高頻電阻焊鋼管焊縫縱向缺陷表面波檢測(cè)

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1、高頻電阻焊鋼管焊縫縱向缺陷表面波檢測(cè)由于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)方法及超聲波探頭、對(duì)比試塊的限制,高頻電阻焊鋼管制造、安裝過(guò)程中仍然存在大量縱向缺陷漏檢的問(wèn)題。本文對(duì)超聲波檢測(cè)方法、檢測(cè)儀器、超聲波探頭、對(duì)比試塊等進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn),取得了非常好的效果。1漏檢原因分析高頻電阻焊鋼管焊縫(簡(jiǎn)稱高頻焊管)經(jīng)常存在的未熔合缺陷與原檢測(cè)方法中推薦的圖1、圖2所示兩種對(duì)比試塊中帶N型刻槽的圖2基本接近,可能出現(xiàn)的位置在焊縫由內(nèi)壁至外壁任何深度范圍以內(nèi)。高頻電阻焊鋼管焊縫如圖3所示。依據(jù)表1參考圖3可知,只有橫波折射角度β滿

2、足β1=sin-1r/R時(shí)主聲束才能與未熔合缺陷相互垂直,由此獲得未熔合缺陷的最大反射回波能量。假設(shè)檢測(cè)時(shí)鋼管本身是靜止的,焊縫中接近鋼管外表面的未熔合缺陷只有依靠探頭沿著鋼管外表面做逆時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng),不同深度的未熔合缺陷才能先后與主聲束完全垂直。然而,主聲束越接近鋼管外壁的未熔合缺陷,越容易形成近場(chǎng)探傷的狀況,即處在鋼管外壁附近的未熔合缺陷其反射回波的能量有可能遠(yuǎn)低于鋼管內(nèi)壁附近未熔合缺陷反射回波的能量。檢測(cè)前,檢測(cè)靈敏度的確定一定在鋼管與探頭相對(duì)靜止的情況下進(jìn)行。檢測(cè)開(kāi)始鋼管與探頭之間的兩的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(縱向)

3、非?？?平均可達(dá)每分鐘80.0m左右,根本無(wú)法按逆或順時(shí)針?lè)较蛲ㄟ^(guò)探頭移動(dòng)來(lái)確保主聲束將鋼管壁厚范圍內(nèi)的所有可能出現(xiàn)未熔合缺陷的任何位置全部覆蓋。通過(guò)圖3(b)不難看出,橫波折射角度大于還是小于圖3(a)所示的1,主聲束是直射到未熔合缺陷還是通過(guò)鋼管內(nèi)、外壁的多次反射掃查到未熔合缺陷,只有圖3(a)所示主聲束與焊縫中的未熔合缺陷完全垂直時(shí),才能使未熔合缺陷的反射回波能量達(dá)到最大,這說(shuō)明橫波折射角度β1的準(zhǔn)確性是非常重要的。由于被檢鋼管的直徑普遍較小,所用探頭帶有不同外圓周向曲率。針對(duì)圖1、圖2所示對(duì)比試塊只能

4、用來(lái)確定檢測(cè)靈敏度,無(wú)法實(shí)現(xiàn)所用探頭橫波折射角度的校準(zhǔn)與掃描基線校準(zhǔn),因此易造成未熔合缺陷漏檢。2提高缺陷檢出率的思路根據(jù)超聲波探傷的基本原理,表面波探頭的折射角度只要大于73度(最大90度)被檢工件內(nèi)部就有表面波(表面波是橫波的一種特例)存在,因此對(duì)橫波折射角度要求的不是非常嚴(yán)格。如果將表面波探頭的縱波入射角設(shè)計(jì)成遠(yuǎn)大于第II臨界角αII,即使探頭制作時(shí)折射角度的誤差值較大,也能保證被檢工件內(nèi)部表面波的存在。同時(shí),在規(guī)定厚度范圍內(nèi)表面波與任意深度的未熔合缺陷都是完全垂直的,即任意深度的未熔合缺陷反射回波的靈

