影响根部裂纹回波波幅的因素_郭黎群.pdf
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1、设备运维140|2023年04月0 引言近年来,沿海地区冷冻企业发生过数十起贮氨器应力腐蚀开裂导致氨泄漏事故,另有几起分别为低压循环桶和中间冷却器应力腐蚀开裂导致氨泄漏事故,泄漏部位均在封头内部直边。由于起裂部位都在内壁,且容器没有人孔,定期检验时无法从内部发现,当问题暴露时,容器已经发生介质泄漏事故。为了在裂纹扩展穿透母材前,及时发现缺陷,需要选择一种有效的检测方法。超声检测是一种易于发现面积性缺陷无损检测方法,尤其对裂纹这种反射率较高的缺陷检出率很高。部分在役设备的裂纹是起裂于内表面,并且随着时间向外垂直扩展,其结构形式类似于端角,可以利用超声检测的端角反射原理来检测。由于缺陷垂直于底面,
2、超声波在两个平面构成的直角内反射,二次反射回波与入射波互相平行,所以能被探头接收到,从而发现缺陷。纵波入射时,因为在端角的两次反射中分离出较强的横波,所以纵波的端角反射率很低,在常用的入射角 20 70时,端角反射率也只接近 10%,因而缺陷的回波很低而无法发现;而采用横波入射时,入射角在 30或 60附近时,端角反射率最低,横波入射角在 35 55时,端角反射率达到100%,因而采用 K=0.701.43 的探头时,端角的超声波反射率理论上是最高的1。实际上裂纹的结构并不完全等同于端角,选择适合检测这类缺陷的入射角,需要进一步进行试验论证。1 端角反射的物理原理超声波在钢中倾斜传播时会发生波
3、型转换,横波在同种钢材中传播,根据反射定律,当横波入射角达到 33.2时,反射纵波恰好是 90,也就是在钢中没有反射纵波,只有反射横波。横波入射角小于 33.2时,会有一次反射纵波;横波入射大于等于 33.2时,横波全反射;横波入射大于等于 56.8时,在端角的二次入射中,二次横波入射角度小于 33.2,会产生二次反射纵波,分离出一定的能量。所以在常用横波探头中,选用 45横波探头时,由于没有其他波形的反射杂波,端角反射率 T端很高,检测灵敏度也很高,但横波角度为 63、68、72的横波探头产生端角反射信号中,由于有次反射的波型转换,反射信号中不仅有横波的端角反射波,也有纵波的变型波。由于纵波
4、探头声束在进入到工件中时会发生波型转换,因此纵波探头接收到的回波 A 扫信号图中杂波明显多影响根部裂纹回波波幅的因素郭黎群,洪君华*,赵志伟(台州市特种设备检验检测研究院,浙江 台州 318000)摘要:超声波探伤技术作为压力容器检测中常用的无损检测技术,能够及时发现压力容器内部根部裂纹,从而有效避免泄漏事故的发生。文章通过优化超声检测工艺参数,对不同的折射角超声波进行测试,利用缺陷类似于端角反射的特点探讨影响根部裂纹回波波幅的因素,进而对比不同人工规则发射体的声压特性,选择合适的横波折射角探头。关键词:压力容器;根部裂纹;超声波检测;端角反射中图分类号:TK226.2 文献标志码:A 文章编
5、号:1008-4800(2023)12-0140-04DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.12.037Factors Affecting Echo Amplitude of Root CrackGUO Li-qun,HONG Jun-hua*,ZHAO Zhi-wei(Taizhou Special Equipment Inspection and Testing Institute,Taizhou 318000,China)Abstract:As a commonly used non-destructive testing technology in pr
6、essure vessel testing,ultrasonic flaw detection technology can find cracks in the internal roots of pressure vessels in time,so as to effectively avoid leakage accidents.In this paper,by optimizing the ultrasonic detection process parameters,testing ultrasonic waves with different refractive angles,
7、using the characteristics of defects similar to end-angle reflections to explore the factors affecting the echo amplitude of root cracks,and then comparing the sound pressure characteristics of different artificial regular emitters,selecting appropriate transverse wave refractive angle probes.Keywor
8、ds:pressure vessel;root cracks;ultrasonic testing;end angle reflection2023年04月|141于横波探头。从信号分析的角度来说,超声波探伤要尽量选择横波 35 55探头2。2 影响回波幅值的因素在实际检测工况下,除了应考虑波形转换的因素外,还应该考虑到其他因素的影响,包括超声波的声程、探头的 K 值、缺陷的尺寸等因素。2.1 声程对显示最高回波的深度影响对于近表面缺陷的超声波检测灵敏度来说,不得不考虑超声波的相互干涉现象,近距离检测类同于近场区,其声压分布不均匀,探头晶片上不同点的超声波到达某处缺陷的距离不同,存在波程差,叠
9、加时因存在相位差而互相干涉,有些地方互相减弱而不易发现,有些地方加强而造成误判。另外由于仪器的阻塞时间和始脉冲的宽度形成了一定距离的显示盲区,从而掩盖了声程较短的缺陷回波,造成漏检。使用四种不同折射角的横波探头,将对比试块 CSK-A-1 的 5 mm、10 mm、15 mm、20 mm、30 mm、40 mm 共 6 个反射体进行调试,得到了四组实测的深度数据。从所得数据中发现,实测深度值与标称深度值有不同的误差,除了 5 mm 深的孔,所有其他深度的实测数据误差都在 5%之内。而且发现孔深度越大,其误差率都很小,而 5 mm 孔深的实测数据误差都很大,尤其 K1 探头测得数据误差最大,达到
10、 24%,因为其对应的超声波主声束声程最短,实际声程为 7 mm,远低于近场区长度,也就印证了前述的近场区的干涉影响。因此,超声波主声束声程的长短对深度的定位误差是很明显的,在上述测试中,不论超声波探头的 K 值各异,检测各人工反射体的深度不同,当声程大于 22 mm 时,实际检测深度的定位误差率都小于 4%,在合理的检测误差范围内。这说明在近场区由于产生了干涉现象,显示人工反射体最高回波的深度发生了偏离,超声波主声束声程越短,偏离的误差就越大;当超声波主声束声程越大,达到近场区以外,实际检测深度误差越来越小,检测的准确率就越来越高。2.2 K 值对超声波回波幅值的影响在上述四种探头的测试中,
11、利用试块上不同深度的横通孔测试了相应的回波幅值,实际测试数据如 表 1 不同深度横通孔的相应回波幅值,利用其数据制作了 4 条 DAC 曲线,如图 1 不同 K 值的 DAC 曲线。表1 不同深度横通孔的相应回波幅值 单位:dB探头孔深/mm510152030402.5P1016K140.142.344.647.848.450.22.5P1016K1.543.244.246.648.250.854.32.5P1016K236.540.643.846.150.353.92.5P812K2.546.552.958.862.667.671.4图1 不同K值的DAC曲线从 图 1 中 可 知,K1 和
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