一种夹杂物的超声检测工艺研究

一种夹杂物的超声检测工艺研究

韩建文

（江苏科维仪表控制工程有限公司，江苏 盐城，224051）

摘要：通过对针型截止阀机加工后，密封面发现的线状缺陷的分析，对超声检测工艺进行改进，增加了对此类缺陷的检出能力。并采取一定的措施，防止了该类缺陷出现在密封面等关键部位。

关键词：针型截止阀  超声检测  夹杂物

一、概述

在民用核安全设备中，阀门是应用广泛的重要部件。阀门密封面作为阀门的核心部分，它具有重要的密封功能，在关闭状态下阻止介质泄漏或反向流动。

二、背景

该型号针型截止阀常用304不锈钢方棒做为阀体材料，尺寸32*32，材料在进厂验收过程中已经超声检测满足验收标准：NB/T20003.2-2021 Ⅱ级要求。在机加工过程中发现有线状缺陷，长度3mm，方向平行与材料长度方向。虽然该缺陷超声检测符合NB/T20003.2-2021 Ⅱ级要求，但缺陷位置处于阀门密封部位，将影响阀门密封性能及使用寿命。

图1.机加工发现的缺陷

三、缺陷分析

1.渗透检测：对缺陷部位进行渗透检测，可以得到明显显示，红色显示并未向外扩散太多，初步判断该缺陷深度不大。

2.金相观察：在金相显微镜下缺陷没有典型的裂纹特征，初步判断夹杂物。

3.扫描电子显微镜分析：经过扫描电子显微镜对缺陷部位进行分析，缺陷主要成分为碳、氧、钙、钛、硅等氧化物。

表1.缺陷处扫描电镜成分分析

综合分析：经过以上3种方法的分析，可以确定该缺陷是材料中的夹杂物在轧制过程中形成的发纹。

四、缺陷在超声检测时未发现原因分析

1.缺陷形状的影响：缺陷长度小，宽度窄，检验中呈点状缺陷特征，波幅不高。

2.被检工件本身影响：被检材料为32*32mm方钢，由于始脉冲盲区和探头近场区对厚度较小的工件检测效果并不好。

3.超声检测本身局限性的影响：由于波的绕射，使超声检测灵敏度约为λ/2，因此比λ/2小的缺陷检出困难。

4.验收标准的影响：验收标准要求记录≥Ø3mm当量平底孔直径缺陷。虽然<Ø3mm当量平底孔直径的缺陷，在材料中是合格的，但是一旦出现在阀门密封面等关键部位也是不允许的。

五、超声检测工艺分析及改进

1.提高扫查灵敏度

适当提高扫查灵敏度可以提高小缺陷的检出率。

用Ø1mm平底孔TCG曲线满屏80%作为扫查灵敏度。如果用Ø2mm、Ø3mm做为扫查灵敏度Ø1mm大小的缺陷很容易漏检。

2.提高探头频率

增加频率可以增加小缺陷的检出能力，2MHZ直探头最小可检尺寸为λ/2为1.5mm，4MHZ直探头最小可检尺寸约为λ/2为0.8mm。

3.更换探头焦距

双晶探头焦距设置在超声检测重点区域，可以提高该区域灵敏度，阀体关键区域密封面离被检表面15mm，将关键表面处于聚焦区域有助于提高灵敏度。

在Ø1mm平底孔试块上对比现有3个型号探头：2P7*18F30-E、4P6*20F12-E、4P6*20F25-E探头对15mm深度小缺陷的灵敏度对比，结果显示 4P6*20F12-E > 4P6*20F25-E>2P7*18F30-E。

4、分区检测

双晶探头声束汇聚区灵敏度高，在声束汇聚区外灵敏度迅速下降。用4P6*20F12-E、4P6*20F25-E制作的灵敏度曲线分区0-20mm、15-32mm检测，可以在全厚度范围内有较好的灵敏度。

5、增加检测面

方钢下料后，4个长面均可以作为阀体上部，无法确认具体密封面的位置。原来只从2个互相垂直的方向进行检测，现将检测面增加为长度方向4个面均进行检测，提高缺陷的检出率。

六、工艺验证

1.首先根据作业指导书要求选择仪器，探头，试块，做满足标准要求的距离波幅曲线，将最大声程处的最高回波高度调至满屏幕的20%，使噪声信号达到调至满屏幕的20%，证灵敏度和信噪比满足检验要求，工艺验证完成。

2.用改进后的工艺验证实际缺陷的检测效果，在被检工件中发现了缺陷波，信号呈点状缺陷特征，深度15mm，当量Ø1mm-2dB。

图2.缺陷波形图

七、综述

本文描述的是对一种超声检测合格，实际应用不允许的小缺陷的超声检测工艺改进，通过适当提高超声检测灵敏度、改变增加探头、分区检测、增加检测面手段增加了对此类缺陷的检出。

参考文献

【1】郑晖, 林树青. 《超声检测》.[第2版], 中国劳动社会保障出版社, 2008

【2】NB/T47013.3-2015 承压设备无损检测 第3部分：超声检测

【3】NBT20003.2-2021核电厂核岛机械设备无损检测 第2部分：超声检测