超声波检测主螺栓裂纹波与假信号识别

超声波检测主螺栓裂纹波与假信号识别 代利军 (通化市锅炉压力容器技术检验所, 吉林通化　134000) 摘　要: 根据设备主螺栓的结构特性及紧固方式, 介绍在超声波检测工艺中裂纹波的鉴别和假信号的识 别。 关键词: 主螺栓; 超声波检测; 裂纹波; 假信号; 鉴别与识别 中图分类号: T G115. 28　文献标识码: A 　文章编号: 167124423 (2004) 04236202 　　主螺栓在发电、水利、锅炉、压力容器、压力管道 制造安装中均列为主要受力元件, 特别是高温高压 下运行的设备, 其安全性非常重要。如果一根主螺栓 由于缺陷发生断裂, 将会产生重大事故。因而主螺栓 的质量检测对保证设备安全运行有着极为重要的意 义。 紧固螺栓有多种形式, 按特性和形状分有刚性 螺栓 (等颈形)、刚性改型螺栓 (鼓颈形) 和柔性螺栓 (细颈形) 三种 (见图 1)。按结构分有带中心孔和不 带中心孔两种; 按紧固方式分栽丝型和两端螺母紧 固型两种 (见图 2)。 a. 刚性螺栓 (等颈形) b. 刚性改型螺栓 (鼓颈形) c. 柔性螺栓 (细颈形) 图 1　几种螺栓的形状 　　在役运行的主螺栓, 主要受到沿轴面的拉力, 这 个力随着设备受力的变化而变化, 它的作用结果使 螺纹的最薄弱处——齿根部即应力集中处产生缺 陷, 这个缺陷一般是与螺栓轴线垂直的横向裂纹。 a. 栽丝型 b. 两端螺母紧固型 图 2　螺栓的坚固方式 1　探伤方法及工艺参数的选择 紧固螺栓螺纹根部产生的裂纹是沿螺栓横断面 发展的横向裂纹, 因此将直探头放在螺栓端面上探 测, 声束刚好与裂纹面垂直, 对发现裂纹很有利, 这 种方法是超声波检测螺栓裂纹的基本方法, 必要时 可采用各种角度斜探头加以验证。 探头频率和晶片直径的选择见 1。 表 1　螺栓直径与探头参数的选择 螺栓直径范围 (mm ) 探测频率选用 (M H z) 晶片直径 (mm ) 小于M 30 5 12 M 36～M 76 5 14 大于M 76 5、2. 5 14 或 20 　　扫描速度的调整通常使螺栓下端面的第一次回 波处于靠近时基线最大刻度处为宜。只要仪器水平 线性符合要求, 扫描速度按一定比例调整好, 根据荧 光屏上缺陷波的水平刻度, 裂纹在工件中的位置不 难判断。 探伤灵敏度的确定略。 2　裂纹波的鉴别 螺栓的裂纹有如下特点: ①波形——因裂面垂直声束, 故裂纹波形清晰、 第 28 卷 第 4 期 2 0 0 4 年 8 月　　　　　　　　　　　　　 无 损 探 伤 N D T 　　　　　　　　　　　　　　 V o l. 28 N o. 4 A ugust. 2004 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 陡直、尖锐。 ②部位——螺纹根部裂纹, 一般出现在接合面 附近一至二道螺纹处; 中心孔裂纹, 一般出现在高温 加热区。　　③声程——从两端面探伤, 裂纹波的声 程之和等于螺栓长度。 ④底波的变化——对于较大的裂纹, 底波明显 的减弱, 甚至消失, 如将扫描速度调慢 (即增大探测 范围) , 还可以看到裂纹的多次反射信号。 ⑤螺纹波的变化——紧靠裂纹波之后的螺纹波 将由于裂纹的遮挡而消失或减弱。 ⑥对于中心孔的裂纹, 可以用斜探头加以核对。 3　假信号的识别 在螺栓探伤中, 除了底波和裂纹波外, 还有其它 一些固有信号、变型波信号及顶针孔造成的杂波等, 有时把它们统称为假信号, 探伤时对此应注意识别。 3. 1　固有信号 它是由螺栓结构所决定的, 在同种规格螺栓探 伤中, 必然都会出现。在刚性螺栓的探伤中, 由于螺 纹与颈部交接处均有退刀槽, 它有时会形成很强的 反射信号, 其位置与产生裂纹的位置很接近。对此种 螺栓, 只从一端检查很难判断是退刀槽反射波还是 退刀槽附近的裂纹反射波, 这时就要分别从两端探 测, 以便复核 (图 3)。 图 3　退刀固有信号 　　对于柔性螺栓是目前普遍使用的一种螺栓颈部 与螺纹之间有一过度圆弧R。端面探伤时, 在荧光屏 上相应位置均会有经 R 过度圆弧反射产生的螺纹 波出现 (图 4)。 图 4　柔性螺栓的固有信号 　　对某些尺寸的螺栓, 有时会出现单从两端探测 的声程之和约等于螺栓长度这种情况, 易误认为是 颈部的缺陷波。这种信号可根据如下几点识别。 ①声程约为探测端螺纹长度加螺栓直径; ②用手指触击法可验证是否为径 R 反射的螺 纹波 (图 4)。 ③若疑为螺栓中心孔裂纹波, 可用斜探头核对。 3. 2　变型波 直探头接近工件侧壁时会在侧壁上产生变型横 波, 这种现象在螺栓探伤中经常出现。探测不带中心 孔螺栓时, 纵波扩散声束射到侧壁将产生变型横波, 经对面螺纹反射后按原路返回, 形成一回波 (图 5)。 在两端螺纹长度相等且细颈较长的螺栓中, 易出现 这种假信号, 从两面探侧时信号出现的位置相同, 这 种变型波信号, 可依据如下特点识别: ①声程近似计算为W = L - a + 1. 53 d 式中　W —变型波的纵波声程 L —螺栓总长度 a—螺栓中螺纹部分总长度 d —螺栓颈部直径 ②用手指触击法可在细颈找到波型转换点; ③整个圆周几乎都有。 图 5　侧壁产生变型波 　　对于带中心孔螺栓, 当探头移近中心孔时, 扩散 声束射在中心孔壁处产生变型波, 再射至螺纹上形 成如图 6 所示的反射波, 这种波的声程有时正好处 在要观察的高温加热区内, 要注意加以区别, 这种变 型波的最大特点一出现就是一丛, 中间高两头低, 几 乎整圈都有。 图 6　中心孔产生的变型波 3. 3　顶针孔造成的杂波 不带中心孔的螺栓一般在端面上钻有顶针孔。 当探头覆盖顶针孔时, 声束指向性变坏, 副瓣变强, 扩散声束射至螺纹会形成反射波, 这种波的波型杂 乱, 离始波较近, 不难识别。 73第 4 期 　　　　　　　　　　代利军: 超声波检测主螺栓裂纹波与假信号识别　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.