水層厚度對管道焊縫水浸超聲檢測靈敏度的影響

檢測對象反應(yīng)堆壓力容器安注管安全端焊縫包括異種金屬焊縫和同種金屬焊縫。對于AP1000反應(yīng)堆型，安注管安全端內(nèi)徑為173mm，異種金屬焊縫壁厚為31.8mm，同種金屬焊縫壁厚為23mm。檢測區(qū)域包括焊縫及焊縫兩側(cè)6.4mm寬的母材區(qū)域，以及距焊縫內(nèi)壁1/3壁厚的區(qū)域。安注管安全端焊縫結(jié)構(gòu)及檢測區(qū)域如圖1所示。圖1安注管安全端焊縫結(jié)構(gòu)及檢測區(qū)域示意水浸超聲檢測法水浸超聲檢測法特點水浸超聲檢測法將探頭浸在水中，隔著一定厚度的水層對充滿水的管道或容器內(nèi)壁進(jìn)行檢測。水浸超聲檢測法適用于有焊縫余高和表面粗糙的工件，其探頭耦合穩(wěn)定，不容易磨損，檢測結(jié)果可重復(fù)性好，有利于提高檢測速度。在合適的水層厚度下，水浸超聲檢測的回波關(guān)系如圖2所示，一般使缺陷回波出現(xiàn)在一次界面波和底波之間，使二次界面回波出現(xiàn)在底波之后。圖2水浸超聲檢測法的回波關(guān)系示意掃查裝置掃查裝置由主體結(jié)構(gòu)、軸向運動組件、周向運動組件、探頭托盤以及前后支撐結(jié)構(gòu)等組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示?，F(xiàn)場檢測中，將掃查裝置與剛性長桿連接，由起重機(jī)吊裝到被檢對象區(qū)域，通過人工操作長桿的方式進(jìn)行微調(diào)，將設(shè)備精確安裝到所需位置。圖3掃查裝置結(jié)構(gòu)示意探頭參數(shù)安注管焊縫材料為粗晶奧氏體不銹鋼，采用縱波對其進(jìn)行檢測能明顯減少不銹鋼各向異性的影響，獲得更好的聲束穿透性能。研究表明，對于不銹鋼材料，采用45°縱波斜探頭檢測時聲能衰減較小，信噪比較高；當(dāng)焊縫厚度較小時，也可采用折射角為60°～70°的縱波探頭來檢測。對于水浸超聲探頭，可通過探頭托盤上的楔塊帶動0°探頭偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)聲束的斜入射，根據(jù)超聲波的折射定律，可由聲束在鋼中的折射角推算出聲束在水中的入射角，即楔塊的角度。表1探頭的主要參數(shù)水層厚度偏差對檢測靈敏度的影響試驗試驗設(shè)備采用DYNARAY型多通道自動超聲儀進(jìn)行試驗，該設(shè)備含有16個以上獨立通道，可較好地匹配探頭，且具有較強(qiáng)的抗干擾能力以及較高的數(shù)模轉(zhuǎn)換率。根據(jù)安注管安全端焊縫的直徑，采用相同尺寸的弧面試塊，試塊中反射體為橫孔，直徑2.4mm，長60mm，試塊材料為不銹鋼，利用試塊中的橫孔建立基準(zhǔn)靈敏度。試驗方案在水浸超聲檢測中，水層厚度是影響檢測靈敏度的關(guān)鍵參數(shù)。實際檢測時，工件本身存在不平整，設(shè)備安裝存在誤差，導(dǎo)致水層厚度與建立基準(zhǔn)靈敏度時的水層厚度有差異。這種差異可能引起檢測靈敏度的改變。針對這種情況，首先以理論水層厚度建立靈敏度基準(zhǔn)。探頭工裝結(jié)構(gòu)如圖4所示，探頭與安注管內(nèi)壁之間的垂直距離即為理論水層厚度，調(diào)整試塊位置，使試塊與掃查裝置之間呈現(xiàn)不同程度的偏心，測量每種狀態(tài)下橫孔信號幅值與基準(zhǔn)靈敏度之間的差異。圖4探頭工裝結(jié)構(gòu)示意試驗結(jié)果01基準(zhǔn)靈敏度將探頭托盤與試塊的間距調(diào)整到理論值，控制掃查裝置，找到最強(qiáng)反射信號，將其波幅調(diào)到滿屏幕高度的80％左右，然后依次測出其他不同深度反射體的最大回波幅值，得出探頭的基準(zhǔn)靈敏度。基準(zhǔn)靈敏度下的橫孔反射信號如圖5所示，各探頭的基準(zhǔn)靈敏度測試結(jié)果如表2所示。圖5基準(zhǔn)靈敏度下的橫孔反射信號表2各探頭的基準(zhǔn)靈敏度測試結(jié)果02改變水層厚度之后的檢測靈敏度調(diào)整探頭托盤與試塊的間距至不同的狀態(tài)，分別測量橫孔反射體的最大回波幅值，不同水層厚度下各反射體的靈敏度與基準(zhǔn)靈敏度偏差如表3所示。表3不同水層厚度下各反射體的靈敏度與基準(zhǔn)靈敏度偏差從試驗結(jié)果可以看出，在改變水層厚度的情況下，試塊中人工反射體的靈敏度測試結(jié)果與基準(zhǔn)靈敏度會存在偏差，探頭角度越大，偏差越大；水層厚度的改變對軸向探頭的影響比對周向探頭的影響要大，對0°直探頭的影響最小。隨著水層厚度偏差增大，測試結(jié)果與基準(zhǔn)靈敏度的偏差也相應(yīng)增加，在設(shè)備精度允許的±5mm范圍內(nèi)，所有探頭的靈敏度偏差均不超過2dB。結(jié)論進(jìn)行水浸超聲檢測時，水層厚度的改變會對檢測靈敏度產(chǎn)生影響，且隨著水層厚度偏差增大，檢測時的靈敏度與基準(zhǔn)靈敏度的偏差也增大，從而對檢測結(jié)果產(chǎn)生直接影響。因此，