奥氏体不锈钢焊接接头超声检测研究

作者:仲银忠;韩冬 刊名:石化技术 上传者:石大可

【摘要】奥氏体不锈钢焊接接头超声检测一直以来受到信噪比低和缺陷定位准确度不高的困扰,本文就如何提高奥氏体不锈钢焊接接头超声检测质量进行阐述.

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奥氏体不锈钢以粗大的柱状晶粒的形式存在,金相组织很不均匀,且呈现各向异性的特点。焊接接头从焊接熔融状态冷却至室温凝固状态,其金相组织未发生变化,致使其熔合区比坡口母材晶粒更加粗大,组织更加不均匀。这给奥氏体不锈钢焊接接头超声检测带来很大的影响。1奥氏体不锈钢金相组织特性对超声检测的影响(1)粗大晶粒散射对声能引起的衰减。由于不均匀组织中粗大的柱状晶粒间的声阻抗不同,造成晶粒间微小界面间的散射,造成超声波声能的衰减,而且会产生很多林状回波,可能会掩盖缺陷波,造成缺陷漏检。(2)各向异性的特性对声能造成的衰减。超声波声束在透射时被扭曲,致使超声波的传输方向发生改变声束,而且传输方向的改变具有不确定性,对超声波束起到扩散的作用,造成声能的衰减,同时由于声束传播方向发生改变给缺陷定位造成困难。(3)奥氏体不锈钢焊接接头金相组织的这些特性,造成声能衰减很严重。据实验得知:超声波声能在奥氏体不锈钢焊接接头中的衰减系数是在碳钢焊接接头中衰减系数的2倍以上。2提高奥氏体不锈钢焊接接头超声检测质量应采取的措施要提高奥氏体不锈钢焊接接头的超声检测质量,不但要提高检测信噪比,还要尽可能地减小缺陷定位偏差。2.1要提高检测信噪比,主要从以下几个方面采取措施(1)选择超声波纵波。实验统计数据发现,当缺陷直径大于半个波长时,可以稳定地发现缺陷波。也就是说,超声波几乎全部被缺陷反射体反射。当晶粒直径接近波长的1/10时,声能衰减明显,有明显的声散射现象,当晶粒直径小于1/10的波长时,声能衰减不明显,即可以理解为超声波在奥氏体不锈钢组织内部发生衍射。(2)选择低频率探头。选择低频超声波,可以减小奥氏体不锈钢晶粒界面间的散射,减小声能衰减。超声波频率越低,声能衰减越小,超声波穿透力越高,然而随着超声波频率的降低,声束的指向性变差,不利于缺陷的定位。在选择低频率超声波减小声能衰减、提高穿透力的同时,降低了检测信噪比,加大了小缺陷漏检的风险。奥氏体不锈钢焊接接头超声检测通常采用0.5~2.5MHz的低频探头,可以在一定程度上保证检测信噪比。(3)控制超声波声束的入射角。超声波传播方向和晶粒轴线夹角越小,声能衰减越小。实验数据显示,当超声波入射角在45°~70°之间时声能衰减比较小。(4)控制回波脉冲宽度。脉冲宽度越窄,声束在介质中的散射比越小,检测分辨率越高,检测信噪比越高。为了减小声能衰减,尽量选择低频超声波,频率越低,回波脉冲宽度就越宽,检测分辨率越低,信噪比越低。奥氏体不锈钢焊接接头超声检测时,一般选用1.0~2.5MHz的低频探头。(5)控制探头晶片尺寸。晶片尺寸越大,声束指向性越好,声强越大,穿透能力越强,有利于超声波检测,但是,随着晶片尺寸的增大,近场区长度也在增大,这又不利于超声检测。晶片尺寸越小,对缺陷反射体定位精度越高。奥氏体不锈钢焊接接头超声检测时,探头晶片几何尺寸一般选为20~30mm。(6)控制奥氏体不锈钢焊接接头厚度。焊接接头厚度大于30mm时声能衰减严重,限制了超声检测的缺陷检出率。综上所述,在被检奥氏体不锈钢焊接接头厚度确定的前提下,选择频率较低的纵波斜探头,可以提高超声检测的信噪比。(7)奥氏体不锈钢焊接接头超声检测,定位一直以来都是个难题。目前能做的,就是通过自制对比试块来进一步对缺陷进行定位,在仪器选择方面就是在保证超声波穿透能力的前提下,尽量选择晶片尺寸较小的探头。参考标准《承压设备无损检测第3部分:超声检测》(NB/T47013.3—2015)的附录I,基本能够满足奥氏体不锈钢对接接头超声检测的要求,但是,奥氏体不锈钢超声检测技在缺陷定位方面

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