少。

3) 质量评级不同。参考等级都是按Φ3mm横孔制作DAC曲线。GB/T11345验收等级按表3预设判废线、定量线和评定线三条曲线, 参见图1。根据缺陷反射波高度落在Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区来评定质量等级。对于高度落在Ⅱ区的缺陷还要考虑缺陷指示长度、检验等级ABC和缺陷性质 (是否存在裂纹) 进行分级, 分为Ⅰ～Ⅳ级 (见表4) 。DIN EN 1712按DAC曲线设定参考等级 (方法 (1) 和 (3) ) , 参考等级减去10dB为评定等级, 再根据参考等级、母材厚度和缺陷指示长度分级, 包括评定等级和记录等级 (验收等级2, 3) , 见表5和表6。

对比可知, GB质量分级按三条灵敏度曲线分级更具体细致。如对最大缺陷回波高度不超过评定线 (DAC-16dB) 给予评级并评为Ⅰ级 (DIN没有规定) 。GB考虑的影响因素更多, 如缺陷性质是裂纹, 即使缺陷回波高度很低, 不超过DAC-16dB, 也判为Ⅳ级。

3 两点注意

1) 探伤检验时, 不能完全照搬国外的某一标准, 应视情况选取最佳方式。

例如在我们总承包阿塞拜疆5 000t/d生产线项目中, 外方业主曾提出对回转窑铸件探伤执行ASTM A609 2级标准进行检验和验收, 对于Φ4.8m×70m回转窑, 其中铸件尺寸为:

轮带:Φ外5 880mm, Φ内5 038mm, 宽度868mm;

大齿圈:Φ外7.6m, 壁厚达590mm;

托轮:轮宽1m, 壁厚达775mm。

按ASTM A609 2级要求, 探伤质量等级不分内外层, 即内外层都要达到规定相同的允许缺陷, 其允许的最大缺陷面积为1 500mm2 (1.5平方英寸) , 缺陷最大长度为55mm (2.2英寸) 。对于如此大型的铸件, 经我们多方调研, 我国铸造工艺很难达到上述要求。按以往经验, 如我国企业与欧洲知名企业如丹麦史密斯公司、德国伯利休斯公司等用户多次合作并供应相同设备时, 都是执行标准BS EN 12680-3级和ISO4992-3级, 其单个最大缺陷允许值外层为1 000mm2, 内层为15 000mm2, 完全满足了用户要求和实际生产需要。后经与外方业主反复协商, 按内、外分层分级验收, 按BS EN 12680标准, 将质量等级提高一个等级 (3/T级提高到2级) 。图2为BS EN 12680、ISO4992、GB/T7233和JB/T5000.14标准中都按分内、外层 (d/3) 对铸件分层的示意图。

2) 执行国际上某一标准检验和验收时, 应把握一个原则, 即质量等级不能低于我国现行的GB标准。

由于一些国家或地区的标准和GB检验方法和等级的不对应 (标准没接轨) , 执行标准时可能会出现低于GB的情况, 而GB是保证设备质量的最低要求。如水泥回转窑和磨机筒体对接焊缝探伤检查, 按GB明确规定不能低于GB/T11345ⅡB级, 若执行DIN EN 1712标准, 其验收等级3级与GB/T 11345ⅡB级比较接近, 但执行时应增加一些技术说明, 如焊缝不得存在裂纹缺陷 (GB规定有裂纹最高判Ⅳ级) , 对缺陷回波高度应具体要求, 才能保证不低于GB。比如, 检验焊接板厚8～300mm的焊缝, 按检验等级B级探伤, 不考虑缺陷指示长度因素, 缺陷回波高度若刚好位于DAC-3dB, 按DIN EN 1712没有高过DAC-2dB, 可判3级合格 (表5) , 但按GB/T 11345缺陷回波高度在DAC-4dB (判废线) 之上时, 应判Ⅲ级 (表3和图1) , 没达到ⅡB级, 不允许。诸如此类的问题应特别引起注意。

