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薄壁小管徑鋼管自動(dòng)分層檢測(cè)解決方案


時(shí)間:2018-03-20 作者:朱國(guó)慶
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隨著社會(huì)的發(fā)展,鋼管的需求量越來(lái)越大,尤其是一些廣泛應(yīng)用于航空、軍工、原子能與空間技術(shù)等領(lǐng)域的高精度、薄壁、高強(qiáng)度鋼管的需求量逐步增加。鋼管生產(chǎn)中存在的缺陷,以及這些缺陷潛在的危害已成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。本文結(jié)合理論分析和實(shí)際檢測(cè)實(shí)驗(yàn),探討了超聲波探傷技術(shù)在薄壁小管徑鋼管分層自動(dòng)檢測(cè)應(yīng)用中的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用超聲波探傷儀,可實(shí)現(xiàn)薄壁小管徑鋼管分層自動(dòng)檢測(cè)。

1.水浸法超聲波檢測(cè)原理

小口徑、薄壁鋼管由于曲率大、管壁薄,在自動(dòng)化檢測(cè)中采用直接接觸法檢測(cè)難以實(shí)現(xiàn),故一般采用水浸法超聲波檢測(cè)。其檢測(cè)原理是:將水浸超聲波縱波聚焦探頭置于水中。利用超聲波縱波聚焦探頭發(fā)出的超聲縱波垂直入射到鋼管管壁中,當(dāng)聲波遇到管壁中的分層缺陷時(shí),產(chǎn)生反射回波,反射波沿原路返回被探頭接收。如圖1所示。


圖1 水浸法超聲波檢測(cè)分層原理圖

2.檢測(cè)參數(shù)的選擇

在實(shí)際檢測(cè)中,由于聲波是垂直入射到鋼管表面,因此鋼與水的界面回波很強(qiáng),造成回波中界面波很寬,檢測(cè)盲區(qū)大。尤其是在檢測(cè)薄壁管時(shí),界面波甚至覆蓋一次底面回波,使分層檢測(cè)無(wú)法實(shí)施。為解決這個(gè)問(wèn)題,需調(diào)整檢測(cè)參數(shù),提高檢測(cè)的分辨率。在水浸法超聲波檢測(cè)中,與檢測(cè)分辨率相關(guān)的參數(shù)有:探頭參數(shù)(包括頻率、晶片尺寸、聚焦探頭的焦距)、儀器參數(shù)(包括脈沖寬度、檢波方式、匹配等)。

2.1 探頭參數(shù)的選擇

2.1.1探頭頻率    超聲波縱波可檢出的最小缺陷尺寸與探頭頻率有關(guān),即頻率越高,檢測(cè)的靈敏度和分辨率越高。為提高檢測(cè)的分辨率應(yīng)盡量選擇高頻探頭,但頻率越高,聲波在水中的衰減也越大,這又直接影響到了超聲波的回波幅度,不利于檢測(cè)靈敏度的提高。綜合考慮,探頭頻率選在5~10 MHz較為合適。

2.1.2探頭的晶片尺寸   晶片尺寸越大,聲波的指向性越好,但檢測(cè)的分辨率越差。同時(shí)晶片尺寸的大小也與檢測(cè)效率有關(guān),即探頭的有效檢測(cè)區(qū)域越大,則檢測(cè)效率越高。在自動(dòng)化檢測(cè)分層時(shí),為了不漏檢,通常選用的線(xiàn)聚焦探頭軸線(xiàn)晶片尺寸為被檢測(cè)平底孔直徑的2倍。對(duì)于點(diǎn)聚焦探頭,其情況視其要求的有效檢測(cè)區(qū)域而定。

2.1.3聚焦探頭的焦距   在小口徑鋼管檢測(cè)中,為保證聲束兩側(cè)的一致性,通常探頭水中焦點(diǎn)與鋼管的圓心重合,即F=H+R,F(xiàn)為探頭水中焦距,H為水層厚度,R為鋼管半徑。其中H作為中間耦合劑的水層厚度在縱波檢測(cè)中應(yīng)使水、鋼的二次界面波S2出現(xiàn)在底波B1之后。同時(shí)H還應(yīng)小于聲場(chǎng)的近場(chǎng)區(qū)N,以避免聲束在入射面發(fā)生大量的散射而使探傷靈敏度降低,即N>H>(VL1/VL2)T。VL1=1450 m/s為水中縱波聲速,VL2=5850 m/s為鋼中縱波聲速。在這里需要指出的是對(duì)于一些薄壁管的分層檢測(cè),當(dāng)鋼/水一次界面波S1與底波B1無(wú)法分開(kāi)時(shí),適當(dāng)調(diào)整水層厚度,可選用2~3次傷波探傷,特別是對(duì)于據(jù)與管壁中間的分層,由于聲波的干涉效應(yīng),3~4次分層回波最高,探傷效果最佳。如圖2所示。


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