304不銹鋼管接頭超聲波檢測(cè)工藝探討分析

   由于304不銹鋼管中超聲波聲速和晶粒度大小與普通低合金鋼有較大的不同，若直接使用標(biāo)準(zhǔn)試塊調(diào)試儀器用于檢驗(yàn)304不銹鋼管焊縫，則缺陷的定位和定量存在較大偏差。而成套的304不銹鋼管對(duì)比試塊比較少見(jiàn)且價(jià)格較貴。為了使在標(biāo)準(zhǔn)試塊上調(diào)試的儀器適合于檢驗(yàn)304不銹鋼焊縫，掃描速度和檢測(cè)靈敏度就必須被修正。本文著重介紹相關(guān)計(jì)算修正方法，并進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)驗(yàn)證，證明了該方法是可行的。

一、304不銹鋼管的介紹及檢測(cè)問(wèn)題

    隨著火電工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，超臨界和超超臨界機(jī)組越來(lái)越多地出現(xiàn)在我們的視野中，而隨著機(jī)組大型化的發(fā)展，對(duì)于機(jī)組使用材料的各種性能要求也越來(lái)越高。目前，火電超臨界和超超臨界機(jī)組大量使用了304不銹鋼管建造，該鋼種是在304不銹鋼的基礎(chǔ)上添加W元素，適當(dāng)減少M(fèi)O元素的含量，開發(fā)出來(lái)的一種新型鋼種,屬于高強(qiáng)度細(xì)晶型回火馬氏體鋼。主要使用于高溫過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器、主蒸汽、高溫再熱器、再熱熱段等部件的集箱、蛇行管及連接管等通道管。與其它合金鋼相比較，304不銹鋼管具有了更好的耐熱性能、提高了蠕變斷裂強(qiáng)度和使用溫度；但具有冷裂傾向和時(shí)效傾向。含有微量的Nb、Al、N、B、V等元素，其C、S、P等的含量低，顯微組織為Mo和W固溶強(qiáng)化回火馬氏體。由于焊接接頭的特殊性，一般對(duì)304不銹鋼焊接接頭采用50%射線檢測(cè)和100%超聲波檢測(cè)、304不銹鋼焊接接頭采用100%射線和超聲波檢測(cè)。由于該焊接接頭容易產(chǎn)生微小裂紋，RT檢測(cè)對(duì)微小裂紋靈敏度差，所以通常使用超聲波來(lái)檢驗(yàn)延遲裂紋和再熱裂紋等。

二、304不銹鋼聲速的測(cè)試方法和結(jié)果

   超聲波在304不銹鋼管中的橫波傳播速度可以使用同一探頭和同一超聲波探傷儀，在標(biāo)準(zhǔn)試塊和304不銹鋼對(duì)比試塊上對(duì)同一深度的人工缺陷測(cè)得，具體方法如下：由于同一探頭的前沿不隨被檢工件不同而變化是固定值，假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)試塊上探頭到人工反射體的水平距離。由于檢測(cè)試塊上人工缺陷的深度是固定的，因此一般采用深度調(diào)節(jié)法對(duì)掃描速度的變化進(jìn)行計(jì)算，然后再根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)掃描速度進(jìn)行修正。詳細(xì)計(jì)算過(guò)程為：當(dāng)檢測(cè)儀器在常規(guī)DL標(biāo)準(zhǔn)試塊上按照深度調(diào)整好后，由于工件聲速的改變，掃描速度也發(fā)生了變化，工件中實(shí)際掃描速度。

三、計(jì)算并討論T92/P92鋼焊接接頭超聲波檢測(cè)工藝，研究其可行性

    在進(jìn)行超聲波檢測(cè)前，首先按照文獻(xiàn)DL/T820-2002《管道焊接接頭超聲波檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求在試塊上對(duì)超聲波儀器和檢測(cè)探頭進(jìn)行校準(zhǔn)，然后繪制出DAC曲線，調(diào)試好設(shè)備后才能進(jìn)行超聲波檢測(cè)操作。在對(duì)304不銹鋼焊接接頭進(jìn)行超聲波檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)儀器和探頭的校準(zhǔn)方法有兩種：方法一、在T92/P92材質(zhì)的對(duì)比試塊上（結(jié)構(gòu)及參數(shù)同圖3所示）校核，直接測(cè)量出探頭前沿、折射角等參數(shù)，繪制DAC曲線。方法二、在常規(guī)的DL標(biāo)準(zhǔn)試塊上校核儀器與探頭，繪制出DAC曲線。但是這時(shí)試塊上的超聲波聲速與工件的聲速因材質(zhì)不同而不同，在檢測(cè)前需要進(jìn)行一系列的計(jì)算，找出因材質(zhì)不同而引起的偏差。從上表可以看出，在對(duì)304不銹鋼管進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)前，一定要注意所選用的探頭的折射角。小徑管焊縫檢測(cè)時(shí)，探頭的K值選擇一般應(yīng)該小于3；對(duì)于中徑厚壁管而言，探頭的K值選擇一般應(yīng)不大于2.5。根據(jù)上表數(shù)據(jù)可以看到，常規(guī)探頭K值為1.6的時(shí)候在304不銹鋼中檢測(cè)，其折射角接近60°，這將造成端角反射率最低，從而降低了超聲波對(duì)單面焊根部未焊透和裂紋的檢出靈敏度，因此在選用探頭時(shí)需慎重考慮，并關(guān)注探頭的磨損情況，尤其是標(biāo)稱K值為1.5的探頭。

   不同材質(zhì)的工件，其超聲波衰減的不同主要表現(xiàn)在衰減系數(shù)上，超聲波在固體材料中的衰減與材料晶粒直徑及頻率成正比。所以當(dāng)頻率固定不變時(shí)，隨著材質(zhì)晶粒度增大，超聲波的衰減急劇增加；反之相反。由于304不銹鋼管的晶粒是高密度位錯(cuò)和高度細(xì)化的晶粒，不存在聲特性各向異性的現(xiàn)象，晶粒直徑大大小于普通鋼，所以304不銹鋼超聲波衰減系數(shù)大大減小。在測(cè)定304不銹鋼超聲波衰減系數(shù)是很有必要的。由于304不銹鋼是特殊材質(zhì)的鋼材，對(duì)其焊接接頭檢驗(yàn)時(shí)同材質(zhì)的對(duì)比試塊不夠完備，而且價(jià)格比較昂貴，所以采用方法二進(jìn)行檢驗(yàn)是經(jīng)濟(jì)有效的選擇。但需要注意的是，由于材料的各向異性造成不同角度的入射超聲波傳播聲速略有不同，從而造成或多或少的定位定量不夠完全準(zhǔn)確的情況，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中要加以判別。