不同類型超聲探傷儀在熱軋紫銅板中的應(yīng)用比較

來源：網(wǎng)絡(luò)
發(fā)布日期：2023-01-13 11:04
導(dǎo)讀

銅及銅合金產(chǎn)品因其優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐腐蝕性能而廣泛應(yīng)用于航天、航空、核電、船舶、艦艇、海水淡化、冶金等許多重要的工業(yè)部門，這些行業(yè)對(duì)銅材內(nèi)部質(zhì)量要求越來越高，要求生產(chǎn)企業(yè)必須對(duì)銅材進(jìn)行100%超聲波探傷,合格產(chǎn)品方可出廠。

近年來，掀起了新一輪投資高潮，國內(nèi)外大型鋼鐵集團(tuán)無一例外地選擇熱軋紫銅板代替原有的鑄鐵板作為冶煉高爐的冷卻壁。

與鑄鐵相比，紫銅的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能是鑄鐵的10多倍，而使用壽命是鑄鐵的3倍多，因而被廣泛地用于高爐的冷卻壁。

由于紫銅在熔鑄時(shí)易生成粗大的柱狀晶,在隨后的熱軋過程中，這種粗大的晶粒很難消除一直保持在最終的成品內(nèi)，加上紫銅本身存在的豁滯性，從而造成超聲波的散射和鉆滯吸收衰減特別大，嚴(yán)重影響了超聲波的探傷結(jié)果。

筆者利用國內(nèi)外不同類型的超聲波探傷儀對(duì)不同厚度的熱軋紫銅板進(jìn)行了多年的探傷試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明國產(chǎn)和進(jìn)口的數(shù)字式儀器與模擬儀器以及數(shù)字式儀器之間對(duì)不同厚度的紫銅板探傷有著明顯不同的檢測結(jié)果。

本文通過國內(nèi)外不同類型的超聲波探傷儀在熱軋紫銅板的應(yīng)用比較，以其探索出更好地適用于熱軋紫銅板探傷的儀器和方法，并為儀器的進(jìn)一步開發(fā)提供一些有益的參考數(shù)據(jù)。

1.熱軋紫銅板組織結(jié)構(gòu)特性

用于高爐冷卻壁的熱軋紫銅板牌號(hào)為TuZ，通常澆鑄出厚度為2朽一295~的錠坯，然后在熱軋機(jī)上直接軋出成品，根據(jù)不同用戶的要求，板材厚度一般為50一210~。


由于紫銅的結(jié)晶范圍很窄，在熔鑄時(shí)易生成粗大的柱狀晶(如圖1所示)，這種粗大的晶粒在隨后的熱軋過程中很難消除，最終保持在熱軋紫銅板內(nèi)形成粗大晶粒，有的晶粒直徑達(dá)到毫米級(jí)(如圖2所示)，這種粗大的組織對(duì)超聲波具有強(qiáng)烈的散射作用，另外紫銅本身存在勃滯性，對(duì)超聲波具有強(qiáng)烈的衰減作用，由于上述組織結(jié)構(gòu)的特殊性,使其超聲波檢測存在很多技術(shù)上的難點(diǎn)。

2.儀器應(yīng)用比較

對(duì)于不同厚度的熱軋紫銅板，由于變形量不同，致使鑄造組織的破碎程度不一樣，其組織晶粒大小不同，對(duì)超聲波的散射程度也不一樣，同樣不同厚度的熱軋紫銅板其豁滯吸收程度也一樣。

通過大量的試驗(yàn)證明，在厚度小于70mm時(shí)，對(duì)超聲波衰減影響最大的是材料晶粒大小，厚度在70一140mm之間，主要是鉆滯吸收的影響，厚度大于140mm時(shí)，晶粒大小和勃滯吸收雙重影響檢測結(jié)果。

為此，我們按三個(gè)厚度區(qū)間對(duì)超聲波探傷儀進(jìn)行了應(yīng)用比較試驗(yàn)。

1.厚度小于70~時(shí)的應(yīng)用

采用上述試驗(yàn)儀器匹配頻率為1.25MHz、2.5MHz和5MHz直探頭,分別對(duì)厚度為50mm、60~、70~的熱軋紫銅板以正常靈敏度進(jìn)行探傷試驗(yàn)，結(jié)果表明國產(chǎn)的和進(jìn)口的超聲波探傷無論是數(shù)字式還是模擬的都能準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)板材內(nèi)部缺陷,且再現(xiàn)性較好。

