无损检测论文无损检测技术论文检测论文

本文由worklv贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 内蒙古电力技术 2010 年第 28 卷第 6 期 INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER 33 衍射时差法超声检测在电站设备无损检测中的应用研究 Application Research of Ultrasonic TOFD Testing in Power Station Non-destructive Testing 田力男,卫志刚,张 (内蒙古电力科学研究院,内蒙古 涛,张艳飞 呼和浩特 010020 ) [ 摘要 ] 衍射时差法超声检测(TOFD)技术是一种新型检测技术,与常规超声检测相比有较大优势。选用 OmniScan-MX 检测仪,对扫查装置进行改装,并设计加工特种试块;设置各类 检测参数,制定出具体的 TOFD 检测程序对试块进行非平行扫查:检测出特种试块内不同性质、不同方位的所有缺陷,且成像直观、易于识别。将 TOFD 检测技术实际运用于电站设备的无损检测,取得了较好的检测结果。研究表明:TOFD 检测技术能够提高缺陷的检出率、降低误判率,但也存在一些局限性。 [ 关键词] 衍射时差法超声检测;无损检测;焊缝缺陷;电站设备;OmniScan-MX 检测仪 [ 文献标志码 ] B [ 文章编号 ] 1008-6218 (2010)06-0033-05 1 TOFD 技术概述 1.1 发展状况 情况下,接收探头首先接收直通波,最后接收底面反射波。如有缺陷存在,则在直通波和底面反射波之间还会接收到缺陷端点(或边界)的衍射波,如图 1 所示。上述波信号最初表现为 A 扫描信号,连同位置编码器传出的坐标值被主机接收,经数字图像化处理,最终形成 B、D 等二维图像扫描显示。检测人员主要根据这些显示进行缺陷的定性、定位及定量 [2]。 焊缝 20 世纪 70 年代,衍射时差法超声检测(Time of flight diffraction ,以下简称 TOFD)技术问世于英国,最初应用于核反应堆的厚壁压力容器检测 [1]。 20 世纪末,随着计算机技术的飞速发展,TOFD 技术与数 字化超声设备相结合,发展成为一种超声成像检测技术。 21 世纪初,TOFD 技术引入我国,先后在西气东输和神华煤液化工程中应用成功,目前 TOFD 技术被广泛应用于核工业、航空航天、电力、机械制造、石油、化工等领域。 发射探头扫查方向 接收探头 焊缝中的声束 1.2 检测原理 TOFD 是 1 种新型超声检测技术,它可通过超 声波的尖端衍射来检测缺陷,通过波的传播时差测量缺陷,通过信号的图像化处理来 显示缺陷 [1]。进行 TOFD 检测时,发射探头发射声脉冲。一般 [ 收稿日期 ] 2010-06-10 图1 TOFD 扫查示意图 1.3 优缺点与常规超声检测技术相比,TOFD 技术主要具 [ 作者简介 ] 田力男(1968 —),男,内蒙古人,硕士,高级工程师,从事无损检测及金属技术监督工作。 [ 基金项目 ] 内蒙古电力科学研究院 2008 年自筹经费科研项目。 34 有以下优点 [3]: 内蒙古电力技术 2010 年第 28 卷第 6 期 3 特种试块的设计加工 针对电站锅炉、压力容器、承压管道焊缝的结构 (1)测量精度高(一般为±1 mm),并能测量缺陷的自身高度,但有一定的测量误差;常规超声检测无法测量缺陷自身高度。(2)可以检出有效区域内任意方向上的缺陷。(3)借助 B、D 扫描显示,有效提高了缺陷检出率及缺陷定性的准确性,降低了误判率。(4)一次扫查即可得到整条焊缝的信息,并可离线 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。但是,TOFD 技术是由超声检测技术发展而来的分支,仍然存在超声检测固有的局限性,如不能精确检测近表面缺陷、难以检测各类粗晶材料等。