奥氏体不锈钢对接焊接接头的超声检测

奥氏体不锈钢对接焊接接头的超声检测1.1组织结构特点和检测方法1.1.1组织结构特点奥氏体焊缝凝固时未发生相变，室温下以铸态柱状奥氏体晶粒存在，具有以下特点：晶粒粗大。柱状晶粒且各向异性。与母材存在明显的异质界面，特别是在熔合面处组织变化明显。焊缝组织受焊接工艺及规范影响大。奥氏体不锈钢对接焊接接头的柱状晶粒尺寸和取向受焊接工艺影响较大，一般晶粒沿冷却方向生长，取向基本垂直于熔化金属凝固时的等温线。焊接方法不同形成不同的焊接组织结构，即使是同种焊接方法，不同的焊接顺序也会导致晶粒结构显著差异而影响超声波的传播。1.1.2检测方法奥氏体不锈钢焊缝组织对超声检测是一种弹性非匀质材料，对超声检测的影响主要体现在以下几个方面：粗大晶粒的影响当焊缝晶粒的直径接近超声波波长的1/10时，就会有明显的声散射，当晶粒直径达到半个波长时，声散射剧增，无法进行超声检测。奥氏体焊缝的平均晶粒直径一般大于0.5mm,长度往往超过10mm,因此很难用一般的横波斜探头进行超声检测。此外，杂乱的散射会导致信噪比降低，增加了奥氏体焊缝超声检测的难度。各向异性的影响超声波在各项异性的介质中传播时，当波束方向与晶轴之间的夹角在45o～49o之间时声衰减最小，声速最大；在0o和90o时，声衰减最大，声速最小。此外，在各向异性介质中传播的超声波，超声能量的传输方向并不与波前相垂直，从而造成超声声束被扭曲，对纵波来说最大扭曲角约为15o～20o，而对横波来说最大扭曲角可达50o。由此可见，采用横波检测定位误差很大，尤其是在焊缝中心部位这种影响更为严重，因此应尽可能避免利用穿过焊缝中心的声束检测结果评定缺陷。异质界面的影响奥氏体不锈钢的焊缝熔合面与基体组织差异显著，超声波入射到该熔合面会发生反射、折射和波形转换，产生假信号，此外，焊缝内部晶粒间的界面反射回波叠加累积也会产生假信号，而回波脉冲宽度越大，该现象越显著。因此，采用窄脉冲探头有助于减少假信号。焊接工艺、规范的影响为便于检测，应采用控制奥氏体焊缝的焊接工艺规范，来实现有利于超声检测的晶粒方向，尽可能采用45o～49o的声束与晶轴之间的夹角来进行检测，同时尽量减少焊缝受热，对厚焊缝最好采用窄坡口。此外，如果能采取细化晶粒的手段将使焊缝具有良好的可检性。奥氏体不锈钢对接焊接接头中常见缺陷主要有裂纹、夹杂、气孔等缺陷，其中热裂纹、再热裂纹是奥氏体不锈钢对接焊接接头中最常见的缺陷，纵向和横向分布都有可能。超声波检测奥氏体不锈钢对接焊接接头时，相同频率的纵波波长约为横波波长的两倍，因此，推荐使用纵波斜入射进行检测，这有助于减小粗大晶粒的散射影响，而且纵波扭曲程度也小于横波，有利于提高缺陷定位的准确性，要求在采用纵波斜入射检测时，仅使用直射波法，这有利于对缺陷定位定量。此外，对于近表面区域，推荐采用爬波探头进行检测。双晶爬波探头检测盲区小，且信噪比高。1.2检测条件的的选择1.2.1探头和检测仪1、探头（1）探头类型：一般选用高阻尼窄脉冲纵波单斜探头或双晶纵波聚焦斜探头。这两种探头的脉冲宽度窄，可减小晶界的影响；声束聚焦，可使特定区域波束面积减小，减小晶粒散射的作用面积，并能提高特定区域的灵敏度。另外，满足灵敏度和信噪比要求的探头还有单晶聚焦纵波斜探头和相控阵探头等。（2）探头角度：由于奥氏体不锈钢对接焊接接头中的焊缝组织多为柱状晶粒，不同方向检测信噪比和衰减不同，因此，应合理选择纵波斜探头的折射角。实践证明，选用纵波折射角45o的纵波斜探头检测信噪比较高，衰减较小。