4 结束语

1) 检验时优先选择与国际上其他标准接轨 (等同采用或修改采用) 的GB, 既可方便地满足外方业主对设备提出的质量检验要求, 也便于我国企业的实施和管理, 避免出现双方认识不同和贸易分歧。

2) 对于GB还未与国际上其他标准接轨的情况, 若外方业主坚持执行某一标准, 则应在执行过程中首先搞清该标准的质量评级方法和验收等级, 经与GB的对比, 找出合适的验收等级, 保证不低于GB, 同时满足外方业主提出的质量等级要求。

超声波探伤分析 篇10

关键词：钢轨探伤,B型显示,伤损图谱

目前, 朔黄铁路肃宁分公司钢轨探伤主要以探伤小车现场作业为主, 结合手工检查。作业完毕后再对现场探伤采集的作业数据以B型回放的行式进行二次分析的作业模式运行, 通过一段时间的使用, 积累了一定经验。随着运量增加, 万吨列车大量开行, 伤损发展呈速度快、类型复杂、数量多的特点, 因此这就需要现场探伤作业人员以高度的责任心完成探伤工作, 数据回放分析人员不断地提高伤损分析准确率, 使其充分有效的发挥B型显示的作用。

1 钢轨超声波探伤B显的应用

B型显示是一种能够显示被检工件的横截面图像, 指示反射体的大致尺寸及相对位置的超声信息显示方法, 这种显示方法是将荧光屏上横坐标代表探头移动距离, 纵坐标代表声波传播时间或距离, 基线随探头的移动和回波时间而变, 可直观了解探头移动下方横截面的缺陷分布和离探测面的深度, 获得在探头扫查方向的断面图。

如探头分布侧视图 (图1) 。

图1为目前钢轨探伤GCT—8型仪器探头分布图, 设置了A、B、C、D四个70°探头, E、F俩个37°探头, 和一个0度G通道, 七个通道分别设置了不同的颜色, 用B型显示以图像画的方式显示出来, 如图2。

通过对排除正常波型如:端面螺孔倒打螺孔顶角焊筋等正常显示与非正常显示来判断伤损的存在与否。

B显式数据回放, 作为一种查漏补缺的二次探伤, 他可以在短时间内, 对大量探伤数据进行一次全面分析, 相对现场有检查速度快的优点, 可以及时发现一些, 较为明显的漏检伤损, 但也有一些不足之处, 目前为止B型显示以图像画的形式显示, 无法对杂波、干扰信号波的信号幅度进行衰减, 所以对发现一些可疑伤损, 仍需结合现场作业人员进行现场校对, 以确认伤损是否属实, 这就需要我们数据作业人员不断总结经验, 提高数据分析的准确度。

2 典型伤损图谱的分析

2.1 焊缝轨腰伤损图

分析:图3为焊缝轨腰伤损, D通道为焊缝焊筋轮廓波, E通道为焊缝伤损, 此伤损波出波刻度在2.9~4.0刻度, 正常焊缝轨腰部位是没有回波显示的, 这种伤波很容易误认为是导线孔波, 当有极个别的轨腰有导线孔时, 出波刻度为4.0~6.0刻度之间, 显示的图像和正常导线孔一样, EFG三个通道都有回波, 如图2中正常导线孔图形一样, 这就需要现场人员和数据分析认真对比分析伤波还是导线孔波。

2.2 轨头下颚裂纹伤损图

分析:图4为轨头下颚裂纹出波显示, 从右往左, C通道下颚部位的第一个为夹板垫片引起的回波, 第二个波为正常的轨端面回波, 第三个为有夹板垫片与轨鄂长期的受力在运行中形成的鄂部裂纹波, 由于在夹板范围内, 下颚波不引起重视, 对于此伤损当轨端面70°探头回波出现类似的波形显示时应作为重点进行校对和监控。虽然正常情况下, 下颚裂纹发展相对缓慢, 但也不能忽视, 由其出现此图情况, 必须认真校对分析。

