奧氏體不銹鋼焊縫的二維距離-波幅曲線檢測方法

顧炳忠

(江蘇新世紀造船有限公司,靖江 214514)

民用船舶軸承套采用奧氏體不銹鋼板經圈圓焊接而成。為了保證設備的安全運行,必須加強對焊縫的檢測。超聲波檢測能夠彌補射線檢測大厚度工件的不足,但奧氏體不銹鋼焊縫的晶粒粗大,其組織對超聲波具有強烈的衰減作用,導致檢測靈敏度變化很大,很難測定缺陷的尺寸,同時會引起強烈散射聲波的疊加及波型轉換,導致假信號出現,焊縫的各向異性對聲波有扭曲作用,使得缺陷的定位誤差很大。由于奧氏體不銹鋼焊縫的組織結構特殊性,使得對其進行超聲檢測存在很多技術難點。由文獻[1]可知,奧氏體不銹鋼中傳播聲束的波幅隨傳播距離有較大變化。若制作合適的試塊,測定同深、不同水平位置人工缺陷的反射波幅,進而得到距離-波幅曲線,就能對實際檢測中缺陷的回波當量進行修正,以定量缺陷。

首先,制作一塊與實際焊縫厚度一樣的試塊,如圖1所示,在試塊上制作幾個同深度、不同水平位置的人工缺陷,并測定每一個缺陷的反射強度,然后用插值法,獲得焊縫中被分成各個區域的的反射強度,制成一個距離-波幅表,用來作為評定的基準。在實際檢測中如發現缺陷回波后,先確定它的位置,再根據位置在波幅表中找出相應的當量,經比較后對缺陷進行定量。

選用2.5 MHzK1.5縱波斜探頭先測定圖1中X坡口焊縫熔合線左右兩側同深度φ3 mm橫通孔的反射強度,再測定焊縫中心同深度φ3mm橫通孔的反射強度,并進行記錄(表1),距離-波幅曲線如圖2所示。通過分析焊縫的形狀、寬度和同深度缺陷反射強度的變化來確定插值的步長。

圖1 焊縫形狀、尺寸及人工缺陷分布

表1 人工缺陷的超聲反射強度和深度偏差

圖2 不同區域的缺陷波幅

可以看到,不同深度的焊縫寬度不同,焊縫越寬,對于同一深度不同位置處人工缺陷的反射強度越大,這是因為穿透焊縫的距離不同,導致衰減不同。在深度20和35mm處反射波幅差較大,最大達6dB,在深度為28mm處反射波幅差較小,僅為2dB。而從深度的測量值上看,聲速扭曲帶來的深度偏差不大,在35mm處最大偏差為2mm,其余深度的偏差都＜1mm,因此可以忽略由深度偏差引起的波幅的變化。反射當量是以分貝為單位的,假如波幅的變化和距離呈一定的關系,可將當量平均梯度選為1dB。在35mm深處,焊縫寬度為26mm,最大波幅差為5dB,故將步長選為5mm。

按選定的步長,以圖1中焊縫右側熔合線上表面交點為原點,將焊縫分成a×b個區域,用Ca,b表示每一區域人工缺陷的反射強度,其中a代表行,b代表列,將表1中測得的強度代入相應的Ca,b中;先按同深度、不同水平區域進行插值;然后在同一列中進行插值。對于不在行和列的交叉點的區域,用與之相鄰區域強度的平均值來代替。這樣可以生成一個二維距離-波幅表,因此可以用查表的形式得到焊縫區域的反射強度值,能較為準確地對缺陷進行定量。

在大量的實際檢測結果中已經得到證實,運用二維距離-波幅表的超聲波檢測的缺陷檢出率大于射線檢測。但是奧氏體焊縫與超聲波的復雜作用,產生了偽顯示,給檢測的可靠性帶來了不利因素,增加了少部分的返修,但保證了產品重要位置的質量安全。

[1]張鷹,雷毅,程真喜,等.奧氏體不銹鋼焊接接頭的超聲波檢測研究[J].石油化工設備,2004,33(2)：14-17.