表面波在預彎機回程缸上的探傷應用

呂育棟　邊晉　徐佳　陳方　王旺甫　張引祥

【摘 要】針對JCOE大口徑直縫埋弧焊鋼管生產過程中預彎機回程缸活塞桿斷裂問題，筆者通過實踐經驗，采用超聲表面波與滲透探傷相結合的方法對預彎機回程缸活塞桿進行實時探傷檢測，克服了操作空間狹小，工況困難的不利因素，通過理論計算和實際試驗數據結合，針對在役使用的活塞桿進行有效監控，提高了生產效率。

【關鍵詞】預彎機;超聲表面波探傷;掃描速度;波幅差;滲透探傷;裂紋

中圖分類號： TU398.9 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）05-0092-002

鋼板預彎機是直縫埋弧焊鋼管生產線必不可少的重要設備之一。預彎的主要目的是完成鋼板兩邊的預彎曲變形，使鋼板兩邊的彎曲半徑到達或接近所生產鋼管規格的半徑，從而保證鋼管焊縫區域的幾何形狀和尺寸精度。我公司在生產直縫埋弧焊鋼管使用的彎邊工藝是壓力式預彎。壓力式預彎機通常采用兩個C型機架按鋼板中心線對稱布置的結構，在每個機架上安裝有固定的上模具和可上下移動的下模具，預彎機下模在預彎油缸的推動下向上運動，使鋼板邊緣彎曲，完成彎曲過程。然后下模具下降，鋼板步進，進行第二步彎邊，如此重復，按照規定程序步進式完成整張鋼板的預彎邊[1]。

1 壓力式預彎機結構

壓力式預彎機單側結構，由兩套三連缸組成，為預彎機提供壓制力的為主缸，為下橫梁提供回到原位的動力是回程缸。

壓力式預彎機單邊的壓制力非常大，通常大于30MN，因此預彎設備在生產線上實際生產中經常發生回程缸活塞桿斷裂問題。

常規檢測中經常使用滲透探傷對預彎回程缸活塞桿進行探傷。由于使用過程中，時常發生剪切斷裂.為了實時監控回程缸的是否存在變徑處的疲勞裂紋，且預彎機在預彎過程中，操作空間狹小，操作人員做滲透探傷時的步驟繁瑣，極其不方便。為了提高工作效率，可采用超聲表面波進行在用過程中的實時檢測。

2 表面波檢測

2.1 表面波的產生

傾斜入射至界面上的縱波，當入射角大于第二臨界角時，α≥αⅡ時，第二介質中既無折射縱波L"，又無折射橫波S".這時在第二介質表面存在表面波R。產生表面波的入射角滿足下式：sinαi=Cl1/Cr

Cl1：透聲鍥塊中的縱波速度;Cr：被檢材質的表面波速度;

用這種方法產生表面波的透聲鍥塊，在檢測鋼材時一般采用有機玻璃制作，按照上式計算αi=63°。

3 表面波掃描速度的調整

超聲表面波探傷時掃描速度調整很重要，是關系到判別缺陷的定位、定性是否準確的問題。探傷時掃描速度的調整在對比試塊上進行。對比試塊材料與被檢活塞桿工件在材質、透聲性、聲速、聲衰減等相同或相近。由于表面波不能在同一反射體上形成多次反射。調節時利用兩個不同的反射體形成的兩次發射波分別對準相應的水平刻度值來調節。如圖所示：

探頭置于圖示位置，調節儀器使棱邊A、B的反射波A波和B波分別對準水平刻度值40、65，這時表面波掃描速度1：1就調節完成。

4 探傷靈敏度的調整及缺陷的判別

采用2.5MHz、入射角度為63°、晶片尺寸為8X12mm的超聲波換能器把縱波經波形轉換成表面波，進行測試。將探頭置于回程缸活塞桿上，使探頭垂直對于被探桿體端部，探頭前沿與端部保持在40mm處，得到端部回波，從表2中可查出端部回波與長度為6.5mm，深度為0.1mm的模擬裂紋回波波高差值為21dB。調整為滿屏的100%之后，再增益21dB。探傷靈敏度則調整完畢，即可對預彎機回程缸活塞桿進行檢測。

5 缺陷長度和深度的評定

在預彎機回程缸活塞桿的探傷過程中，如果發現缺陷，一般要求對缺陷進行長度和深度測量，以評價缺陷對桿體的危害程度。

缺陷的長度測量可參照超聲檢測規定的半波高度法測量缺陷的指示長度。缺陷的深度可通過上述試驗，參照前面介紹的公式估算出缺陷的深度。同時可以采用單探頭發進行與估算出的結果進行比對驗證。在采用單探頭發時的探傷波形與圖4相似，t1對應的是C點反射波;t2是A點反射波;t3是底面反射波，裂紋深按照下式計算：

H=t2-t1

需要指出的是：（1）所測得裂紋深度實際是表面波沿裂紋面傳播的距離，測得的裂紋深度h等于或大于實際裂紋深度h'（2）A點處變形橫波有時可能接收不到。

6 影響表面波探傷的幾個問題

（1）由于鋼桿的曲面率的影響，為保證良好耦合，應將探頭打磨成與活塞缸體曲面相吻合，提高相對接觸面積。表面波在傳播過程中產生的散射還是很大，其波幅衰減明顯，易用頻率低的表面波，一般選用2.5MHz.

（2）變徑處的劃傷反射波與過渡處的橫向裂紋反射波聲程相近，但幅度有較大的差異，可以作為粗探傷時確定缺陷有無的參考。如果有到影響缺陷判別，此時可采用金相砂紙對劃傷處進行打磨，保證圓弧處圓滑過渡。

（3）相同靈敏度下，表面波對各種形狀的實際缺陷反射能力明顯不同，對于表面開口的線狀缺陷，其反射能力強;對于圓滑、規則的體積型缺陷，其反射能力較弱;相同缺陷，當與表面波趨向成90°時，其反射能力最強;當與表面趨向成0°時，其反射能力最弱。

（4）回程缸活塞桿的表面波探傷在缺陷的定量和定性方面還做得不夠細致，現場檢測若發現可疑缺陷信號，或是對缺陷的定量和定性感到有困難時，應結合其他檢驗手段如滲透檢驗的方法進行驗證。

（5）粘附于活塞桿表面的油污、鐵銹、水垢以及與工件表面接觸的其它物體，對表面波也有強烈的衰減作用。所以探傷前，將待檢測工件表面可能影響探傷的劃傷、油污等徹底清除干凈。

【參考文獻】

[1]翁宇慶，等.軋鋼新技術3000問：管材分冊[M].北京：中國科學技術出版社，2005.

[2]鄭輝，林樹青.超聲檢測（第2版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2008.

[3]林介東，倪進飛.燃氣輪機葉片的超聲表面波探傷.中國電力，1997，30（7）：40-45.