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luolang1314的個人空間

這家伙很懶,什么都沒寫...

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學習筆記之一:手工超聲裂紋判定的探討

熱度 70已有 3357 次閱讀2017-8-27 13:21 |個人分類:討論| 超聲檢測, 裂紋評定

以下拿一個案例來講開去:案例為探傷工之家2015-08-23 一篇舊文。

急劇陡峭的波形實例分析

設備材質為碳鋼,厚度為16mm,超聲儀器為漢威超聲儀,探頭 參數為K=2.02.5MHZ。如圖所示,缺陷波高出DAC曲線達到50%,且圖中探頭位置為缺陷波最大波幅的位置,最大波幅位置深度大約在14~15mm左右。首先該波形確定是缺陷波,它處于始波和底波之間,是一個比較典型的缺陷波,該波形第一感覺判斷很有可能是裂紋,由于波幅較高,且伴隨有多個波峰,(這種裂紋波形描述,主要來源于課本上),實際檢測中,要先對缺陷波進一步的分析才能給出相對比較接近實際缺陷的描述。

建議采用以下幾種方法對缺陷波進行進一步的驗證再給出定性,(1)建議找到缺陷波的最高波幅的位置,然后把探頭往前后的位置緩慢移動,如果波幅持續一段高度后才下降,那么該缺陷波很有可能是裂紋因為裂紋存在自身高度,所以在一定的范圍內波高變化不會發生驟變,變化有個中間過程;(2)如果往前后移動探頭波幅發生驟變,波幅突然下降,那么該缺陷就裂紋的可能性較小;(3)另外還要依靠缺陷的位置來幫助確認缺陷的性質,就本文來說,如果該缺陷是緊貼著翼板的話,那么該缺陷就是裂紋的可能性也很小;(4)如果缺陷的位置在根部焊縫的中間位置,有可能是根部打底裂紋或根部未焊透;(5)如果主探頭采用的是45度的話,那么采用60度、70度的探頭分別掃查一下,進行綜合評定

最后,就本圖現有的信息進行判斷,該缺陷位置處于緊貼翼板的位置,該缺陷是裂紋的可能性比較小,最大可能是根部的未焊透。實際探傷中可以通過456070度兩個探頭來進行綜合評定。


上面紅色文字部分,是值得商錐的內容。下面談談一些關于手工超聲裂紋評定方面的個人認識。

裂紋存在自身高度,這個說法還是比較靠譜的。無論是層間小裂紋,還是貫穿幾個或數個焊縫焊道之間的大裂紋,都有一定高度。而且,除表面裂紋之外,裂紋高度方向的延伸,對設備來講往往是致命的,是失效的危險信號之一。裂紋沿長度方向開裂,并不是沒有危害,只不過,裂紋一旦開始了厚度方向生長,則開裂速度就會很快。焊縫長度方向延伸開裂速度有時候是比較緩慢的。一些外國文獻當中,提到過,一些特殊設備(因結構或工藝原因,一旦有了裂紋,不容易返修或返修使得該工件不可控風險更大),帶著長度方向裂紋,都可以監控使用的。筆者曾經參與鍋檢所在對一些有色材質罐體進行聲發射檢測時,人工預埋裂紋縱向裂紋,在水壓加載甚至過載情況下,裂紋幾乎不擴展。故很多缺陷,包括一些裂紋缺陷,可能是靜態缺陷,本身不會擴展,或者擴展速度非常緩慢。但令人害怕的是疲勞裂紋,一旦出現,裂紋擴展速度一般比較快。而疲勞裂紋一般是從結構不連續的表面開始產生,向厚度方向逐漸擴展。實際壓力容器制造過程中,大部分裂紋為焊接熱裂紋和冷裂紋。冷裂紋的危害遠遠高過熱裂紋,而且通常先從表面上開始出現。故外表面表面檢測在壓力容器制造過程中實際上非常重要。

超聲檢測的對象大部分為焊接熱裂紋。也可以檢出少部分冷裂紋。而熱裂紋,排除焊工違反焊接工藝的情況下,偶然因素產生的熱裂紋,其實危害性遠沒有標準規范講的那么嚴重。不過,標準既然這么規定,我們操作者,嚴格執行檢測標準就是。

但手工超聲是很難測定缺陷的自身高度的。雖然標準附錄里有裂紋高度的測試方法。實際掌握這種復雜操作方法的人,非常少。而且由于自然裂紋缺陷特征千差萬別,這種操作方法能夠適用的案例,必然少之又少。特別是TOFD技術出現之后,測定缺陷高度的方法,用TOFD代替,將更為精確一些。在這里,要講兩種情況,第一種,缺陷(裂紋)自身高度小于探頭縱向聲束6dB寬度垂直分量的;以及缺陷自身高度大于探頭縱向聲束6dB寬度垂直分量的。

