omniscan sx/mx2超聲波相控陣檢測在役螺栓內(nèi)部的裂紋缺陷
港口機(jī)械(以下簡稱港機(jī))的主體架構(gòu)是由許多鋼結(jié)構(gòu)件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拼裝而成的,各結(jié)構(gòu)之間通常采用焊接連接或螺栓連接。螺栓連接是一種結(jié)構(gòu)簡單、連接牢靠、拆裝方便的拼接方式,所以在港機(jī)產(chǎn)品中的使用極為廣泛。港機(jī)產(chǎn)品中主要使用高強(qiáng)度六角螺栓連接緊固,這些長期服役的螺栓除了承受復(fù)雜的應(yīng)力作用外,還要承受冷熱潮濕、海鹽侵蝕等自然界的破壞,容易產(chǎn)生疲勞裂紋而斷裂。港機(jī)螺栓的失效斷裂形式主要有兩種:螺紋根部裂紋和螺頭R角裂紋。
螺栓一旦發(fā)生疲勞斷裂,輕者會(huì)致使設(shè)備中斷生產(chǎn)或效率降低,重者會(huì)引發(fā)安全責(zé)任事故,因此定期對(duì)在役螺栓實(shí)施檢測尤為重要。以往對(duì)在役螺栓的檢測,通常的做法是將螺栓拆卸下來,再進(jìn)行熒光磁粉檢測。但是港機(jī)產(chǎn)品的垂直高度一般在20~80 m,且螺栓分布范圍廣,故這種情況下工作量大,拆卸困難,且檢測周期長、效率低。
針對(duì)港機(jī)在役螺栓出現(xiàn)的螺紋根部裂紋、螺頭R角裂紋等缺陷,在不拆卸螺栓的情況下,上海振華重工集團(tuán)(南通)傳動(dòng)機(jī)械有限公司的技術(shù)人員采用相控陣超聲技術(shù)在螺栓的兩端面實(shí)施檢測,利用扇形掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)了聲場對(duì)螺栓的全部覆蓋,同時(shí)結(jié)合聲束聚焦、波形成像等技術(shù),較好地檢測出了在役螺栓缺陷。
(一)螺栓相控陣超聲檢測特點(diǎn)-上海玖橫儀器有限公司
螺栓是一種細(xì)棒形零件,采用常規(guī)超聲方法檢測時(shí),螺紋結(jié)構(gòu)、側(cè)壁對(duì)聲波的反射會(huì)產(chǎn)生干擾波和變形波,從而影響缺陷波的識(shí)別,且縱波直探頭角度單一,容易造成漏檢。
相控陣超聲成像檢測技術(shù)可利用扇形聲束掃描確保聲場對(duì)螺栓的全部覆蓋,采用多角度掃查更利于發(fā)現(xiàn)缺陷,還能通過改變聚焦深度提高檢測區(qū)域的分辨力及信噪比,并且通過圖像顯示和波形顯示相結(jié)合的方式,能更好地辨別缺陷波和干擾波。
(二)檢測儀器、探頭及參數(shù)設(shè)置-上海玖橫儀器有限公司
試驗(yàn)設(shè)備采用OmniScan MX2相控陣儀器。探頭選用5L32一維線性陣列探頭,其間距為0.6 mm,晶片高度為10 mm。參數(shù)設(shè)置如下:采用縱波扇形掃描,扇形角度范圍和激發(fā)晶片的數(shù)量可根據(jù)螺栓規(guī)格調(diào)整,角度步進(jìn)為0.5°,掃描布局為A+S(一組或多組)。作為初始掃查,可將聚焦深度設(shè)置在易出現(xiàn)裂紋的螺紋區(qū)域,當(dāng)某個(gè)部位出現(xiàn)缺陷反射波時(shí),再將聚焦深度調(diào)整于缺陷所在位置。
(三)探頭零點(diǎn)、聲速及靈敏度校準(zhǔn)-上海玖橫儀器有限公司
校準(zhǔn)試塊采用與被檢件材料相同的螺栓加工而成,推薦尺寸(直徑×長度)為30 mm×100 mm。探頭從端面入射,在A掃顯示中找到長度100 mm底面的一次和第二次高反射回波,來調(diào)整探頭零點(diǎn)及聲速。
靈敏度調(diào)整可采用與螺栓材料相同的Ф1 mm平底孔試塊進(jìn)行,再增加4~16 dB作為初始掃查靈敏度;亦可采用螺紋面反射波法或底波調(diào)節(jié)法。
(四)探頭位置及掃查方式-上海玖橫儀器有限公司
通常將探頭放置在螺栓的兩個(gè)端面上實(shí)施檢測。初始掃查時(shí),探頭沿徑向前后移動(dòng)的同時(shí),也進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃查。
圖1 探頭的放置位置示意(位置1和位置2)
(五)缺陷的判定與分析-上海玖橫儀器有限公司
01螺紋根部裂紋的判定與分析
以檢測M30×139 mm六角螺栓為例,當(dāng)聲束入射到無缺陷的螺栓時(shí),由于螺栓結(jié)構(gòu)特點(diǎn),反射回波及影像較為復(fù)雜,可一一判定其特性。
圖2 無缺陷螺栓的反射波和影像