特点及焊接缺陷的类型和分布规律,设计了 10 个特种试块(编号为 TOFDD1 — TOFDD10 ),在试块的不同位置上制作了 14 个缺陷,包括未熔合、裂纹、气孔、夹渣、未焊透 5 类缺陷。试块焊缝的结构形式包括等厚对接、不等厚对接及根部错边。委托山东某焊接 培训 焊锡培训资料ppt免费下载焊接培训教程 ppt 下载特设培训下载班长管理培训下载培训时间表下载 中心采用特种方法对试块进行加工,在焊缝中形成了预规划的人工缺陷,见图 4。试块加工完后均进行了射线探伤(见图 5)。 2 TOFD 检测设备及配置 使用加拿大 R/DTech 公司(现属奥林巴斯公司)制造的 OmniScan-MX 检测仪,配置探头、楔块及简易扫查架(见图 2)。简易扫查架用于实际检测,但所配直杆长度仅为 200 mm,难以实现不同情况下 图4 部分 TOFD 特种试块 PCS (发射探头和接收探头入射点之间的距离)的设置,因此,另外制作了 1 根直径 10 mm、长 500 mm 的长直杆。 图 5 图2 试块的射线探伤结果 OmniScan-MX 检测仪、探头、楔块及简易扫查架 此外,对某检测设备公司提供的 1 个扫查架研发样品进行了工装改造,设计并制作了楔块架及编码器夹持装置,使之与 OmniScan-MX 检测仪所配置的楔块及编码器组联。经工装改造后的扫查架能够使探头与工件更好地耦合(见图 3)。现场试验表明,扫查的稳定性和实用性均优于原简易扫查架。 4 TOFD 检测程序及参数设置[4] 在不同领域中,被检测对象在材质、厚度、结构 形式、缺陷特性等方面各不相同,不同制造商生产的 TOFD 探伤仪又有各自的特点和和操作模式。因此,运用 TOFD 技术对电站设备进行无损检测,就必须 有针对性地通过试验对各类检测参数进行设置,并制定出具体的检测程序。 编码器后置夹持 4.1 TOFD 检测程序 经过反复试验,确定了适合电站锅炉、压力容器 编码器前置夹持楔块夹 及承压管道对接接头的 TOFD 检测程序。 4.1.1 经工装改造后的扫查架 检测面准备检测区域应为焊缝本身宽度再加焊缝两侧各相 图3 当于母材厚度 30% 的区域;检测面应平整,表面粗 2010 年第 28 卷第 6 期 内蒙古电力技术 35 糙度 Ra≤6.3 m ,一般均需要打磨。由于 TOFD 采用 2 种。在电站设备 TOFD 检测中应尽量使用非平行 扫查,不推荐使用平行扫查,这是因为:通过非平行扫查就可以完成缺陷的探测、定量、定性等所有检测内容,但是无法判断焊缝中心线另一侧的缺陷,可以辅之以常规超声探伤确定;平行扫查尽管可以判断焊缝中心线另一侧的缺陷,但检测效率低,加之检测前需要打磨去除焊缝的加强高,现场不便实现。 1 收 1 发 2 个探头的工作模式,因此,对检测面的平 整性和光洁度要求均高于普通超声检测,否则将难以移动探头或造成信号丢失。 4.1.2 探头选择主要是确定探头的中心频率、晶片直径及主声 束角度。 4.1.2.1 中心频率 4.1.4 PCS 选择 非平行扫查 PCS 一般根据(1)式确定:(1 ) PCS= 4 δtanθ, 3 其中δ为工件厚度,θ为主声束角度。即让 2 个探头的声束轴线交于工件壁厚的 2/3 处。当工件厚度大于 60 mm 时,在厚度方向分成若干区域进行检测。分区检测可以使用多通道检测设备一次完成扫查,也可使用单通道检测设备,采用不同的探头进行多次扫查。 增大探头频率可以提高缺陷的分辨率及深度方向测量精度,但在同一晶片直径下,频率越高,扩散角越小,直通波会明显减弱甚至消失,因此很难进行下一步的扫查和分析。此外,频率过高,衰减就大,对厚壁工件的探伤影响很大。但频率过低,精度和分辨率均达不到基本要求。本试验推荐频率为 5 MHz 。 4.1.2.2 晶片直径 在同一频率下,晶片直径越小,声速扩散角越大,但晶片直径太小则发射能量不足,制造加工的难度也越大。在 TOFD 现有的设备和探头制造水平下,本次试验推荐晶片直径 为 6 mm 。 4.1.5 标识检测前,应确定扫查路径并在被检工件上予以 4.1.2.3 主声束角度 标识,包括扫查起始点和扫查方向等。 探头主声束角度通常为 45°、60°、70° 3 种,主声束角度大,则 PCS 大。