2.3 鱼鳞伤下的轨头核伤

分析:图5为鱼鳞伤下的轨头核伤, B通道的显示是核伤的一二次波, 由于二次波的声束比一次波的声束宽, 所以在现场作业中我们主要以二次波来发现伤损, 用一次波来对伤损进行一定的定位定量, 当鱼鳞伤发展严重, 只显示二次波或一次波波幅稳定的位移时, 我们要认真校对, 当一、二次波同时显示波幅稳定位移时, 即可判定为核伤。在B型显示的图像中二次波的图像粗于一次波的图像, 从核伤的出波规律当核伤与声束入射方向垂直时伤损出一次波, 当与入射方向平行时出二次波, 由于实际伤损取向不规则, 所以比正常轨端面的图像略小, 我们要认真对比分析。A通道为鱼鳞伤损引起的密集回波, 由于鱼鳞伤回波报警密集而短促, 很容易把一些一次回波误认为杂波, 所以在作业当中遇鱼鳞伤严重地段, 要慢走细检, 反复探测, 认真校对。

2.4 焊缝轨头灰斑

分析:图6为焊缝轨头灰斑, C通道为伤损图像, D通道为焊筋轮廓波, 由于焊缝接头是通过一定的焊接方式对接的, 理论上讲已经是一种伤损了, 在焊接的过程中, 一些极小的杂质未析出在对接时被挤压在接头内, 形成了面积型的缺陷, 由于此伤损的厚度极簿, 超声波声束的能量在伤损上反射能量极小而透射能量极大, 且当伤损更大时透射则更大, 屏幕上显示的回波极小, 所以当焊缝接头轨头部位出现波幅位移稳定位移量达到水平位移0.4 mm时要认真校对, 而不能误认为是杂波放松警惕, 防止伤损发展而引起断轨。

2.5 一孔向轨端水平斜裂纹

分析:图7为一孔向轨端水平斜裂纹, 当水平斜裂纹位于螺孔中心线上方时, 会出现类似回波图像, 造成这种显示图像的原因是, 裂纹与孔形成端角反射, 由于裂纹位于中心线的上方, 一孔的孔波无法显示, 只显示伤损波, 这种波很容易误认以为是变形后的螺孔波, 现场作业遇到此波形需认真分析, 必要时进行手工拆检校对。

3 结语

空心车轴用超声波自动探伤装置 篇11

300系列以后的新干线电动车轴, 为减轻簧下质量及提高车轴的超声波探伤精度, 均采用在车轴中心部镗孔⌀60 mm的空心车轴。这之前的车辆几乎均使用实心车轴。按原运输部规定, 对车轴的检查中, 务必实施衰减度检测及垂直探伤。衰减度检测是从车辆端面入射超声波, 根据超声波的透射率来判断是否异常的检测方法。此外, 垂直探伤是以较大伤痕为检测对象的探测方法, 探伤精度不高。另一方面, 斜角探伤法虽说探伤精度高于垂直探伤法, 可是, 从车轴的外圆周表面对齿轮和车轮的配合部位实施探伤时, 由于其他配合部件或尺寸上的限制, 不得不按照检测灵敏度低的角度进行探伤。空心车轴由于中心部位有镗孔, 所以是不可能按这类方式来探伤的。因此, 开发了空心车轴的自动探伤装置 (见图1) , 能以远远高于实心车轴的探伤精度, 从镗孔内表面实施自动探伤。该装置由于从镗孔内表面进行斜角探伤, 且不受尺寸上的限制, 能对车辆进行全面检查, 是自动进行探伤作业、自动判定有无伤痕并显示检查结果的探伤装置。因此, 该探伤装置可实现车轴探伤的高精度化与高效化, 也在探伤作业技术的水准化方面发挥了作用。