304L不銹鋼管焊縫超聲探傷實驗及結果分析

 超聲探傷儀是近年來在超聲檢測過程中的常用設備，作業原理是發生電振蕩并施加到探頭上，通過物理作用促使探頭放射超聲波并回收信號，放大顯示所檢測到的信息，從而得到關于試件缺陷的信息。本次實驗采用的是廣東汕頭超聲電子股份有限公司的CTS-8008型超聲波探傷儀。

一、探頭

  是該部件是構成設備運行的關鍵組件之一，探頭的機能直接影響超聲檢測能力和效果。其作業原理為：當壓電晶片受到高頻電脈沖影響時產生逆壓電效應，將電能轉變成聲能。當探頭接收超聲波后，產生正壓電效應，將聲能轉化為電能。

  探頭有兩種，一種是直探頭，另一種是斜探頭。本實驗采用的是斜探頭，規格為2.5P9×9K2。探頭由晶片材料、晶片尺寸、種類特征等要素組成，其中，晶片材料用化學元素縮寫符號表示；探頭種類用拼音首字母表示，斜探頭K值為2。斜探頭的K值選取應該考慮以下三個方面：斜探頭聲束能掃描整個檢測部分；對于危險的缺陷，斜探頭聲束中心盡可能垂直焊縫；盡可能利用一次波判別缺陷，減少誤判和確保有充足的檢測靈敏度。斜探頭的K值根據焊縫母板的厚度來決定，板厚較薄的選用較大K值，避免近場區檢測，提高定位、定量精度。對于K值小的厚鋼板，為了縮短工藝流程，減少聲音的衰減，可以減少探頭區域的運動，減少磨削寬度。

二、耦合劑

 耦合劑是超聲檢測的必要介質，通過填充與接觸面的縫隙，進而達到全面檢測、準確檢測以及減少摩擦的目的。耦合劑的好壞直接影響超聲能量進入工件中的聲強透射率高低。在焊縫檢測中。常用的耦合劑包括：

 1. 在焊縫自動檢測系統常常使用水作為耦合劑，這是因為水的流動性好，且來源廣泛充足，但是水容易流失，且容易讓焊縫生銹。使用時通常加入潤滑劑；

 2. 在較小工作量情況下，焊縫檢測可采用甘油做耦合劑。其特點是聲阻抗大，耦合成效好，弊端是容易吸收周圍的水份，容易對工件造成侵蝕坑、價錢較貴；

 3. 粘度和粘附性，潤濕性油是合適的，無腐蝕性，可防止焊接板生銹，是最常用的耦合劑；本研究所采用的耦合劑是機油。

三、標準試塊

 標本試塊是超聲波探傷的一個重要工具，其作用是確定檢測靈敏度以及測試探頭的性能（比如探頭延時和K值的確定），還要利用試塊來繪制距離-波幅曲線，即DAC曲線。此次實驗用到的標準試塊有CSK—IA和CSK—IIIA。

四、斜探頭延時和前沿標定

 為確定橫波斜探頭反射的位置，必須了解探頭的入射點。入射點是指探頭發射到工件的點，同時，在入射角探頭晶片點探頭延遲也需要校準。

 斜探頭的超聲波束從壓電晶片發出，經過斜楔到探頭底面，從入射點進入工件，確定超聲波在斜楔內的傳播時間，即為斜探頭的延時。確定延時的意義在于對數字式超聲檢測儀器的時基電路進行零位校正，把斜楔中的聲程移出基線外，使時基線的零點對應探測面上的入射點，保證超聲檢測時得到橫波在工件中正確的傳播時間或相對應的距離。進入“主菜單”—進入“標定”—進入“探頭延時”—選擇“試塊”:選擇CSK-1A試塊。

 適當調整檢測范圍和增益，使R100回波具有合適高度，平移探頭，尋找回波高點后保持探頭不動。用調節旋鈕移動閘門1套住與基準量100mm對應的R100回波，選擇“確定”，儀器將自動記錄并顯示“探頭延時”項。探頭延時為6.9us；用鋼尺測出L=90 mm，所以前沿=100-90=10mm。

