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钢试块缺陷的超声TOFD 检测

发布时间:2014-01-23 19:35:40 作者: 信息来源:

  超声TOFD ( Time of Flight Diff raction) 即超声波衍射时差技术,自1975 年在英国Harwell 实验室问世以来,便受到人们的普遍重视并应用于焊缝的无损检测 。近年来,超声TOFD 检测在欧美和日本已广泛应用于承压设备中焊缝缺陷的定位、定量和定性评价]。在中国,也有一些特种设备检测机构应用超声TOFD 设备对承压设备进行无损检测。超声TOFD 对材料中裂纹状平面缺陷非常敏感,无论是在实验室或现场检测,大多以表面切槽或侧面横孔作为TOFD 校准的人工缺陷。国内研究人员在TOFD 检测的参数设置上做了大量的研究工作[3 - 5 ] 。笔者利用超声TOFD 技术检测了大厚度2. 25Cr1Mo 钢试块中横孔及切槽的位置和尺寸,

并分析了D 扫描图像。通过对试验误差的分析验证了该技术在缺陷定量上的准确性。
1  试验设备
1. 1  检测系统
试验采用美国AIS 公司生产的多通道超声波TOFD 检测系统NB22000MC。正常工作时,该系统可同时利用3 个TOFD 通道、2 个脉冲回波通道徐书根等:2. 25Cr1Mo 钢试块缺陷的超声TOFD 检测和2 个爬波通道进行检测。为了验证TOFD 技术的缺陷检测能力,试验中只开通3 个TOFD 通道。
1. 2  试块
试验采用2. 25Cr1Mo 钢试块,试块的长×宽×厚为418 mm ×228. 6 mm ×110 mm。在试块上下表面加工了切槽TN 和BN ,在侧面钻有不同直径的横孔SDH1~4 (图1) 。
1. 3  探头
为了保证超声波扫查能覆盖整个厚度范围,采用3 组TOFD 探头,探头对布置和每组探头的最佳扫查范围见图2 。探头角度、频率和检测过程中的参数设置见表1 。
1. 4  耦合剂
试验耦合剂选用水。
2  试验结果
将探头架置于缺陷正上方,保证扫查方向与横孔轴向平行,并使两探头间距中线与横孔轴线重合。三个通道的数据采集同时进行,一次线性扫查可得到缺陷的3 组D 扫描图像。在每个通道的D 扫描图像中,从下到上是试块的长度方向,从左向右是试块的厚度方向。通道1 的扫描图像见图3 ,其上部为D 扫描图像,下部为相应A 扫描图像。两探头距离较大,可检测到底部,故底面切槽(BN) 和4号横孔( SDH4) 的图像非常清晰, 底面切槽的图像呈双弧状,与之对应的A 扫描图像上,中间是波谷,两面是波峰。通过鼠标点击和拖动, 系统可给出底面切槽和4 号横孔的位置和尺寸。
3 号横孔底端可清晰
成像,而顶端处于探头最佳扫查范围以外,信号相对较弱。通道2 的扫描图像如图4 所示,因该通道用于检测试块中部缺陷,故中部3 号(SDH3) 和4 号横孔(SDH4) 的顶端成像非常清晰。长横孔状缺陷的D 扫描图像呈直线状,且为多条直线相互平行,若横孔直径较大,可明显分出孔的上下边缘。在A 扫描的射频波形图像上,横孔的顶端衍射波为正相位(波峰) ,底端波为负相位(波谷) ,两者之间的深度差即为孔径( 试块厚度方向上的尺寸) 。
通道3 的扫描图像如图5 所示,可明显观察到近表面的1 号横孔( SDH1) 和2 号横孔( SDH2) 。由于切槽(TN)表面开口,沿试块表面传播的直通波受到干扰,在该区域超声波沿切槽底平面传播,导致直通波的D 扫描图像向右偏移,其偏移量即为切槽(TN)深度。