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  • 超超臨界厚壁無縫鋼管常見缺陷的超聲波定性檢測

    本文梳理了大量常規A型超聲數字探傷儀對超超臨界厚壁無縫鋼管的超聲檢測實例,對經擠壓成型和鍛造成型的超超臨界厚壁無縫鋼管中的常見缺陷進行分類和歸納,總結出淬火裂紋、非金屬夾雜物、分層、白點、夾雜物導致的微裂紋等常見缺陷的超聲定性檢測方法。通過對超聲檢測中發現各類缺陷的截剖試驗驗證,證明通過本文介紹的超聲定性檢測方法對超超臨界厚壁無縫鋼管中的常見缺陷進行定性評定的結論是比較準確的。

    1前言

    超超臨界厚壁無縫鋼管一般采用擠壓成型或鍛造成型,兩種成型方式都會出現一些常見缺陷,其內部缺陷的檢出和控制通常都是依賴于超聲檢測。對于超聲檢測技術而言,對缺陷的評定應該主要包括定位、定量和定性,目前,超聲檢測對缺陷的定位和定量研究已經比較成熟,但對缺陷的性質卻無法準確評定,即便檢測設備快速發展,成像技術已廣泛應用,但基礎都是A掃描的反射波形,成像的結果只能做到較為直觀地顯示缺陷的分布、形狀、大小,仍然無法對缺陷進行定性[3,4]。然而對于厚壁無縫鋼管,特別是制造成本較高、使用環境較惡劣的超超臨界厚壁無縫鋼管來說,有時缺陷性質的評定要比缺陷位置和尺寸評定更為重要。小的危害性缺陷會比大的非危害性缺陷對使用的影響嚴重得多,同時,確定缺陷性質,才能準確地對癥下藥,進行有效的工藝和質量改進。因此盡管超聲檢測技術對缺陷定性評定有很大局限,但仍可以在超聲檢測理論基礎上,結合檢測實踐經驗以及對材料,制造工藝的充分了解,研究特定工藝下常見缺陷的定性規律。本文搜集了包括美國、德國以及中國制造無縫管在超聲檢測中發現缺陷的一手資料,總結了采用A型脈沖反射式超聲波探傷儀對超超臨界厚壁無縫鋼管(以下簡稱鋼管)常見缺陷的超聲定性檢測方法。

    2常見缺陷類型超聲檢測特征

    2.1非金屬夾雜物

    非金屬夾雜物屬于冶金缺陷,形狀不規則,在鍛造和擠壓過程中會沿壓延方向發生不同程度的變形,可出現于鋼管的任何位置,一般冒口或錠尾端、1/2壁厚到內表面的深度范圍內較多,有獨立存在的單個夾雜物,也有聚集成堆、成鏈的密集型夾雜物。

    2.2.1單個夾雜物

    橫波斜入射檢測時特征:

    由于非金屬夾雜物形狀不規則,其反射回波占寬較大,前后沿參差不齊,呈鋸齒狀。反射波幅不高,波峰圓鈍。

    沿圓周方向移動探頭,其動態波形游動范圍不大,呈正態分布圖形。

    縱波垂直入射檢測時特征:

    a.與斜入射檢測時波形相似,反射回波占寬較大,前后沿參差不齊,呈鋸齒狀,下粗上細。反射波幅不高,波峰圓鈍。波形及截剖后電鏡下形貌見圖1。

    b.對于點狀非金屬夾雜物,圍繞缺陷前后、左右移動探頭,其各方向回波變化不大,回波幅度由零快速上升到峰值然后又快速回到零。

    c.對于條狀非金屬夾雜物,順長度方向移動探頭,波峰起伏變化,不平穩。

    2.2.2密集型非金屬夾雜物

    橫波斜入射及縱波垂直入射檢測波形特征均與單個夾雜物相同,區別只是缺陷呈密集狀分布于鋼管的不同深度范圍和長度范圍。移動探頭時,波形起伏變化,但起伏緩慢?v波垂直入射檢測時,密集缺陷對底波幅度幾乎沒有影響。密集型非金屬夾雜物波形圖及截剖后電鏡下斷口形貌見圖2。

    2.2分層

    經過擠壓工藝成型的鋼管內部常會出現分層缺陷,在超聲檢測專業上可以就其成因區分為夾雜類分層和擠壓分層,可通過表1的方法進行區別評定。分層縱波檢測波形見圖3,圖3A為夾雜類分層截剖后電鏡下照片,B為擠壓分層宏觀形貌。

    2.3淬火裂紋

    外壁淬火裂紋直觀,這里僅討論內壁淬火裂紋。內壁淬火裂紋多數在鋼管縱向長度的中部產生,有時也在鋼管端部產生,呈徑向分布,裂紋長度以縱向延展居多,也有橫向及斜向延伸的情況,裂紋很細,肉眼看不到開口,一般呈密集分布或斷續延伸,鋸切后端面宏觀形貌及內窺鏡觀察形貌見圖4。

    橫波斜入射檢測時特征:

    a.反射波幅度高,波形陡峭,波峰尖銳,回波前沿及后沿均很光滑,占寬很小。波形見圖4。

    b.沿圓周方向移動探頭時,裂紋越深,反射越強烈,幅度越高,其回波游動范圍也越大。

    c.順裂紋長度方向移動探頭,轉角檢測,波形一般都連續有長度,波峰平穩不降,且取向會發生變化,如由橫向延伸變為斜向延伸或由縱向延伸變為斜向延伸。

    縱波單晶直探頭垂直入射檢測時特征:

    由于淬火裂紋屬于單純的應力裂紋,裂紋內側光滑,呈徑向分布,當采用縱波單晶直探頭在鋼管外表面垂直入射檢測時,因聲束入射方向與裂紋方向基本平行,幾乎沒有缺陷反射波。這也是評定內壁淬火裂紋的重要判據之一。

    2.4微裂紋

    鍛造成型的厚壁無縫鋼管中有時會出現微裂紋,就其成因分析主要有兩種情況:一是由于密集型非金屬夾雜物導致的微裂紋,二是白點(又稱發裂)。這兩類缺陷在超聲檢測中有很多共同之處,可通過表2方法進行區分,密集型夾雜導致的微裂紋波形及斷口形貌見圖5,白點波形及斷口形貌見圖6。

    3結論

    根據超聲檢測理論,結合實踐經驗,搜集整理了大量包括美國、德國、中國制造的無縫鋼管的超聲檢測資料,對超超臨界厚壁無縫鋼管制造過程中易產生的缺陷進行了科學分類,并對缺陷產生的機理和分布情況進行了詳盡的描述,特別是對典型缺陷超聲檢測的波形特征進行了系統的歸納,總結出了經擠壓成型和鍛造成型的超超臨界厚壁無縫鋼管中常見缺陷的超聲定性檢測方法,并進行了大量的截剖試驗,利用其他宏觀和微觀理化檢測方法進行了驗證,證明了能夠通過本文介紹的超聲檢測方法對超超臨界厚壁無縫鋼管中的常見缺陷進行較準確的定性評定,對其他擠壓或鍛造成型的產品的超聲檢測缺陷定性有較好的借鑒作用。

    文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|不銹鋼換熱管

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