超声波探伤中裂纹的定性分析

2011-08-15河南省锅炉压力容器安全检测研究院

河南科技 2011年21期

河南省锅炉压力容器安全检测研究院姜慧

超声波探伤中裂纹的定性分析

河南省锅炉压力容器安全检测研究院姜慧

在常规超声波探伤中，对检测缺陷进行定性分析存在一定难度。比如，焊缝探伤中未焊透、根部内凹、根部错边等情况不易确定，目前国外的相关标准也都没有提及缺陷的定性分析。但是在实际工作中，除了对危害性缺陷进行定量分析以外，结合实际工作中的经验累积，对缺陷进行定性判断是探伤人员必不可少的“一把利剑”。所以，定性分析水平的高低也从侧面体现了探伤水平的高低。本文，笔者结合工作实践，提出了一些对缺陷进行定性判断和分析的方法。

一、检测工艺

首先，合理的检测工艺直接决定了检测项目能否顺利进行。标准中对裂纹类缺陷分别作规定并不是重复定义，主要是强调了裂纹类缺陷的危险性，需要在探伤过程中重点排除和留心观察。其次，由于大多数裂纹类缺陷反射信号较大，通常在探伤灵敏度下可以发现。但由于其具有一定的倾向性，所以在扫查时需要特别注意方向角度及部位的覆盖，防止漏检。此外，对可疑部位有把握确认是危害缺陷如裂纹时，可以运用标准中的规定予以判废，但要慎重。在正常超声探伤作业中，注意不低于规定的基准探伤灵敏度（包括表面耦合及材质衰减、侧壁干扰等），掌握好标准中规定的扫查方向及区域覆盖等。

由于受波长的限制，对于尺寸较小的裂纹用超声的方法检测是无法检出的，因此，不能仅凭超声检测合格，就认为该焊缝（构件、工件）没有裂纹等危害性缺陷了。这个问题应该属于超声检测方法的测量不确定度的范畴，磁记忆技术的出现为其提供了较为有效的解决途径。通过检出应力集中（产生裂纹的主要因素）较为严重的部位，再辅以其他手段（金相等）的分析，就可以判断出该焊缝（构件、工件）是否有产生裂纹的倾向，从而避免失效事故的发生。

二、加工工艺分析

工件内所形成的各种缺陷与加工工艺密切相关。例如，焊接过程中可能产生气孔、夹渣、未熔合、未焊透和裂纹等缺陷；铸造过程中可能产生气孔、缩孔、疏松和裂纹等缺陷；锻造过程中可能产生夹层、折叠、白点和裂纹等缺陷。下面，笔者主要针对焊接件进行分析。

在焊接过程中，裂纹是最严重的一种工艺缺陷。导致焊接接头金属开裂的因素主要有两类，即冶金因素和力学因素。在焊接过程中，由于不平衡的快速加热和快速冷却，焊接接头承受了热循环的作用，在接头的不同区域，加热峰值温度不同，冷却速度也不同，这样就产生了不均匀的组织区域。此外，由于热应变的不均匀，不同区域间会产生不同的应力关系。在这些因素的作用下，整个焊接接头金属处于复杂的应力应变状态。内在的热应力，与外加的约束应力，以及应力集中相叠加，构成了导致焊接金属开裂的力学条件。

在进行缺陷定性时，必须掌握整个施焊的工艺，熟悉焊接材料的基本特性。比如，碳钢不易产生裂纹，而高合金如P91、P92就很容易产生裂纹，特别是在点口处，在检测这类焊缝时就需要特别谨慎，如果在容易产生裂纹的位置产生了回波，即使是回波很小，也必须引起重视，有可能就是裂纹。如果条件允许，最好进行对比试块，反复操作，从而把握其中的技巧。

三、被检件工作环境分析

有些工件被长期使用，在承受交变负荷作用时会产生疲劳开裂，这种裂纹一般产生在表面及近表面，裂纹中间粗、两头细。有些工件在热处理不当时，如加热温度过高或冷却过于激烈，也会由于应力引起裂纹，这种裂纹一般在开槽、键孔或截面突变的部位产生。有些工件在与化学物质接触时，酸与金属发生反应，所析出的氢原子致使钢中渗氢，使钢脆化而产生裂纹。在对这些类型裂纹进行超声波检验时，要预先对裂纹可能产生的面进行分析，正确选择产生波的检测面。

四、缺陷波形分析

超声波的波形分为静态波形和动态波形。静态波形通常是指在最大波高处的静止波形，实际反映的是缺陷反射界面的性质。动态波形是指沿缺陷的长度方向移动探头时，波峰的变化情况，反映的是缺陷的长度和是否连续。静态波形和动态波形结合起来也只能反映缺陷的一部分信息，并不能全面反映缺陷。

超声波判定裂缝缺陷波形最主要的依据有：一是裂缝的形状，裂缝在长度方向有直的、有弯曲的，但是在长度方向的某一点处的高度方向上，从裂缝顶端到裂缝底端是一条直线，这是超声波判定裂缝的主要依据之一。二是裂纹的缺陷波的包络线较宽，而且在包络线的前方有一个尖角的突起，该现象是裂纹的尖端产生的尖角衍射造成的。三是不要看反射波波幅的高低，只要反射波跟着探头在移动，就是再低的反射波也不能放过。