相控陣技術在奧氏體不銹鋼檢測中的應用

鄭國潤

摘要：奧氏體不銹鋼由于晶粒比較粗大，常規的脈沖超聲波檢測方法比較難檢測和判斷缺陷，而相控陣的雙晶矩陣縱波檢測技術由于其次軸方向的晶片排列，使其可以生成不同的橫向偏轉角度，非常適合橫向裂紋檢測。

關鍵詞：橫向裂紋?相控陣?奧氏體不銹鋼?低溫下開裂

引言

某煉化化工一臺碳三洗滌塔進料2#冷卻器設備，單位內編號為E-305，容積為7.02m3，，材質為S30408，厚度殼體/管程：26/20mm，內徑為900/1800，設計壓力為殼體/管程：3.36/4.2MPa，設計溫度為殼體/管程：-70～65/-70～65，產品標準GB150-2011。

1設備開裂原因

裂解裝置冷換設備碳三洗滌塔進料2#冷卻器（E-305）不銹鋼封頭的直邊段在制造成型過程直邊段中出現嚴重的材質脆化現象，材料的硬度檢測時硬度值均在300HB以上，普遍存在硬度偏高現象，投用前的陳舊性裂紋在運行過程中殘余應力和工作載荷組合應力作用下發生脆性快速擴展，最終導致裂紋穿透引起泄漏。

2檢測方法的選擇

本次不銹鋼封頭的直邊段產生的裂紋都是垂直于焊縫的橫向裂紋，封頭內表面的PT（滲透檢測）裂紋如下圖1所示：

（1）常規的雙晶縱波檢測使用雙晶縱波一發一收模式，通過楔塊屋頂角使聲束匯聚到一點，存在以下幾點問題：

1）探頭角度及聲束匯聚點固定，因而一只探頭只能檢測某個深度范圍的缺陷;

2）對于壁厚較大的工件需要配置多個探頭，以覆蓋不同深度的缺陷;

3）對于橫向缺陷檢出率比較低。

（2）相控陣自發自收縱波扇掃檢測厚壁的奧氏體不銹鋼存在要求楔塊高度較高，耦合不穩定和近表面盲區過大等因素，不利于近表面裂紋檢測。

（3）TOFD檢測通過衍射信號對晶粒噪音很敏感，因而在奧氏體不銹鋼的應用比較有限。

（4）相控陣的雙晶矩陣檢測有以下幾個優點：

1）通常適用于多個區域的檢測（25～30mm一個區）

2）反射波與接收互不干擾;

3）更好的近表面分辨率（無盲區），更好信噪比;

4）橫向波束偏轉，有利于橫向缺陷檢測。

雙晶矩陣相控陣探頭的檢測，由于其次軸方向的晶片排列，使其可以生成不同的橫向偏轉角度，所以可以用于橫向裂紋檢測。

所以本次檢測選擇了雙晶矩陣縱波相控陣檢測方法。

3檢測參數

檢測儀器：中科Magics?can-MS

檢測探頭：2.5DL32-12×5-A25?頻率：2.5MHz，用于更厚、衰減更大的奧氏體不銹鋼檢測，晶片規格：12×5（每一側）

檢測楔塊：SA17-DN55L0

檢測對比試塊：S30408對比試塊

雙晶縱波矩陣相控陣檢測裂紋部位的缺陷圖，可以清晰發現自己一側靠近上表面位置的缺陷，以及對側的側壁位置缺陷，如圖2所示的裂紋圖。

4總結：

（1）對于大厚壁的不銹鋼的高衰減材料焊縫檢測，首選雙晶矩陣相控陣縱波檢測技術或者雙晶線陣相控陣縱波檢測技術;

（2）由于不銹鋼母材和焊縫的聲衰減差異較大，因而校準過程盡量在帶焊縫的校準對比試塊上進行;

（3）使用雙晶矩陣相控陣縱波檢測技術還可以檢測橫向裂紋，彌補了其他檢測技術對橫向裂紋檢測的缺憾。

參考文獻：

[1]鄭暉，林樹青?超聲檢測[M]中國勞動社會保障出版社，2007

[2]不銹鋼焊縫相控陣超聲檢測方法介紹