(手工超聲測定缺陷自身高度,需要弄清幾個概念。而這幾個概念很容易讓人繞暈。教材提到過探頭縱向分辨力和橫向分辨力的概念,那個縱向分辨力不容易理解,而且極限分辨力是否為波長一半,筆者之前寫過一些文章進行分析),教材附錄當中,測定缺陷自身高度的方法(非衍射法,衍射法用TOFD更加合適一些),實際上有一個前提,那就是上面講的兩種情況當中的第二種情況,即缺陷自身高度大于斜探頭縱向聲束6dB垂直分量的。

雖然這個名詞比較長,不好記,但是它是比較容易測定的一個聲束分量的。不一定要記得它的名稱,但是會用就可以:首先拿一個斜探頭在做好前期調節、校準之后,找到CSK-2A試塊任一反射體,前后移動探頭,使得最高波降為一半,前后移動的距離,即為斜探頭聲束寬度水平分量,如果是45度斜探頭,則垂直分量和水平分量大致相當。可以多選幾個不同深度反射體,測量出聲束全聲稱水平分量,使得不同深度缺陷測高更為準確些。

如果是63度斜探頭,則垂直分量和水平分量大致滿足如下關系:

L垂直  / L水平=TAN (β-β)TAN (β)   β為斜探頭折射角

由上述公式可以看出,63度探頭測試缺陷高度時,會使得L垂直變大,測量誤差也會隨之增加。故推薦用45度探頭進行測高,會更加可靠一些。

對于缺陷高度小于探頭聲束寬度垂直分量,實際上無法對測試缺陷高度進行測量,而實際檢測中,以這種情況居多。故而網文當中這一段表述,實際操作起來,還是有很大難度的。一些層間小裂紋會不滿足自身高度可測的要求。而這些裂紋,通常彌散分布,危害性一點不比大裂紋小。即我們通常認為大裂紋危害性遠遠大于小裂紋。實際上很多情況下,小裂紋個頭雖小,但是數量不少,而且容易漏檢,導致設備失效。特別是介質有腐蝕傾向的工況,更是如此。

實際檢測當中,根據缺陷位置確定缺陷信息,非常有效,而且比較可靠。因為,從缺陷的位置,結合材料性能(可焊性以及常見缺陷)焊接坡口,焊接工藝等信息,可以初步鎖定缺陷的定性方向。而且,這個對于操作人員,是比較容易重復再現的方法。不過,操作人員(檢測人員)一般缺乏材料和焊接方面的知識,所以這種方法用得不多。

采用多探頭進行比較,對于判定缺陷是面狀還是體積狀,還是非常有效的。不過,對應的評定依據,按歐標比較規范。即從缺陷兩側波高差,不同角度探頭回波高度差,不同波型回波高度差幾個方面進行定量判定,對于缺陷定性是非常有利的(兩側和不同角度有9dB差;縱波和橫波有14dB差)。

只是,要注意,歐標都是在Φ3側孔下做出的評定,而國標試塊采用的Φ2側孔,這會帶來一些細微的差別。但這種反射體引起差別實際上并不是主要因素。如果考慮到進口探頭和國產探頭性能方面的因素,歐標評定依據適當放寬±2dB,評定的可靠性是可以預期的。

 

小結:對于手工超聲裂紋評定方法,原則上要求有能力的情況下進行評定。特別是對歐標裂紋評定有所了解的操作人員,可以參照歐標執行。而國標在缺陷評定當中,實際上要求操作人員對缺陷定性分析的,但是未提供定性分析評定的流程和方法要求。ASME手工超聲當中,只要求對缺陷進行分類,分為面積類和體積類,這降低了缺陷進一步定性(如裂紋和非裂紋)難度(TOFD用于壓力容器,則只需要分為表面缺陷或內部缺陷,用于鍋爐,則又要求分為面積類和體積類)。歐標延續了ASME這種思路,但在面積類和體積類當中,又引入評定流程和判定依據,有很大的進步。不管是哪一個標準,都沒有明確提出要對缺陷定性到裂紋和非裂紋的要求,但是字里行間,卻又暗示你需要進一步對缺陷進行區分--裂紋和非裂紋或危害和非危害的區分。實際制造過程中,制造廠和焊接工人也有對操作人員進一步評定的要求。所以,操作人員通常陷入左右為難的局面。