對(duì)于厚度小于70~的熱軋紫銅板探傷,選擇目前市場上常用的任何一種型號(hào)的超聲波探傷儀均能滿足板材探傷的要求。

2.厚度在70一140mrn之間

同樣采用上述試驗(yàn)儀器匹配頻率為1.25MHz、.25MHz和5MHz直探頭,分別對(duì)厚度為80~、100~、120~、140~的熱軋紫銅板以正常靈敏度進(jìn)行探傷試驗(yàn),結(jié)果表明:

(1)所有儀器匹配頻率為5MHz的直探頭探傷時(shí)，由于超聲波衰減嚴(yán)重,靈敏度提高到最大時(shí)，只有一次底波出現(xiàn),且噪聲幅度超過80%滿屏，因此對(duì)厚度80~以上的熱軋紫銅板不可探。

(2)國產(chǎn)和進(jìn)口的模擬儀器以及進(jìn)口數(shù)字式儀器匹配頻率為1.25MHz和2.5MHz的直探頭，均能準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)板材內(nèi)部缺陷，且再現(xiàn)性較好。

但國產(chǎn)數(shù)字式儀器匹配頻率為2.5MHz的直探頭用正常靈敏度只能對(duì)厚度為80~和100~的銅板進(jìn)行探傷，而探測厚度120mm和140~的熱軋紫銅板時(shí)，噪聲太大，無法實(shí)施探傷；

匹配頻率為1.25MHz的直探頭用正常靈敏度探傷時(shí)，對(duì)于厚度為140~的熱軋紫銅板，同樣無法實(shí)施探傷。

3.厚度大于140~時(shí)的應(yīng)用

用上述試驗(yàn)儀器匹配頻率為1.25MHz、2.5MHz和5MHz直探頭,分別對(duì)厚度為160mm、180~、200~、210mm的熱軋紫銅板進(jìn)行探傷試驗(yàn)，所有有儀器在正常靈敏度下均只能顯示一次底波，噪聲太大，無法實(shí)施探傷。

改用頻率為1MHz和0.5MHz的直探頭后，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)模擬探傷儀與1MHz和0.5MHz頻率根本不匹配，國產(chǎn)數(shù)字式探傷儀與-05MHz頻率不匹配，匹配頻率為IMHz的直探頭可以對(duì)厚度為160mm的熱軋紫銅板進(jìn)行探傷，厚度大于160mm時(shí)無法實(shí)施探傷。

進(jìn)口模擬探傷儀同樣與1MHz和0.5MHz頻率不匹配，但進(jìn)口數(shù)字式探傷儀能較好地匹配1MHz和0.5MHz頻率的直探頭，采用1MH瀕率的直探頭，以正常靈敏度調(diào)整，能檢測厚度200~以上的熱軋紫銅板。

3.結(jié)束語

(1)厚度小于70mm的熱軋紫銅板，組織晶粒大小和紫銅的豁滯性對(duì)超聲波檢測結(jié)果影響不大，采用國產(chǎn)的或進(jìn)口的儀器，無論是模擬還是數(shù)字式探傷儀，均能較好地實(shí)施探傷。

(2)厚度在70-140~的熱軋紫銅板，最好采用國產(chǎn)和進(jìn)口模擬探傷儀或進(jìn)口數(shù)字式探傷儀進(jìn)行探傷。

(3)厚度大于140~的熱軋紫銅板，目前只能用進(jìn)口的數(shù)字式探傷儀實(shí)施探傷，且探傷頻率應(yīng)為IMHz。

(4)國產(chǎn)數(shù)字式超聲波探傷儀匹配頻率1MHz和0.5MHz的探頭探傷效果明顯不如進(jìn)口數(shù)字式探傷儀。

(5)國產(chǎn)數(shù)字式超聲波探傷儀在靈敏度提高到85%(也就是增益提高到ssdB以上)時(shí)，噪聲普遍較進(jìn)口儀器大得多，這是國產(chǎn)數(shù)字式儀器廠家急需解決的一個(gè)問題。

(6)如何更好地匹配更低的超聲波頻率(頻率低于0.5MHz)進(jìn)行超聲波探傷也是儀器廠家和探傷工作者解決的一個(gè)問題。
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