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锆管超声对比试块中U形缺陷取代V形缺陷的可行性探讨

发布时间:2014-09-14 21:24:04 作者: 信息来源:

l理论分析
    超声波检测利用的是声波反射原理,对面积小于声束截面积的规则反射体来说,在位于3N(三倍近场长度)之外的圆盘波源轴线上,且反射面垂直于声束轴线时,其回波声压P与反射面的面积成正比。当反射面不垂直于声束轴线时,回波声压Pf将随反射面与声束轴线的不垂直度的增加而减小。    管材检测用的对比试块是在管材内外壁分别加
工有一个横向和纵向的切槽(以下简称为内纵、内横、外纵和外横缺陷),目的是保证检测设备对管材内外表面具有相同的检测灵敏度。切槽的形状一般有U形、V形和矩形。但无论是哪一种,均可视为简单规则反射体。因此,当对比试块的反射面小于入射声束横截面积时,超声波回波幅度,就人工缺陷的自身因素而言,主要与其反射面的大小和相对入
射声束的角度有关。
    对小直径薄壁管材检测采用水浸横波检测法。经实践证明,为使检测设备对锆合金管材内外表面具有相同的检测灵敏度,一般调整探头的入射角,使横波折射角为45。在此情况下,可计算出针对重水堆用锆合金管材入射主声束与切槽反射面的夹角a。
    对V形人工缺陷2验证方法及结果分析
    为了验证上述理论,选用德国Rota25型超声检测系统对相同尺寸的U形槽和V形槽人工缺进行了比对试验。
2.1人工缺陷制备
    人工缺陷是在管材内外表面分别加工的纵向横向槽,其中V形槽试样由加拿大锆管厂加工作,样管编号为CQAID-1076,材质2r-4,规+13. 095 mm×0.40  mm,角度为60。,U形槽人缺陷试样由西南核燃料元件检测研究所加工制f材质同V形槽试样。标准人工缺陷尺寸见表1。
2.2试验条件
  检测时旋转速度为3 000转/min,送进速度为2 m/min,重复频率为7 kHz。探头聚焦方式为线聚焦,频率为15 MHz。
2.3方法及结果
2.3.1  用U形人工缺陷调试设备
    (1)采用U形标准人工缺陷调试好设备,在同一灵敏度下, 以上对比结果表明,设备在U形缺陷调试状态下,对V形纵向缺陷的反射幅值要比U形纵向缺陷的反射幅值高,对V形横向缺陷的反射幅值则与U形横向缺陷的反射幅值基本相当,平均要略低一些。    (2)在上述所确定的检测灵敏度下,分别连续测10次U形和V形人工缺陷样管,比较两种缺陷类型的动态响应幅值。检测结果如表2所示。由表  中得出,U/V的幅度差为,内壁纵向为-1. 96 dB,  外壁纵向为-1. 32 dB,内壁横向为0.45 dB,外壁  横向为0. 37 dB。
    由表2可得出与上述相同的结论,即设备在U  形缺陷调试状态下,对V形纵向缺陷的动态响应幅  值要比U形缺陷的响应幅值高,但对V形横向缺陷  的动态响应幅值反而比U形缺陷的响应幅值略低  一些。
  2.3.2  用V形人工缺陷调试设备
    (1)采用V形人工缺陷调试好设备,在此灵敏  度下,分别静态调出U形和V形人工缺陷的*高回  波幅度见图2。
    通过对比结果得出,设备在V形缺陷调试状态下,对V形纵向和横向缺陷的反射幅值都要比U形缺陷的反射幅值高。
    (2)在上述所确定的检测灵敏度下,分别连续+动态测10次U形和V形标准人工缺陷管,比较两种缺陷的动态响应幅值,检测结果如表3所示。由表中得出,U/V的幅度差值为,内壁纵向为-6. 62 dB,外壁纵向为-4.30 dB,内壁横向为-3. 22 dB,外壁横向为-1. 78 dB。    由表3得出,设备在V形缺陷调试状态下,对V形缺陷的动态响应幅值比U形缺陷的响应幅值高。
2.4结果讨论
    从上述试验结果来看,在相同检测灵敏度下,V形纵向缺陷的超声波响应幅度要比U形纵向缺陷的响应幅度高.这与理论分析是一致的。但横向缺陷的对比结果与理论分析略有出入,V形横向缺陷的超声波响应幅度并没有象理论分析那样,比U形缺陷的响应幅度高。对此,可以作以下解释,由于检测探头是线聚焦探头,声束会在聚焦处形成一个焦片。当人工缺陷的长度小于焦片长度时,人工缺陷的反射幅度主要取决于缺陷本身的长度。在实际检测时,用于检测纵向缺陷和横向缺陷的探头焦片方向均与管材轴线一致,因此,探头焦片方向就与纵向缺陷长度方向一致,与横向缺陷的宽度方向一致。所以对横向缺陷来说,对声束的有效反射面积就小多了。在这种情况下,V形缺陷反射面积较大的优势不明显,其响应幅度与U形缺陷就比较接近。    从上述试验结果还发现,不同的调试状态下,两种缺陷的反射波幅度差是不同的。这是由于系统对
用于调试设备的缺陷形状具有一定适应性。但当用U形缺陷调试设备时,系统不仅对U形缺陷有较强的检测能力,而且对V形缺陷有良好的检测能力。因此,笔者认为用U形横向缺陷取代V形横向缺陷是可行的。
2.5生产应用
    对比试块采用U形人工缺陷取代V形人工缺陷调试灵敏度的方法已成功应用于2 000余支重水堆用锆合金包壳管的检测。实践证明应用该技术的检测结果稳定,产品质量可靠,应用效果良好。
3结束语
    通过以上的理论分析、试验验证和生产应用表明,采用U形人工缺陷取代V形人工缺陷,是从严控制了产品质量。因此在重水堆核用包壳管材生产中,采用该种取代进行产品检验是可行的,而且加工容易,制作方便。该方法也可推广应用于其它材质小径薄壁无缝管材的超声波检测。(http://www.biaozhunkuai.com)