比較嚴謹的做法,按標準明面上的要求,對缺陷進行評定即可。一般不用對缺陷進一步判定為裂紋或非裂紋。但是在實際檢測過程中,要對裂紋缺陷的靜動態波形(手工超聲其實還是有很多應用,比如動態波形采集、生成B掃、D掃圖譜形成對比等等)、缺陷解剖情況,材料裂紋傾向性,焊接工藝及焊接坡口,焊接規范性進行必要的收集,提高個人評定經驗。

目前為止,對缺陷定性(裂紋或非裂紋)明確可靠的檢測方法是射線檢測。其它檢測均只劃類。為了避免不必要的爭論,所以檢測人員更應該關心缺陷需要記錄的尺寸信息以及缺陷分類情況。如果不是有足夠的判定依據或豐富的經驗,還是不必要在缺陷定性方面耗費太多時間。盡量不爭論,積累數據,多觀察返修,或采用多種方法互相驗證為好。

不管是TOFD還是相控陣,手工超聲技術,對裂紋的判定,可靠度都不如射線檢測。而且,實際缺陷千差萬別,試圖找到裂紋的靜態波形特征,可能是一件徒勞的事情。

雖然如此,但是這也不是講,我們放棄對裂紋評定的努力。比如在波形上有裂紋波形容易分叉(裂紋自身高度小于聲束6dB寬度垂直分量的情況下),在位置上可以結合材料開裂傾向、焊接坡口、焊接工藝等進行綜合評定,在缺陷射頻波形、頻譜上,可以展開研究,在材料聲學性能上,可以對裂紋缺陷展開研究等等。

標準只需要判定合不合格,但是一旦判定為裂紋,將直接評為不合格。很多操作人員都是猜缺陷是否為裂紋。這很正常。猜對了八九次,人家不會說你評的準。猜錯一次,別人就會懷疑你的水平。所以那些真正的高手,都是善于綜合各種信息,在裂紋評定上,回避裂紋這個字眼,比如他們在表面檢測上會在報告上講線形指示,在超聲檢測當中會講長度超標等等。所以,實際評定裂紋與非裂紋,不必過于糾結。口頭上可以說說,超聲書面報告里盡量少評裂紋。

對于我等檢測人員來講,發現一條裂紋,而且經過解剖驗證了結果的準確性,那無疑是比吃了蜜糖還甜。萬一,誤判了一條裂紋,便無精打采,失望透頂。其實大可不必這樣,只有放棄對裂紋的評定,我們才會回到無損檢測和規范的正確道路上來。普通裂紋(疲勞裂紋除外)和其它缺陷并沒有什么本質的不同,只不過在我們眼里,由于容器失效事故照片的渲染,才談裂色變的。而很多時候,裂紋所在的位置,才是容器失效的關鍵因素(這符合實際情況,即缺陷是什么并不重要,缺陷在什么位置非常重要,將“缺陷”改成“你”,這句話同樣適用)。所以,ASME八二卷,基于斷裂力學在綜合了多學科研究,對缺陷的評定,才會回到分類(表面缺陷和內部缺陷)上來,按缺陷的尺寸進行驗收,而不是裂紋與非裂紋的定性問題上來。這無疑,值得我們學習和思考。而一些實際缺陷,通常是非常復雜的,常常不會扁平化,而是你中有我,我中有你。而且同樣的特征,可能用不同的名稱、定義。對于超聲檢測來說,能夠做到測定缺陷尺寸、大小,位置(幾何位置,相對位置--表面還是內部),就已經很不錯了。只有少數人,可以繼續研究缺陷的定性問題。忘記裂紋的危害性,也許你才能做好無損評價。雖然裂紋看起來是我們繞不過去檻。我們隊裂紋的執著,其實來源于射線檢測經驗的移植。只是,射線檢測,對裂紋評定,通常有比較明確的判定依據,誤判的概率相對較小。

在標準規范的尺度內,其實制定標準的人,通常會考慮實際執行的困難。把我們自己搞死的,通常是我們自己人。所以,過于復雜的方法和復雜的評定依據,也就不必推而廣之。對我來講,超聲檢測人員,能夠將條形、線形缺陷和其它缺陷區別開來,就已經非常了不起了。不能量化的東西,都不要過分執著。對于不能重復再現(可記錄)的手工超聲評定,不必過于糾結裂紋是否,以免分散了精力。


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發表評論 評論 (17 個評論)

