爬波檢測特點和檢測范圍

(1)爬波適合表面粗糙工件的近表面缺陷或薄件中缺陷的檢驗,如鑄件、堆焊層等表面下缺陷裂紋以及螺栓根部的裂紋等。因為爬波產(chǎn)生的是一種壓縮波,最大幅值方向與表面成一小角度,僅在表面下傳播,表面散射相對較弱,對表面粗糙度不敏感.文獻[10]利用爬波測定表面裂紋深度。實驗表明利用爬波測定表面裂紋的深度是1~9 mm,對于深度>9 mm 的裂紋,可用端部回波法測定。

(2)將爬波探頭的入射角α選為第一臨界角,同時選擇適當(dāng)?shù)?·D 值,通過改變。.…來改變表面附近缺陷的敏感度,這些都是它優(yōu)于瑞利波之處.

(3)另外,爬波存在的區(qū)域只對表層幾個毫米深的區(qū)域敏感,橫波不會干擾檢測,因橫波的聲速約為爬波與縱波的一半,由橫波產(chǎn)生的信號在時間基線上位置要落后得多。

(4)由于爬波在傳播過程中連續(xù)發(fā)生由縱波向橫波的波型轉(zhuǎn)換,因此衰減嚴(yán)重,聲程較短,回波聲壓約與距離的四次方成反比…，使它的檢測范圍受到限制。在大多數(shù)應(yīng)用中,爬波探頭用于探測焦點附近表面或近表面缺陷。因此在探測表面下裂紋時可以結(jié)合衍射聲時法(TOFD)，采用一發(fā)一收兩個探頭。

爬波檢測的實際應(yīng)用

1 、粗晶材料的爬波檢測

粗品材料在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛,如奧氏體不銹鋼,其耐腐蝕性好、抗高溫蠕變能力強、不存在脆性轉(zhuǎn)變溫度,所以低溫韌性好。因此,在化工反應(yīng)容器和管道、液氣儲存和運輸、核電等工業(yè)部門中有著廣泛的用途。但由于粗晶材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的特殊性,其超聲檢測的信噪比一般都較低。因而很難有效地將其內(nèi)部缺陷檢測出來。奧氏體鋼冷卻時不經(jīng)過相變,導(dǎo)致粗大的枝狀晶粒;另外,面心立方的品格對雜質(zhì)的固溶度較小,使品界夾雜大大增加。這些使奧氏體不銹鋼對超聲的散射很大,背散射信號作為噪聲,在探傷儀屏幕上呈現(xiàn)草狀回波; 散射使衰減增大。散射回波是檢測粗晶材料的主要困難所在。因此采用較高的信噪比是解決問題的關(guān)鍵,實踐證明,一般要求信噪比為 10, 12,14 dB 或更高。國內(nèi)外研究表明,對這種焊縫的檢測,縱波比橫波具有更高的靈敏度和信噪比(SIN)。有時橫波無法發(fā)現(xiàn)的缺陷,縱波卻可方便地探測到,因為爬波具有與體縱波相近的特性,在檢測奧氏體焊縫的近表面缺陷時,爬波比體縱波更有優(yōu)勢。

國內(nèi)寶雞有色金屬加工廠!借鑒了雙品爬波探頭適合粗品材料超聲檢測的優(yōu)點，解決了爬波探頭噪聲干擾問題,研制出單晶片爬波探頭,成功地實現(xiàn)了對粗品 TC4β擠壓管的無盲區(qū)超聲波檢測，同時也說明用單品片爬波探頭對粗品材料進行超聲檢測是一種理想的方法。

2 焊接接頭的爬波檢測焊縫是由焊接填充材料及部分母材熔融凝固形成的鑄造組織，其組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分不同于母材,熱影響區(qū)形成的粗品區(qū)導(dǎo)致塑性變形硬化和時 效硬化的疊加,韌性明顯下降, 極易引發(fā)微裂紋含 9%Ni的奧氏體不銹鋼常用于液化天然氣存儲罐。在焊接過程中焊接影響區(qū)往往形成大量樹枝品,采用超聲橫波檢測存在很大困難,因為橫波比縱波衰減嚴(yán)重,散射回的缺陷信號湮沒在草狀雜波中無法辨認。Hatanaka等人!采用縱波斜探頭和爬波探頭在 50 mm 板厚、X 形坡口的對接接頭進行了比較實驗。實驗結(jié)果表明,對于表層附近的缺陷采用縱波斜探頭檢測較困難，但采用爬波探頭可以檢出。結(jié)合 TOFD 法,采用時頻分析,提高信噪比，可以進一步提高檢測的精度在核電站設(shè)備中,按照可使用性原則對管道環(huán)焊縫進行評價主要依靠對缺陷尺寸的精確測定。高屈服強度馬氏體鋼X20(12Cr 1Mo(1/4)V)廣泛用于核電站循環(huán)管道。由于焊接過程中焊接循環(huán)或服役中應(yīng)力腐蝕的影響,很容易在管道內(nèi)徑環(huán)焊縫上引起緊閉裂紋、接近焊根的裂紋、嚴(yán)重的根部咬邊和其它幾何缺陷,采用常規(guī)探頭和普通探傷技術(shù)很難達到滿意的檢測效果。Sony 等人8利用折射橫波在遇到管內(nèi)壁時再次發(fā)生波型轉(zhuǎn)變,產(chǎn)生沿管內(nèi)徑表面?zhèn)鞑サ拇渭壟啦?僅對內(nèi)徑裂紋敏感,對接近焊根其它的幾何缺陷不產(chǎn)生任何干涉波),實現(xiàn)對內(nèi)徑表面緊閉裂紋的檢測(圖 4)

