论文部分内容阅读
相控阵超声技术为厚壁离心铸造奥氏体不锈钢(Centrifugally Cast Austenitic Stainless Steel, CCASS)管道焊缝的无损检测问题提供了新的解决途径,选用合适的相控阵探头是提高检测效果的重要前提。本文采用理论分析、数值模拟结合实际测试的方法,从探头的类型、波型、频率和孔径等方面对检测厚壁CCASS管道焊缝的相控阵探头进行了选用研究。对厚度66.5mm的CCASS管道焊缝试块的金相组织进行观察表明,母材区域存在明显分层且晶粒粗大；使用频率为0.5MHz、1MHz、2MHz的常规超声探头测试试块的衰减系数、信噪比及底面回波的主频偏移量,结果表明：超声波衰减剧烈且噪声严重,衰减系数随检测频率提高而增加,信噪比则相应降低。对试块不同区域进行超声测试及信号处理,0.5MHz的底面回波主频偏移量小且比较均匀,2MHz主频偏移量大且波动明显,1MHz介于二者之间,表明高的检测频率对CCASS材质的不均匀性更为敏感。综上分析认为,CCASS管道焊缝的检测频率应小于2MHz。使用频率为0.75MHz和1MHz的二维相控阵TRL探头对CCASS管道焊缝试块上深度为16、32、48mm处Φ3的横孔进行测试,并比较声束能量、信噪比、横向分辨力和纵向分辨力。结果表明：对于CCASS的较浅区域,1MHz相控阵探头纵向分辨力和信噪比均优于0.75MHz探头；对应较深区域,1MHz相控阵探头的声波在CCASS中的频散程度大于0.75MHz探头,横孔成像变形大且信噪比降低。利用Ultravision软件模拟0.75MHz二维相控阵TRL探头在使用前6组、中间6组、中间8组、10组和后6组晶片组合下的声场分布特征,并结合实验测试CCASS管道焊缝试块上深度为16、32、48mm处Ф3横孔时的声束能量、信噪比和横向分辨力。结果表明：对于CCASS的较浅区域,宜使用处于楔块较高位置的后6组晶片；而对于较深区域,为了保证声束能量和检测分辨力,则宜使用全部10组晶片。利用扫查器携带0.75MHz和1MHz二维相控阵TRL探头对碳钢试块上深度分别为25、50、70mm处Ф3横孔,厚度66.5mmCCASS管道焊缝试块上深度16、32、48mm处Ф3、Φ4.8横孔,以及宽度1mm、高度为壁厚4%、5%、7.5%、10%和12%的模拟裂纹缺陷进行扫查,所有缺陷均被检出,对碳钢上缺陷的定位误差为0.1-1mm, CCASS管道焊缝试块上缺陷的定位误差为0.1-2.6mm。