五、斜探頭K值的標定

 在前面設定的聲速和實測的延時、探頭前沿的基礎上，進入“主菜單”-進入“標定”-進入K值測量界面。

 將斜探頭平穩耦合在CSK—1A試塊的探測面上對準F50的孔，適當調整檢測范圍和增益，使F50孔回波有合適的高度，平移探頭，尋找回波高點后保持探頭不動。用調節旋鈕移動閘門1套住F50孔，選擇“確定”，儀器自動計算斜探頭的K值，顯示在“探頭K值”項，測出的K值為2.00，圖顯示了測斜探頭的K值過程。

六、DAC曲線的制作

 DAC曲線即距離-波幅曲線，它是描述某一反射體回波高度隨距離變化的關系曲線。缺陷波高和缺陷巨細及距離相關，大小沒有差異的缺陷假如間隔不同，回波高度也有差異，距離-波幅曲線是AVG曲線的一個特例。在國內外對于焊縫檢測要領的標準，基本都需要距離-波幅曲線進行檢測靈敏度的調度和缺陷當量的評定，只是繪制DAC曲線要用的試塊、人造反射體類型和巨細不同。DAC曲線包括三個區域，即評定線、定量線和判廢線。根據DAC曲線，可以直觀的看出缺陷在哪個區域，是否廢品。

 以下是關于DAC曲線制作的過程。在測了探頭延時和K值之后，就進行DAC曲線的制作。在制作DAC的曲線過程中，檢測范圍、增益、移位按鈕均不可以再調節。使用CSK—IIIA試塊來制作DAC曲線，操作如下：

  1.  進入“主菜單”-進入“功能”-選擇“DAC曲線”進入DAC制作界面。

  2. 選擇“曲線參數”進入曲線參數設定，分別輸入按標準規定的評點線、定量線和判廢線的dB值。實驗所用弧形焊塊的等效厚度為20mm。表顯示了不同壁厚與距離—波幅曲線靈敏度關系。

七、缺陷探傷及評定

  1. 清理打磨好檢測面，將斜探頭平穩放置于焊縫兩側并進行掃描，保持探頭與焊縫中心線呈90°，并在10°~45°之間對焊縫進行掃描，每次掃描比例在5°左右，采用半波法來找到缺陷位置和大??；

  2. 用斜探頭掃查，發現反射波幅度大約為80%的反射波，由探傷儀可以檢測出缺陷垂直距離為3.2mm，缺陷水平距離為5.6mm，該缺陷在II區，它的缺陷幅度為F1×6-3dB+1.6=F1×6-1.4，并在焊縫上標下此點的位置。緊接著在缺陷左邊掃查，找到大約40%反射波，并標記下來。接著用探頭對第一個點的右邊進行掃查，找到反射波波幅大約為40%的點并在焊縫上標下此點的位置，左右兩個點的反射波波幅為40%之間的距離即缺陷的長度。結果表明，缺陷長度約2.3mm，與實驗觀察結果相吻合。本研究中超聲波探傷結果與實驗觀察結果吻合較好，表明本研究的超聲波探傷方法和參數設置合理，也說明超聲波無損探傷對毫米級焊接缺陷是有效的檢測方法。

八、總結

 浙江至德鋼有限公司采用的是CTS-8008型超聲波探傷儀對氬弧焊304L不銹鋼管T型焊接接頭的焊接缺陷進行了檢測和表征，重點對探頭和耦合劑的選擇、斜探頭延時和前沿標定斜探頭K值標定、DAC曲線的制展開研究。探傷結果表明，焊接接頭中的缺陷尺寸約2.3mm，與之前焊接缺陷的金相表征結果相一致，表明無損超聲探傷對毫米級焊接缺陷是有效的檢測手段。