螺紋的反射波就像是許多個(gè)端角形成的反射波,在S顯示中較為清晰、排列規(guī)則整齊,反射波波幅隨著聲程的增加逐漸降低,影像從上而下、由深到淺、各自獨(dú)立。將角度光標(biāo)對(duì)準(zhǔn)螺紋反射波影像,由于在A掃描顯示中只能顯示一個(gè)角度聲束,可見各反射波的組合猶如一座“山丘”,相鄰反射波波幅相差較小。旋轉(zhuǎn)探頭時(shí),螺紋面的反射波影像和波形只是隨著螺紋的旋向在聲程上發(fā)生變化,反射波的排列規(guī)則不會(huì)被打亂。干擾波、底波顯示位置固定,定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)探頭時(shí),其波形影像相同。
圖3 含齒根裂紋的M30×139 mm螺栓
上圖所示為在役檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋的螺栓,探頭在位置1處進(jìn)行檢測,聲束從螺栓頭部入射至螺紋根部裂紋處,得到的反射波形和影像如圖4所示??梢娪捎邶X根裂紋的產(chǎn)生增加了端角反射面積,缺陷的反射回波幅度比螺紋反射波的要高,將A顯示中“山丘”狀排列的螺紋波破壞;在S顯示中,裂紋圖像顏色深于螺紋反射波的顏色,裂紋波介于兩牙的反射波之間。利用光標(biāo)定位,缺陷深度顯示為85 mm。
圖4 螺紋根部裂紋反射波形和影像(位置1)
將探頭擺放在位置2處進(jìn)行檢測,聲束從螺栓底部入射到根部裂紋處,得到的反射波形和影像如圖5所示??梢娫贏顯示中,裂紋波波幅較大,波形尖銳陡直;在S顯示中,裂紋之后的螺紋反射面被裂紋遮蓋,螺紋影像消失或減弱;無裂紋側(cè)的螺紋波影像則顯示完整、各自獨(dú)立。利用光標(biāo)定位,裂紋深度顯示為54 mm,與位置1處的檢測深度重合。
圖5 螺紋根部裂紋反射波形和影像(位置2)
02螺頭R角裂紋的判定與分析-上海玖橫儀器有限公司
以M27×137 mm六角螺栓為例,將探頭放置在位置1處對(duì)其進(jìn)行檢測,前后徑向移動(dòng)探頭,利用扇形聲束的特點(diǎn),將兩側(cè)R角反射波同時(shí)顯示在S顯示中。螺栓經(jīng)機(jī)加工制成,R角圓弧反射面光滑,旋轉(zhuǎn)探頭檢測時(shí),無缺陷的R角反射波波形和影像相同,如圖6所示。在其A顯示中,R角反射回波竄動(dòng)較小,波峰單一,深度顯示固定。利用光標(biāo)定位,R角顯示深度為17 mm。
圖6 S顯示中無缺陷的R角反射波影像
圖7 含R角裂紋的M27×137 mm螺栓
上圖所示為含R角裂紋的螺栓,聲束從螺頭入射至R角及裂紋處,其S顯示中R角裂紋反射波影像如圖8所示??梢妶D8中合格R角影像與圖6中的影像基本相同,而裂紋的產(chǎn)生增大了R角區(qū)域的反射面積,形成了更有利于探頭接收的反射回波,且裂紋表面一般較毛糙,所以裂紋波形影像發(fā)生明顯畸變,經(jīng)光標(biāo)定位得到裂紋深度為18.5 mm。在A顯示中裂紋波形呈多峰狀,旋轉(zhuǎn)探頭時(shí)回波竄動(dòng)較大。
圖8 S顯示中R角裂紋反射波影像
將探頭放置在位置2處進(jìn)行檢測,聲束入射到無缺陷R角區(qū)域時(shí),螺栓自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得R角反射回波無法形成,如圖9(a)所示,可見S顯示中合格R角處無反射影像;當(dāng)R角存在裂紋后,斜聲束入射到缺陷處,裂紋與螺桿在結(jié)構(gòu)上形成了有利于探頭接收反射回波的端角,R角區(qū)域有缺陷反射回波影像,如圖9(b)所示,缺陷深度顯示為118.5 mm。對(duì)其進(jìn)行兩頭檢測后,得到的裂紋深度位置重合。-上海玖橫儀器有限公司
圖9 R角無缺陷影像和有缺陷影像對(duì)比
結(jié)語
螺栓是經(jīng)機(jī)加工而成的標(biāo)準(zhǔn)件,同種規(guī)格的螺栓直徑、導(dǎo)程角、螺距等尺寸參數(shù)都相同。在役檢測前,可對(duì)同規(guī)格的無缺陷螺栓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析,用于在役檢測時(shí)的輔助對(duì)比,可提升檢測速度,避免發(fā)生誤判、漏判。檢測過程中,通過徑向移動(dòng)和定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)探頭,并結(jié)合多角度聲束檢測,使得裂紋處形成更利于探頭接收的反射回波。檢測后,通過觀察A掃描波形及S顯示圖像,可對(duì)缺陷的回波及影像特點(diǎn)進(jìn)行綜合判定與分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,利用相控陣超聲檢測技術(shù),定期對(duì)港機(jī)在役螺栓實(shí)施檢測,對(duì)發(fā)現(xiàn)安全隱患和提高檢測效率有較大的幫助。