角焊縫在電力石油化工等部門中大量應(yīng)用于各種容器管道等金屬結(jié)構(gòu)件上，其質(zhì)量狀況直接影響到設(shè)備的安全運行。角焊縫對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接方式與對接焊縫不同,其焊縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)體相互成一定的角度,從力學(xué)方面來看,易造成應(yīng)力集中,導(dǎo)致裂紋萌生,而且裂紋走向既有平行也有垂直焊縫方向。東北電力科學(xué)院金屬材料研究所專門對焊接角焊縫及熱影響區(qū)近表面裂紋的爬波檢測方法進行了研究。他們設(shè)計的爬波探頭和測試用校驗試塊對某電廠鍋爐上一連接箱管角焊縫的檢測結(jié)果表明,爬波探傷法非常適合于管道角焊縫的近表面檢驗除此以外,爬波還可以進行 T 形接頭層狀撕裂缺陷! 、材料表面堆焊及噴涂層下缺陷的檢驗。般容器制造過程檢測多半采用爬波探頭,在堆焊層表面上用接觸法檢測層中與層下缺陷。

3 瓷絕緣子的爬波檢測

瓷絕緣子是輸電線路的重要組成部分,主要作用是將導(dǎo)線懸掛于鐵塔支架。近年來,因為絕緣子斷裂而引發(fā)的供電事故已成為電力系統(tǒng)安全運行的一大隱患! 。根據(jù) GB 8287.1《高壓支柱絕緣子技術(shù)條件》的規(guī)定,實心圓柱棒形絕緣子在制造廠需逐個用縱波探頭在端面進行超聲波探傷試驗。但這種試驗是縱波在膠裝鑄造法蘭之前的瓷件上進行,即將燒成的瓷件端部經(jīng)切割磨平后,進行超聲波探傷,而在瓷件膠裝法蘭后,尤其是絕緣子裝上隔離開關(guān)后，在運行現(xiàn)場是無法進行縱波探傷的,因為超聲波必須穿過鑄鐵、水泥等多種介質(zhì)才能達到瓷件,無法對瓷件缺陷進行正確判斷。

棒形支柱絕緣子大都在鑄鐵法蘭處折斷。據(jù)電力公司統(tǒng)計!9,國內(nèi)瓷瓶斷裂有 95%以上都是在法蘭口內(nèi)3cm 到第一傘裙之間。外露在瓷件表面的裂紋可直接觀察到，所以超聲波檢測的部位應(yīng)該是左右瓷件的端頭與鑄鐵法蘭膠裝的整個區(qū)域 尤其是鑄鐵法蘭口處,而爬波探頭探測的是鑄鐵法蘭下由資件的裂紋。

超聲相關(guān)技術(shù)檢測陶瓷材料表面和近表面缺陷已經(jīng)證明了其有效性!20,通過超聲顯微鏡來檢測表面下缺陷已有報道。棒形支柱絕緣子徑向縱波聲速為5 817 m/s,軸向縱波聲速為6 100 m/s,橫波聲速為3 450 m/s。經(jīng)過分析2，爬波在鋼中和電瓷中的聲壓分布規(guī)律是相同的。棒形支柱絕緣子經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后,，瓷質(zhì)致密,對爬波衰減少,而且鑄鐵法蘭,膠合劑和粘沙均不影響爬波傳播。爬波檢測絕緣子的原理見圖 5.

在待測絕緣子法蘭至裙根間涂上耦合劑, 將探頭前沿緊靠法蘭端面,沿圓周方向移動一周,觀察屏幕上回波,在回波顯示處應(yīng)懷疑有裂紋;將探頭放到回波顯示處并沿軸線方向后移,如回波隨之右移，且幅值成比例降低,則判為有裂紋存在。