5、敏度余量基本相等。由于表面波所能檢測(cè)的厚度約為波長(zhǎng)的兩倍,而波長(zhǎng)λ=Cs/f,式中Cs=2950m/s(表面波聲速),f為超聲波頻率。改變頻率f可改變表面波的波長(zhǎng)λ,即可用表面波檢測(cè)一定厚度范圍內(nèi)的焊縫。問(wèn)題的關(guān)鍵是如何驗(yàn)證圖3接近鋼管內(nèi)、外表面焊縫中的未熔合缺陷都能被有效地檢出且保證檢測(cè)所需的靈敏度。利用21.3mm×2.5mm規(guī)格高頻電阻焊鋼管,采用線切割方法分別沿焊縫長(zhǎng)度方向制作了如圖4外壁人工缺陷對(duì)比試塊、圖5內(nèi)壁人工缺陷對(duì)比試塊(對(duì)比試塊總長(zhǎng)度50.0mm)。試塊中內(nèi)、外壁模擬人工缺陷尺寸為0.2m

6、m(深度)×0.2mm(寬度)×5.0mm(長(zhǎng)度),人工缺陷尺寸遠(yuǎn)小于圖2對(duì)比試塊中的缺陷尺寸。同時(shí)按21.3mm×2.5mm規(guī)格高頻焊管,設(shè)計(jì)制作了規(guī)格為2.5P6×20BMR10.65mm外圓周。向曲率表面波探頭,此探頭波長(zhǎng)λ=Cs/f=2950m/s÷2.5MHz=1.18mm,所能檢測(cè)的工件厚度約為1.18mm×2=2.36mm。并按此規(guī)格參考圖3,依據(jù)公式β1=sin-1r/R=sin-1815/10.65≈50°設(shè)計(jì)制作了規(guī)格為5P6×20βS50°橫波探頭。使用型號(hào)為CBC-100型數(shù)字式超聲波

7、探傷儀器具備表面波距離校準(zhǔn)功能(既掃描基線調(diào)整)與檢測(cè)靈敏度確定功能。3試樣內(nèi)、外壁人工缺陷靈敏度余量的比對(duì)(1)距離校準(zhǔn)將選用的表面波探頭放置在圖6所示位置掃查對(duì)比試塊外壁的人工缺陷,利用探傷儀的峰值搜索功能確定反射回波最高點(diǎn),反射回波最高點(diǎn)確定后測(cè)量出對(duì)比試塊上人工缺陷至探頭外殼前端的距離(注意:表面波探頭沒(méi)有前沿的概念),將此距離值輸入到探傷儀后經(jīng)簡(jiǎn)單操作即可完成表面波距離校準(zhǔn)(即掃描基線調(diào)整)。(2)試樣內(nèi)外壁人工缺陷靈敏度余量比對(duì)測(cè)試將可以檢測(cè)21.3mm2.5mm規(guī)格焊管的表面波探頭完成距離校準(zhǔn)。

8、橫波探頭在圖1、圖2、圖4、圖5對(duì)比試樣上無(wú)法實(shí)現(xiàn)距離校準(zhǔn),并與橫波探頭分別掃查圖6與圖7人工對(duì)比試樣上相同規(guī)格的人工缺陷,峰值搜索確定缺陷反射回波最高點(diǎn)(每次測(cè)試缺陷反射回波高度分別調(diào)整到滿屏高度的80%),通過(guò)探傷儀顯示屏幕顯示的數(shù)據(jù)與圖形分別獲得如下測(cè)試結(jié)果:a.用橫波探頭與表面波探頭分別按圖6所示掃查試樣外表面人工缺陷,表面波探頭缺陷反射回波的信噪比明顯好于橫波探頭缺陷反射回波的信噪比。表面