钢管横波周向检测方法的研究

钢管横波周向检测方法的研究

1钢中横波全声程的一部分检测方法,分管道分为管子、螺旋焊管和直缝管，其检测方法不同。无缝钢管主要是检测母材,通常采用探头组不动钢管螺旋前进的方法,而且探头与钢管间保持有一定厚度的水层。在管材中任何一种形状的缺陷都可以影射为轴向或径向的缺陷,轴向缺陷是管材存在的主要缺陷。图1所示为横波周向检测,将纵波线聚集直探头垂直放置在钢管上方一定的高度,探头与工件间存在水层,当探头偏离中心时,纵波倾斜入射到水/钢界面,当入射角适当时,可在钢管内实现纯横波检测,水层厚度要为钢中横波全声程的一半以上。这种检测方法,需要事先根据管材的尺寸计算偏心距、水层厚度和焦距,然后根据计算结果进行机械设计加工。适当的偏心距可以使得超声声束能扫查到内壁。计算公式为:偏心距范围:0.458r≥X≥0.251R取平均值x¯=0.458r+0.251R2(1)x¯=0.458r+0.251R2(1)式中R—外管径;r—内管径。为了保证外壁回波在水/钢界面的第二次回波之前,水层厚度应大于钢管中横波全声程的一半,其计算公式较复杂,通常可以采用简化公式。水层厚度H=R2−r2−−−−−−√(2)Η=R2-r2(2)同样为保证探头能聚集在工件中,焦点位置如图1所示,简化计算公式为。焦距F=H+R2−r2−−−−−−√(3)F=Η+R2-r2(3)图2所示为轴向检测,与周向检测相比,不需要计算偏心距,但要计算倾斜角度以及水层厚度。倾斜角度则要求能在管材中产生纯横波,即要求在第一临界角和第二临界角之间,同时还要考虑到壁厚采用合适的折射角度。水层厚度同样要求大于钢管中横波全声程的一半。无缝钢管通常采用局部液浸法,大管径多使用喷水柱法(探头置于喷嘴内,进入喷嘴的水以均匀水柱形式喷射到被检材料表面来实现声耦合),小管径除采用喷水柱法还可采用溢水法(在被检材料下部装设溢水箱,探头装置在水箱内,从下往上发射超声波束进入被检材料,被检材料在进给移动过程中与溢水面接触,形成声耦合)。喷水法对机械条件要求较高,如果在喷水中水流不稳定,就会形成水层波甚至耦合失效,这是值得注意的。2缺陷发现的条件钢板的超声检测使用单晶直探头(中厚板)和双晶直探头(薄板),自动化超声检测则多使用单晶直探头水层法检测或者水膜法检测,当检测对象为薄板时可以通过增加探头与钢板间的水层厚度来降低近场区的不利影响。如图3所示,当声波从探头发出经过水再入射到钢板中时,首先会产生水钢界面波C1、C2等并且钢板底面也会产生回波B1、B2等,如图4所示。而缺陷回波应该在钢板底波B1和水钢一次界面回波C1间。因此在水浸探伤时,缺陷回波会在水钢界面回波和工件底面回波之间(即C1和B1之间)出现,将水钢界面波C1作为始波,通过读取缺陷回波与C1波的距离差,就能得到缺陷的深度值,通过与工件底的高度比,就可能得到缺陷的当量值。设水层厚度为H水,工件厚度为H钢,水中声速为V水,工件中声速为V钢,仪器中预置声速为V,探头本身的零点已去除,则:二次界面波深度HC2=2H水V水×V(4)ΗC2=2Η水V水×V(4)一次底波深HB1=H水V水×V+H钢V钢×V(5)ΗB1=Η水V水×V+Η钢V钢×V(5)当HC2>HB1即C2波在B1波之后,由式(4)和式(5)可以推导出:H水>H钢×V水V钢>Η钢×V水V钢反之当H水<H钢×V水V钢<Η钢×V水V钢时有HC2<HB1,即C2波在B1波之前。由于缺陷波是在B1波之前,因此如果C2波也在B1波之前,会导致缺陷波淹没在C2波中,而不能正确发现缺陷,即在决定水层厚度时应有:H水>H钢×V水V钢>Η钢×V水V钢这是有效地发现缺陷的必要条件之一。在图4中,B1和B2波都在C2前,此时应有H水>2H钢×V水V钢>2Η钢×V水V钢。以水浸法探钢工件为例,取V1=1480m/s,V2=5920m/s,同样可以推出如果要在一次与二次水钢界面回波间出现n次工件底波,则有:H水≥nH钢4(6)≥nΗ钢4(6)即最低要求水层厚度为工件厚度的1/4,如要求出现两次底波,则水层厚度至少应为工