回復 飛人 2017-9-15 23:24
回復 myyeh 2017-9-19 18:51
謝謝
回復 wjjxuey 2017-9-24 09:31
羅兄,歐標對于體積性和面積性缺陷的回波當量差的定量數值,在哪個標準上有明確說明的,可否說一下標準號?我從事船舶船體焊接的無損,碰到過無數的各種類型的裂紋,其中最多的還是橫焊打底裂紋和平角焊的橫向裂紋。裂紋的大概成因已經知道,但具體的分析改進措施還是很難。羅兄有好的方法推薦嗎?
回復 wjjxuey 2017-9-24 09:38
關于裂紋的定性,我是比較喜歡的。就目前的船舶焊接,不是說100%,基本上誤判的比率很少。主要原因是,焊接的方式,位置及材料基本上差不多,發生裂紋的形態特征,位置都已經知道得差不多了。
我的想法,定性的還是要做的,但不是強制。只有這樣,才能對自己的知識全面性有一個提高。說實在的,對于檢測到缺陷,測量尺寸,判定點線面等特征,這個對于從事NDE有一段時間的人來說難度不大。但要具體說到什么類型的缺陷,什么原因形成的,這個就有難度了。而且,這個分析判斷對于前面焊接控制的回饋是最有用的。
回復 luolang1314 2017-9-24 09:54
wjjxuey: 羅兄,歐標對于體積性和面積性缺陷的回波當量差的定量數值,在哪個標準上有明確說明的,可否說一下標準號?我從事船舶船體焊接的無損,碰到過無數的各種類型的裂 ...
可能你比我年齡還要大一些,叫羅兄有點受不起了!
歐標以前是EN 1713,現在被EN 17640所取代了。
回復 luolang1314 2017-9-24 10:00
wjjxuey: 羅兄,歐標對于體積性和面積性缺陷的回波當量差的定量數值,在哪個標準上有明確說明的,可否說一下標準號?我從事船舶船體焊接的無損,碰到過無數的各種類型的裂 ...
改進措施,阿黃應該有辦法。他有焊接背景呢!
對于裂紋的產生,一般從以下幾個方面著手:
第一,減少焊接時拘束應力(組對間隙,坡口,預熱等)
第二,降低氫的影響(焊材干燥,坡口清理,后熱)
第三,選用合適焊接順序,焊接手法,采用針對性抗裂的焊接工藝。
我想橫焊打底裂紋可能和拘束應力過大,焊接方法需要改進,或焊接工裝需要改進有關。
一般經驗豐富的焊工和焊接工程師會有更具體的建議。
當然一些資深的無損檢測人員,也可能有獨到的措施。
回復 luolang1314 2017-9-24 10:04
wjjxuey: 關于裂紋的定性,我是比較喜歡的。就目前的船舶焊接,不是說100%,基本上誤判的比率很少。主要原因是,焊接的方式,位置及材料基本上差不多,發生裂紋的形態特征 ...
贊同你的觀念!
裂紋的定性,對于一線操作人員來說,是可選項。視個人意愿和能力,選擇去做。
但對于高級人員和無損檢測責任人員,還是應該去有意識收集裂紋定性方面經驗和技能的。
當然,目的是為了預防裂紋缺陷的再次發生,從無損的角度,提出更好的改進措施。
高級人員需要拓展無損檢測這個工序,需要向材料、焊接,后期工序進行一定延伸,這樣,才能有利于檢測技術的發展和提升質量控制水平。
回復 wangjiabao 2017-9-30 14:27
壓力容器的定期檢驗超聲波檢測都需要對缺陷定性。
回復 wangjiabao 2017-9-30 14:27
壓力容器的定期檢驗超聲波檢測都需要對缺陷定性。
回復 月夜殤 2017-10-19 11:46
謝謝
回復 xcc0427 2017-12-12 14:28
謝謝
回復 myyeh 2018-1-9 19:11
謝謝
回復 XINZ117 2018-1-15 11:10
非常贊同樓主的觀點,13版11345改版后的29711就有點妖魔化了。
回復 tony03626 2018-2-19 22:23
新年好大佬們 在無損的道路上給自己加油打氣
回復 杭州戩威機電 2018-3-22 10:37
贊同以上觀點,杭州戩威機電科技現在開始出售超聲應力檢測分析儀了,全國首家運用超聲波檢測應力的設備,涉及面廣,國內很多大型工業企業有過技術合作,產品先進度超過國內任何一家超聲應力檢測設備。詳情請關注官網,和我的動態,會發布一些我公司設備信息,希望能對你從事的工作有幫助。
回復 杭州戩威機電 2018-3-22 10:37
贊同以上觀點,杭州戩威機電科技現在開始出售超聲應力檢測分析儀了,全國首家運用超聲波檢測應力的設備,涉及面廣,國內很多大型工業企業有過技術合作,產品先進度超過國內任何一家超聲應力檢測設備。詳情請關注官網,和我的動態,會發布一些我公司設備信息,希望能對你從事的工作有幫助。
回復 q2019 2019-8-22 15:44
值得學習

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