在大 PCS 条件下形成的扫描显示中,直通波和底波相对靠近,分辨率低、深度测量误差大,且直通波信号降低;主声束角度为 45°时,PCS 最小,但在实际探伤中,探头会受到焊缝盖面宽度的限制。因此,在工件壁厚为 12~200 mm 时, 4.1.6 耦合剂选择实际检测时所采用的耦合剂应与进行系统设置 时的耦合剂相同。如果耦合不良,直通波 LW 和底面反射波 BW 难以形成直线形状;耦合剂过厚施加,可能导致扫描图像中的黑白条纹加宽而增大测量误差。从试验效果来看,不易采用浆糊、洗洁精、机油等作耦合剂,最好采用专用的成品耦合剂。 70°探头尽量不用(除非由于 PCS 间距小于检测区 域宽度而无法使用 60°探头);45°探头能用则用(尤其是壁厚较大时);60°探头最为常用。综上所述,在工件壁厚为 12~200 mm 的 TOFD 检测中,本试验推荐按照表 1 所示的探头参数选择。 表1 工件厚度/ 4.1.7 探头与楔块的组合 TOFD 探头与楔块一般按图 6 的方式进行组 合,组合时需要在探头与楔块间添加耦合剂(最好是固态状的机械黄油,在变干前及时更换)。探头必须拧到位,否则超声束将不能有效进入工件。 探头线插口 电站设备 TOFD 检测的探头推荐性选择和设置 对应设备扫查数/ 次深度 / mm mm 声束角度/ 声束交点/ (°) mm 四大管道、高中压导汽管、高低压加 12~60 热器、除氧器、扩容器 1 0~t 70~60 2t/3 纵波探头 60~100 厚壁承压管道、汽包 2 0~t/2 t/2~t 0~t/3 t/3~2t/3 2t/3~t 70~60 60~45 70~60 60~45 60~45 2t/3 5t/6 2t/9 5t/9 8t/9 探头楔块间添加耦合剂楔块(有机玻璃或类似材料)波束角度 100~200 汽包 3 图6 典型的 TOFD 探头与楔块的组合方式 注: t 表示工件厚度。 4.1.3 扫查方式选择 4.2 基于 OmniScan-MX 检测仪的系统设置 TOFD 的扫查方式分为非平行扫查和平行扫查 TOFD 检测前,要最后完成对各种检测参数的 36 内蒙古电力技术 2010 年第 28 卷第 6 期 设置(即系统设置)。本次试验只基于 OmniScan-MX 检测仪进行系统设置,见表 2。 5 5.1 特种试块的 TOFD 检测 检测结果使用 OmniScan-MX 检测仪对试块的焊缝进行 了非平行扫查,部分 D 扫描显示见图 7。使用 TO- MOVIEWER 软件对缺陷进行了测量,结果见表 3。 5.2 数据分析通过 TOFD 检测,检出了试块内不同性质、不同方位的所有缺陷,缺陷成像直观、易于识别。在常规超声检测中难以检出的与探测面接近垂直的根部裂纹、侧壁未熔合等缺陷均被 TOFD 有效检出。缺陷的成像特征随缺陷性质的不同而不同,如未熔合缺陷的上、下端点信号都较强,成像较规则;夹渣信号的下端点信号弱,且呈断续不规则形状等。分析表 3 的数据可知,缺陷长度方向的测量精度高,可以达到±(1~2 )mm;但埋藏深度的测量误差 表2 检测参数脉冲发射强度(电压 V )脉冲宽度参数键值 图7 部分试块 TOFD 检测 D 扫描显示 较大且有波动(最小 5% ,最大 50% );缺陷自身高度也有较大的测量误差。深度方向上的测量误差主要是由于检测图像在深度方向上不能按比例线性显示,只是非线性的压缩显示,而且 LW 与 BW 的时间间隔较短,测量时指针稍有偏差就会带来较大的误差。减小深度测量误差的主要 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 是减小 PCS、采用窄脉冲等使 LW 与 BW 的时间间隔尽可能长。 基于 OmniScan-MX 的系统设置 关键控制点及说明探头频率越高,需选的电压越低,否则可能会损坏探头,但 5 MHz 探头可选最高电压 200 V ,以产生最大的脉冲发射强度触发方波的持续时间按脉冲超声波的半个周期来设置,使发射的超声波的幅值最大 200 V 0.5 脉冲波周期 脉冲重复频率(PRF ) 设为“最优” 继续阅读