（3）探头频率：奥氏体不锈钢对接焊接接头晶粒粗大，超声检测时，频率越大，衰减越大，穿透力越低。因此，宜选用较低的检测频率，一般用0.5～2.5MHz。2、超声检测仪选择的超声检测仪应与选用的探头、电缆相匹配，推荐选用带宽可选功能的检测仪，以便获得最佳的灵敏度和信噪比。1.2.2对比试块一般要求对比试块应包括对接焊接接头。并且要求对比试块的材料、几何形状、焊接工艺等应与被检工件相同，且不得存在大于或等于φ2mm平底孔当量直径的缺陷。JB/T4730.3-2005标准附录N中采用的对比试块的形状和尺寸如图1.56所示，其人工反射体为φ2mm×30mm的横通孔。图1.56奥氏体对接接头检测用对比试块1.2.3耦合剂奥氏体不锈钢对接焊接接头超声检测过程中应选用透声性好的耦合剂，如声阻抗较大的甘油等，另外，一般还要求耦合剂对被检工件无害。1.2.4可检性评价进行奥氏体不锈钢对接焊接接头超声检测前，应针对选用的检测技术进行可检性评价，以保证有意义的检测结果。例如：JB/T4730.3-2005附录N中要求，利用对比试块分别测绘声束通过母材和通过焊接接头检测参考反射体的两条距离-波幅曲线，要求其间距小于10dB。1.3灵敏度调节和距离—波幅曲线利用纵波斜探头检测奥氏体不锈钢对接焊接接头时，一般用一次波法（直射波法）进行检测。需要利用对比试块上的人工反射体采用直射波分别绘制检测声束穿过焊缝金属和检测声束只在母材中传播的两条距离—波幅曲线。例如：采用JB/T4730.3-2005附录N中的对比试块进行检测时，利用试块上φ2mm×30mm的横通孔绘制距离—波幅曲线，其灵敏度见表1.17。表1.17距离-波幅曲线灵敏度板厚，mmT≤50判废线φ2×30-4dB定量线φ2×30-12dB评定线φ2×30-18dB采用爬波探头检测焊接接头近表面区域时，人工反射体可以是表面开口槽或距表面不同距离的一系列横孔或平底孔，要求上述反射体一般应位于焊缝中心线附近或熔合面处。1.4缺陷评定和质量分级1.利用纵波斜探头（单晶或双晶）直射波法检测工件时，由于奥氏体不锈钢焊缝金属对超声波的传播影响显著，因此，进行缺陷评定时，应考虑一下评定准则：（1）以扫查灵敏度进行检测发现缺陷时，应将从缺陷反射的回波信号与对比试块中埋藏深度和位置最为接近的参考反射体的回波信号相比较。（2）凡是达到或超过定量线或参考反射体回波幅度的，必须在不同扫查方向进行检测，并对得到的不同数据进行分析和比较，必要时可进行补充检验。（3）一般而言，如缺陷定位表明其位于焊接接头中靠近检测探头一侧，则应利用检测声束只在母材中传播的距离—波幅曲线进行评定；如缺陷定位表明其远离检测探头位于焊接接头另一侧，则应利用检测声束穿过焊缝金属的距离—波幅曲线进行评定。（4）如从焊缝两侧均能扫查的同一缺陷，则推荐利用受焊缝影响小的一侧进行评定。2.JB/T4730.3-2005附录N中，关于奥氏体焊接接头超声检测缺陷的评定规则和质量分级的主要内容如下：（1）超过评定线的回波应注意其是否具有裂纹等危险性缺陷特征，并结合缺陷位置、动态波形和工艺特征做判定。如不能做出准确判断应辅以其他方法作综合评定。（2）当缺陷的指示长度小于10mm时，按5mm计。（3）相邻两缺陷间距小于较小缺陷长度时，作为一条缺陷处理，两缺陷长度之和作为单个缺陷的指示长度。条状缺陷近视分布在一条直线上时，以两端点距离作为其间距；点状缺陷以两缺陷中心距离作为其间距。（4）焊接接头质量等级评定按表1.18的规定进行。表1.18焊接接头质量等级评定等级板厚T，mm