至德鋼業(yè)探討奧氏體不銹鋼焊縫超聲檢測方法

 浙江至德鋼業(yè)有限公司以板厚為5.5mm和10mm的奧氏體不銹鋼對接焊縫板子為對象進(jìn)行超聲波檢測，根據(jù)奧氏體不銹鋼對接焊縫中晶粒組織特點(diǎn)，采用了普通橫波斜探頭和縱波斜探頭進(jìn)行試驗(yàn)。理論分析了不同探頭參數(shù)對奧氏體不銹鋼對接焊縫超聲波檢測的影響。通過在試樣上制作的典型的人工缺陷，對比使用普通橫波斜探頭、縱波斜探頭對缺陷的檢測情況，來進(jìn)一步改善實(shí)際探傷工作中的檢測工藝，以選擇更合理的探傷條件。

一、前言

  奧氏體不銹鋼材料，其焊縫為柱狀晶組織，晶粒粗大，有彈性各向異性。超聲波在此類結(jié)晶組織內(nèi)傳播時(shí)，聲速、衰減也呈各向異性，若用一般碳鋼和低合金鋼所用的超聲檢測方法檢測，往往無效。理論分析奧氏體不銹鋼焊縫檢測中常采用探測角度為45°，頻率為2MHz縱波探頭或者窄脈沖縱波探頭和聚焦探頭。窄脈沖縱波探頭和聚焦探頭脈沖寬度窄，可減小晶界的影響。聲束聚焦可使特定區(qū)域波束截面積小，減小晶粒散射的作用面積。采用縱波折射45°縱波縱波斜探頭檢測信噪比較高，衰減較小。由于奧氏體不銹鋼焊縫對接接頭晶粒粗大，超聲檢測時(shí)。頻率越高衰減越大，穿透越低，通常為0.5-2.5MHZ。

  實(shí)驗(yàn)條件的選擇包括波型、頻率和探頭種類等。為了進(jìn)行對比試驗(yàn)準(zhǔn)備了為頻率2.5MHz，折射角為K2的普通橫波探頭、窄脈沖縱波探頭。實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行探傷設(shè)備的調(diào)整：入射點(diǎn)的測定，探傷折射角的測定，靈敏度的調(diào)節(jié)和距離一波幅曲線的制作。

  本次試驗(yàn)的奧氏體不銹鋼對接焊縫工件采用厚度為5.5mm和10mm的薄板，采用頻率為2.5MHz的K2橫波斜探頭和縱波斜探頭進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行普通碳鋼和奧氏體不銹鋼衰減系數(shù)以及聲速的測定，測定數(shù)據(jù)代入理論計(jì)算公式得出的結(jié)果是奧氏體不銹鋼測衰減系數(shù)a=0.132dB/mm，奧氏體不銹鋼的縱波聲速為5952m/s。碳鋼衰減系數(shù)a=0.062dB/mm，碳鋼縱波聲速5885m/s.

  圖是采用頻率為2.5MHz的K2橫波斜探頭和縱波斜探頭進(jìn)行試驗(yàn)所產(chǎn)生的結(jié)果。從上面的圖形中可以看出，使用普通橫波斜探頭檢測時(shí)可以檢測出缺陷，熔合線兩側(cè)的反射較強(qiáng)，但橫波檢測時(shí)都出現(xiàn)了偽缺陷。由于奧氏體不銹鋼的特殊組織結(jié)構(gòu)，使得橫波波束在材料中傳播產(chǎn)生很大的扭曲，其波幅-深度關(guān)系并不隨深度的增加而單調(diào)減小，有很大的波動(dòng)。

  采用縱波檢測時(shí)，檢測使用接觸脈沖反射法。由檢測結(jié)果可知，縱波探頭可以檢測出所有缺陷，信噪比較高，能達(dá)到12dB。粗大的焊縫組織對縱波的衰減和扭曲遠(yuǎn)小于橫波，缺陷回波的波幅-深度關(guān)系呈單調(diào)遞減，這有利于缺陷的檢出和定量。

二、實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)論

  通過對奧氏體焊縫材料衰減系數(shù)的測定表明，奧氏體焊縫存在嚴(yán)重的衰減和粗大晶粒反射，比普通碳鋼要嚴(yán)重的多。它們隨著超聲聲束在焊縫材料中的方向變化，當(dāng)檢測奧氏體厚度增大時(shí)，材料衰減明顯增大衰減與散射密切相關(guān)，并依賴于頻率，低頻的超聲波更容易透過材料，頻率低的比頻率高的衰減小。

  試驗(yàn)結(jié)果表明，縱波探頭檢測奧氏體不銹鋼焊縫的信噪比高于橫波探頭。橫波在焊縫中的波形轉(zhuǎn)換和粗晶散射是橫波信噪比低的主要原因。但縱波探頭自身也存在一些缺陷：

  ①. 缺陷反射波較寬及信號游動(dòng)范圍大，使得信號間相互干擾，不利于缺陷的準(zhǔn)確判斷。

  ②. 縱波探頭中伴有橫波會(huì)影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

  ③. 與同頻率橫波相比縱波的指向性差，分辨率較低。而橫波探頭雖然信噪比不如縱波，但其反射信號比縱波清晰，分辨率比縱波更高

  以上是對奧氏體不銹鋼焊縫超聲波探傷的特性和伴隨的探傷的難點(diǎn)以及超聲波探傷方法進(jìn)行了簡單的敘述，最后有決定意義的是碳鋼焊縫的超聲波探傷和奧氏體不銹鋼焊縫的超聲波探傷有不同點(diǎn)，主要在以下幾點(diǎn)：

  ①. 在碳鋼焊縫超聲波探傷時(shí)，試驗(yàn)頻率以5MHz為準(zhǔn)，但在奧氏體不銹鋼焊縫的超聲波探傷時(shí)，考慮到材料衰減因素，探測頻率降低為2MHz或更低的情況居多。

  ②. 試驗(yàn)結(jié)果表明縱波的檢測能力優(yōu)于橫波，縱波探頭檢測奧氏體不銹鋼焊縫的信噪比高于橫波探頭。橫波在焊縫中的波形轉(zhuǎn)換和粗晶散射是橫波信噪比低的主要原因。

  ③. 由于聲束在奧氏體焊縫中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生扭曲，所以缺陷的定位精確度不高。由于奧氏體晶間雜波嚴(yán)重，加之縱波斜探頭中橫波的干擾，給回波識別帶來一定的困難，所以需慎重區(qū)分真假信號。