304L不锈钢管焊缝超声探伤实验及结果分析

 超声探伤仪是近年来在超声检测过程中的常用设备，作业原理是发生电振荡并施加到探头上，通过物理作用促使探头放射超声波并回收信号，放大显示所检测到的信息，从而得到关于试件缺陷的信息。本次实验采用的是广东汕头超声电子股份有限公司的CTS-8008型超声波探伤仪。

一、探头

  是该部件是构成设备运行的关键组件之一，探头的机能直接影响超声检测能力和效果。其作业原理为：当压电晶片受到高频电脉冲影响时产生逆压电效应，将电能转变成声能。当探头接收超声波后，产生正压电效应，将声能转化为电能。

  探头有两种，一种是直探头，另一种是斜探头。本实验采用的是斜探头，规格为2.5P9×9K2。探头由晶片材料、晶片尺寸、种类特征等要素组成，其中，晶片材料用化学元素缩写符号表示；探头种类用拼音首字母表示，斜探头K值为2。斜探头的K值选取应该考虑以下三个方面：斜探头声束能扫描整个检测部分；对于危险的缺陷，斜探头声束中心尽可能垂直焊缝；尽可能利用一次波判别缺陷，减少误判和确保有充足的检测灵敏度。斜探头的K值根据焊缝母板的厚度来决定，板厚较薄的选用较大K值，避免近场区检测，提高定位、定量精度。对于K值小的厚钢板，为了缩短工艺流程，减少声音的衰减，可以减少探头区域的运动，减少磨削宽度。

二、耦合剂

 耦合剂是超声检测的必要介质，通过填充与接触面的缝隙，进而达到全面检测、准确检测以及减少摩擦的目的。耦合剂的好坏直接影响超声能量进入工件中的声强透射率高低。在焊缝检测中。常用的耦合剂包括：

 1. 在焊缝自动检测系统常常使用水作为耦合剂，这是因为水的流动性好，且来源广泛充足，但是水容易流失，且容易让焊缝生锈。使用时通常加入润滑剂；

 2. 在较小工作量情况下，焊缝检测可采用甘油做耦合剂。其特点是声阻抗大，耦合成效好，弊端是容易吸收周围的水份，容易对工件造成侵蚀坑、价钱较贵；

 3. 粘度和粘附性，润湿性油是合适的，无腐蚀性，可防止焊接板生锈，是最常用的耦合剂；本研究所采用的耦合剂是机油。

三、标准试块

 标本试块是超声波探伤的一个重要工具，其作用是确定检测灵敏度以及测试探头的性能（比如探头延时和K值的确定），还要利用试块来绘制距离-波幅曲线，即DAC曲线。此次实验用到的标准试块有CSK—IA和CSK—IIIA。

四、斜探头延时和前沿标定

 为确定横波斜探头反射的位置，必须了解探头的入射点。入射点是指探头发射到工件的点，同时，在入射角探头晶片点探头延迟也需要校准。

 斜探头的超声波束从压电晶片发出，经过斜楔到探头底面，从入射点进入工件，确定超声波在斜楔内的传播时间，即为斜探头的延时。确定延时的意义在于对数字式超声检测仪器的时基电路进行零位校正，把斜楔中的声程移出基线外，使时基线的零点对应探测面上的入射点，保证超声检测时得到横波在工件中正确的传播时间或相对应的距离。进入“主菜单”—进入“标定”—进入“探头延时”—选择“试块”:选择CSK-1A试块。

 适当调整检测范围和增益，使R100回波具有合适高度，平移探头，寻找回波高点后保持探头不动。用调节旋钮移动闸门1套住与基准量100mm对应的R100回波，选择“确定”，仪器将自动记录并显示“探头延时”项。探头延时为6.9us；用钢尺测出L=90 mm，所以前沿=100-90=10mm。

五、斜探头K值的标定

 在前面设定的声速和实测的延时、探头前沿的基础上，进入“主菜单”-进入“标定”-进入K值测量界面。

 将斜探头平稳耦合在CSK—1A试块的探测面上对准F50的孔，适当调整检测范围和增益，使F50孔回波有合适的高度，平移探头，寻找回波高点后保持探头不动。用调节旋钮移动闸门1套住F50孔，选择“确定”，仪器自动计算斜探头的K值，显示在“探头K值”项，测出的K值为2.00，图显示了测斜探头的K值过程。

六、DAC曲线的制作

 DAC曲线即距离-波幅曲线，它是描述某一反射体回波高度随距离变化的关系曲线。缺陷波高和缺陷巨细及距离相关，大小没有差异的缺陷假如间隔不同，回波高度也有差异，距离-波幅曲线是AVG曲线的一个特例。在国内外对于焊缝检测要领的标准，基本都需要距离-波幅曲线进行检测灵敏度的调度和缺陷当量的评定，只是绘制DAC曲线要用的试块、人造反射体类型和巨细不同。DAC曲线包括三个区域，即评定线、定量线和判废线。根据DAC曲线，可以直观的看出缺陷在哪个区域，是否废品。

 以下是关于DAC曲线制作的过程。在测了探头延时和K值之后，就进行DAC曲线的制作。在制作DAC的曲线过程中，检测范围、增益、移位按钮均不可以再调节。使用CSK—IIIA试块来制作DAC曲线，操作如下：

  1.  进入“主菜单”-进入“功能”-选择“DAC曲线”进入DAC制作界面。

  2. 选择“曲线参数”进入曲线参数设定，分别输入按标准规定的评点线、定量线和判废线的dB值。实验所用弧形焊块的等效厚度为20mm。表显示了不同壁厚与距离—波幅曲线灵敏度关系。

七、缺陷探伤及评定

  1. 清理打磨好检测面，将斜探头平稳放置于焊缝两侧并进行扫描，保持探头与焊缝中心线呈90°，并在10°~45°之间对焊缝进行扫描，每次扫描比例在5°左右，采用半波法来找到缺陷位置和大小；

  2. 用斜探头扫查，发现反射波幅度大约为80%的反射波，由探伤仪可以检测出缺陷垂直距离为3.2mm，缺陷水平距离为5.6mm，该缺陷在II区，它的缺陷幅度为F1×6-3dB+1.6=F1×6-1.4，并在焊缝上标下此点的位置。紧接着在缺陷左边扫查，找到大约40%反射波，并标记下来。接着用探头对第一个点的右边进行扫查，找到反射波波幅大约为40%的点并在焊缝上标下此点的位置，左右两个点的反射波波幅为40%之间的距离即缺陷的长度。结果表明，缺陷长度约2.3mm，与实验观察结果相吻合。本研究中超声波探伤结果与实验观察结果吻合较好，表明本研究的超声波探伤方法和参数设置合理，也说明超声波无损探伤对毫米级焊接缺陷是有效的检测方法。

八、总结

 浙江至德钢有限公司采用的是CTS-8008型超声波探伤仪对氩弧焊304L不锈钢管T型焊接接头的焊接缺陷进行了检测和表征，重点对探头和耦合剂的选择、斜探头延时和前沿标定斜探头K值标定、DAC曲线的制展开研究。探伤结果表明，焊接接头中的缺陷尺寸约2.3mm，与之前焊接缺陷的金相表征结果相一致，表明无损超声探伤对毫米级焊接缺陷是有效的检测手段。