上海玖橫儀器有限公司是一家專業(yè)從事儀器儀表研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及服務(wù)的企業(yè)。超聲波探傷儀:(EPOCH 600超聲探傷儀、EPOCH 6LT超聲探傷儀、EPOCH 650超聲探傷儀、EPOCH 1000超聲探傷儀、USM 36超聲探傷儀、USN 60超聲探傷儀、USM go+超聲探傷儀、Ominscan SX相控陣探傷儀、OmniScan MX2相控陣TOFD探傷儀,新款OmniScan MX3全聚焦相控陣超聲波探傷儀);超聲波測厚儀:(27MG超聲波測厚儀、45MG超聲波測厚儀、38DL PLUS超聲波測厚儀、DM5E超聲波測厚儀、CL5超聲波測厚儀、MAGNA-MIKE 8600霍爾效應(yīng)測厚儀,ETG-100電磁高溫測厚儀);超聲波探頭;定制相控陣探頭;渦流探傷儀:(NORTEC 600渦流探傷儀);硬度計(jì);DR平板探測器:1313DX ,1515DXT-I ,2520DX ,2530HE,4343HE, Dexela 1207 ,Dexela 1313 ,Dexela 2121S ,Dexela CMOS平板探測器 ,XRD 0822 ,XRD 1611 ,XRD 1621 ,XRD 4343RF ,XRD 3025 ,XRpad 4336 ,XRpad 4343 F ,XRpad2 3025 ,XRpad2 4336。內(nèi)窺鏡:(IPLEX NX奧林巴斯內(nèi)窺鏡、IPLEX GX/GT奧林巴斯內(nèi)窺鏡、IPLEX G Lite奧林巴斯內(nèi)窺鏡、IPLEX TX奧林巴斯內(nèi)窺鏡、IPLEX YS奧林巴斯內(nèi)窺鏡、XLGo+工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡GE、XL Detect+工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡GE新款、UVin專業(yè)紫外視頻內(nèi)窺鏡、);脈沖發(fā)生器:(DRP300替代奧林巴斯的5072PR,5073PR);合金分析儀:(Vanta奧林巴斯手持式合金分析儀、DELTA Professional手持式合金分析儀奧林巴斯、DELTA Element手持式合金分析儀奧林巴斯)等儀器儀表
OLYMPUS手動(dòng)雙軸掃查器GLIDER滑動(dòng)超聲PAUTOLYMPUS超聲探掃查器配件CFU耦合劑注入裝置OLYMPUS超聲探頭掃查器配件彈性體耦合劑TomoView強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理軟件超聲探傷COBRA超聲波小管徑掃查架探傷FOCUS PX / PC / SDK超聲波探傷儀系統(tǒng)奧林巴斯DGS超聲波相控陣探頭和MXU軟件OmniScan MX3相控陣超聲波探傷儀產(chǎn)品資料OmniScan MX3/mx2相控陣超聲波探傷儀新款OLYMPUS奧林巴斯相控陣探傷儀TFM全聚焦超聲波探傷儀檢測玻璃纖維分層和開裂焊縫探傷檢測和腐蝕成像SteerROVER掃查器UT新款OLYMPUS手持式超聲波探傷儀價(jià)格OLYMPUS奧林巴斯相控陣探傷儀TOFD/PA奧林巴斯便攜式超聲波探傷儀升級(jí)相控陣新款?yuàn)W林巴斯手持式超聲波探傷儀使用方法奧林巴斯便攜式超聲波探傷儀價(jià)格便攜式超聲波相控陣探傷儀檢測管道內(nèi)部腐蝕便攜式超聲波相控陣探傷儀說明書5DL16-12X5-A25-P-2.5雙線性陣列超聲波探頭
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產(chǎn)品型號(hào):EPOCH 650詳細(xì)摘要:omniscanSX/MX2/MX3超聲波相控陣探傷儀PA,焊縫探傷檢測和腐蝕成像SteerROVER掃查器UT,壓力容器和箱罐,掃查器的這種操控自如的性能非常有用。掃查器經(jīng)過配置后,借助一種電動(dòng)光柵臂可以完成腐蝕成像操作,還可以借助一種支撐探頭托架的支架,對(duì)(縱向和環(huán)向)
產(chǎn)品型號(hào):omniscan SX/MX2/MX3詳細(xì)摘要:EPOCH6LS新款OLYMPUS手持式超聲波探傷儀價(jià)格,符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)要求的EPOCH6LS探傷儀可使檢測人員單手操作,快速完成整個(gè)檢測應(yīng)用。簡化的菜單結(jié)構(gòu)和自動(dòng)80(AUTO80)增益調(diào)整功能有助于快速完成材料和角度的校準(zhǔn)操作,并創(chuàng)建符合N/BT47013.3-2015標(biāo)準(zhǔn)的DAC
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