大口徑壁厚壁鋼管的超聲波周向檢測

高壓硫今天是鍋爐制造行業(yè)不可或缺的原材料。無縫鋼管是通過穿孔法和高速擠壓法制造,大多數(shù)缺陷與管材軸線平行,因此管材檢測以沿管材外圓周向掃查為主,也可能存在與管材軸線相垂直的缺陷,必要時還應(yīng)沿軸線方向進行斜入射檢測。對厚壁圓筒形工件(如高壓無縫鋼管φ219mm×60mm)用純橫波進行周向檢測時,超聲波橫波能探測到的最大壁厚受第一臨界角的限制(壁厚t與外徑D之比≤0.226),而當(dāng)t/D≥0.226時,橫波掃查不到管子內(nèi)壁。利用61°反射,產(chǎn)生較強的變形橫波波束來探測內(nèi)壁缺陷,最大增加到t/D=0.26。因此用純橫波對φ219mm×60mm無縫鋼管的周向直接接觸法檢測是不可行的。由于條件所限,也不能采用水浸法進行橫波檢測。筆者介紹了對高壓無縫鋼管(φ219mm×60mm,其內(nèi)外徑之比為0.452,t/D=0.274)進行縱波斜探頭周向檢測的原理及方法。1參數(shù)的選擇和測試方法1.1檢測c—縱波斜入射角α的選擇如圖1所示,當(dāng)主聲束與內(nèi)壁相切時可得:式中r——內(nèi)半徑;β——縱波折射角。將鋼管的r和R代入式(1),得sinβ=0.4521,β=26.9°;又根據(jù)折射定律可知:式中c1——有機玻璃縱波聲速;c2——鋼中縱波聲速。則可求得α=12.1°。因此選擇α=10°,βs=11.9°和βL=22°入射角的縱波斜探頭對鋼管進行檢測。1.2質(zhì)量缺陷選取鋼管長度L=200mm,δ=40mm(無≥φ2mm當(dāng)量的自然缺陷),根據(jù)GB/T5777—1996標(biāo)準(zhǔn)中5.4.3中注2規(guī)定,在鋼管內(nèi)外壁均制作深度h=3mm的60°V型槽(圖2)。1.3外圓探傷v型槽將2.5P13×13的α=10°縱波斜探頭(其鋼中βS=12°,βL=22°)磨成與φ219mm×60mm鋼管外圓一致的曲面,用直射波對準(zhǔn)管內(nèi)壁的人工V型槽,其最高波高調(diào)至滿屏80%,移動探頭,找出外壁人工V型槽的最大回波(10%左右),在熒光屏上標(biāo)出并連接兩點,得距離-波幅曲線,作為檢測時的基準(zhǔn)靈敏度。探傷過程中提高6dB作為對鋼管進行周向檢測的掃查靈敏度。每根管子從管子兩端沿相反方向各檢測一次。2射角等于第一臨界角由超聲波的折射原理可知,采用縱波傾斜入射探傷,當(dāng)入射角α小于第一臨界角時,被檢工件中同時存在折射橫波和折射縱波。可以從超聲波對兩種反射波的不同聲壓(內(nèi)壁反射波高)和傳播時間(內(nèi)壁反射波位置)進行區(qū)分。2.1射波的次數(shù)對飲料反射效果的影響縱波檢測時,由于探頭承擔(dān)發(fā)射和接收的雙重功能,其聲壓的透射和反射應(yīng)該用超聲波的往復(fù)透過率來衡量。從圖3中可知,αL=27.6°～57.7°時,鋼中只有折射橫波存在,無折射縱波。折射橫波的往復(fù)透射率最高不超過30%。當(dāng)αL=10°時,折射縱波的往復(fù)透射率TLL=21%,折射橫波的往復(fù)透射率TLS=2%,由此可得折射縱波、橫波的往復(fù)透射率之間相差201g(21/2)=20dB。將折射縱波的第一次反射波高(即內(nèi)壁槽的反射波)調(diào)整到滿刻度的80%,其折射橫波的波高為201g(80/x)=20dB,x=8%。即橫波反射波高只有8%。2.2反射波的時間比由圖4可知,αL=10°時縱波聲程LL=74mm,橫波聲程Ls=63mm。這時橫波、縱波所用時間比為(63.1/3230)/(73.82/5900)=1.56。按縱波聲程1:1調(diào)整儀器的距離-波幅曲線時,縱波內(nèi)壁缺陷反射波在儀器上顯示刻度為73.82mm處,橫波內(nèi)壁缺陷反射波在115.16mm處。橫波的內(nèi)壁缺陷反射波在縱波的內(nèi)壁缺陷反射波之后,如圖5所示,不會影響缺陷的判斷。2.3檢測結(jié)果分析由于采用入射角αL=10°探頭探傷,在第二介質(zhì)中既有橫波又有縱波,那么,對于管材內(nèi)部同一缺陷波到底是縱波還是橫波發(fā)現(xiàn)的缺陷波,可用以下方法來判定:(1)由表1可查出,219mm×60mm鋼管中某深度缺陷的縱波和橫波的聲程。(2)用縱、橫波的聲程和聲速可算出縱、橫波到該缺陷處所用的時間,這樣就可得到熒光屏上縱、橫波發(fā)現(xiàn)同一缺陷時缺陷波所處的不同位置。(3)在檢測過程中,按聲程1:1調(diào)節(jié)儀器時,發(fā)現(xiàn)有缺陷波1時,向缺陷方向移動探頭,若仍可發(fā)現(xiàn)一波高為其波高8%,熒光屏顯示位置固定的波2時,則兩波均為同一缺陷波,波1為縱波發(fā)現(xiàn)的缺陷波,波2為橫波發(fā)現(xiàn)的缺陷波?？梢?縱波和橫波發(fā)現(xiàn)的缺陷是可區(qū)分的。3缺陷波發(fā)現(xiàn)原理筆者曾按上述1.3方法檢測了11支φ219mm×60鋼管,發(fā)現(xiàn)其中一支鋼管有兩處在顯示器上顯示有缺陷波L1,將該波調(diào)至80%波高處,然后將探頭沿靠近缺陷方向移動時,會發(fā)現(xiàn)有缺陷波S1,兩反射波的波高和位置如圖6所示。通過查表可知,這兩個缺陷波均是底部(60mm處)同一缺陷的反射波,其中L1為縱波發(fā)現(xiàn)的缺陷波,S1為橫波發(fā)現(xiàn)的缺陷波。將該管剖開后發(fā)現(xiàn)實物上的缺陷(圖7)