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超声波检测超声波检测基础知识及在钻杆上的实际应用2011年11月08日内容一、超声波检测原理和方法•根据超声波的反射特性和有缺陷和无缺陷处声强强弱来判断缺陷的存在。•超声波探伤方法按波的类型可分为脉冲法和连续法，按探伤方法原理可分为发射法、穿透法和共振法，按波形可分为纵波法、横波法、表面波法、板波法和爬波法，按耦合方式可分为直接接触法和液浸法，按探头个数可分为单探头法、双探头法和多探头法。我们公司采用的探伤方法为：脉冲反射横波单探头法（自动探伤设备为多探头）。二、超声波检测术语•K值（Kvalue）：斜探头折射角的正切值；•超声噪声电平（ultrasonicnoiselevel）：由材料的结构、或可能是大量的微小不连续性或两者同时存在而引起的为数众多的不可分辨的显示信号；•电子噪声（electronicnoise）：由探伤仪放大器中电子干扰和热噪声引起的随时间而迅速变化的无用的无规则信号；•动态范围（dynamicrange）：在增益调节不变时,超声探伤仪荧光屏上能分辨的最大与最小反射面积波高之比.通常以分贝表示；•分辨力（resolution）：就声束轴线而言，超声设备能同时分辨出几乎有相同声程和横向位置的数个不连续性的能力；•对比试块法（referenceblockmethod）：用对比试块已知反射体显示与被检件所获显示相比较的评价方法；•脉冲重复频率（pulserepetitionfrequency）：为了产生超声波,每秒内由脉冲发生器激励探头晶片的脉冲次数；•回波（echo）：从反射体上反射回来的超声信号，又称反射波（reflectedwave）；•回波高度（echoheight）：探伤图形上的反射脉冲高度,用分贝值或标准刻度板上的百分数表示；•回波宽度（echowidth）：从校正的超声探伤仪荧光屏水平扫描线刻度上读出的回波宽度；•人工缺陷（artificialdefect）：在探伤过程中,为了调整或校准探伤系统的灵敏度等,用各种方法在试块或被检件上加工制成的人工伤,如平底孔、横孔、槽等；三、超声波发射和接收原理1、发射：压电晶体在脉冲电信号的激励下产生机械振动，发射机械振动波（超声波），称为发射。2、接收：机械振动波（反射回来的超声波）作用于压电晶体，使压电晶体产生电荷，电信号通过电子回路显示在屏幕上，称为接收。探头可分为单发-单收探头和发-收一体探头，实际上超声波探头的压电晶体，同时与仪器的发射电路和接收电路连接，所以每个探头都能发射和接收超声波。四、A型模拟超声波探伤仪CTS-22AA显示：以水平基线X轴表示距离或时间,用垂直于基线的Y轴表示辐度的一种信息显示方法；•A型超声探伤仪垂直线性的好坏直接影响缺陷精确定量。•A型超声探伤仪水平线性的好坏直接影响到缺陷的定位而对缺陷大小的判断无关。•A型扫描显示中，“盲区”是指由于仪器原因造成一定范围内不能探到缺陷的区域，它与近场区不能探到缺陷性质是不同的。工作频率范围：0.5～10MHz。衰减器：总衰减量80dB（20dB×2、2dB×20）；衰减误差：每2dB±0.1dB。衰减器工作方式抑制电平增益发射强度声程范围调节回波平移聚焦回波距离缩展五、缺陷当量表述•当量的定义：缺陷回波与人工缺陷（通常是规则反射体）回波比较所得的分贝值称为缺陷当量；•例如我厂生产中，人工缺陷回波高度规定80%；假设缺陷1的当量为“人工缺陷+2.5dB”；缺陷2的当量为“人工缺陷+6.4dB”；我们可以说缺陷2比缺陷1大3.9dB；注意对比式样上的人工缺陷是评定自然缺陷当量的依据，不能理解为被检出的自然缺陷与人工缺陷的信号幅度相等时二者的尺寸必然相等。试块的用途测试或校验仪器和探头的性能；确定探测灵敏度和缺陷大小；调整探测距离和确定缺陷位置；测定材料的某些声学特性。CSK-IA试块：•CSK-IA试块的主要用途:①R50、R100圆弧：-斜探头入射点、前沿测定；-扫描线比例校准；②上下表面刻度：斜探头K值校准；③φ50、φ44、φ40孔：斜探头分辨率测定；9.管子试块探头直探头斜探头2.5P20Z5P6×6K3||||||||频率材料直径直探头频率材料矩形K=3焊区试块耦合介质1、概念：为了排除探头与工件表面之间的空气，在探头与工件表面之间施加的一层透声介质称为耦合剂。耦合剂的作用在于排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传入工件达到探伤的目的。此外耦合剂还有减少摩擦的作用。2、耦合效果与声阻抗有关，声阻抗大耦合性能好。3、耦合介质的种类：•甘油声阻抗高，耦合性能好，常用于一些重要工件的精确探伤，但价格较贵，对工件有腐蚀作用。•水玻璃的声阻抗较高，常用于表面粗糙的工件探伤，但清洗不太方便，且对工件有腐蚀作用。•水的来源广低，常用于水浸探伤，但易使工件生锈。•机油和变压器油粘度、流动性、附着力适当，对工件无腐蚀、价格也不贵，因此是目前应用最广的耦合剂。•化学浆糊也常用来作耦合剂，耦合效果比较好。4、影响耦合的主要因素有：•耦合层的厚度；•耦合剂的声阻抗；•工件表面粗糙度和工件形状。缺陷术语管体常见缺陷有：•裂纹应力引起的金属开裂，在没有其他任何影响时，不至于使材料发生完全断裂。钢中的淬火裂纹是由于奥氏体向马氏体转换过程（伴随有体积增加）产生的应力造成的。•偏心管子内外表面中心轴线不重合，使得某一截面处的壁厚沿圆周方向不均匀。•夹杂物金属凝固过程中残留在其内部的杂质或非金属颗粒。•分层通常平行于金属表面的内部层状分离。•折叠经过轧制或采用其他方式加工的金属沿着轧制金属表面折叠起来，但并未被熔合成完好金属。•轧入金属异物轧入金属表面、不与金属熔合的外来异物•结疤附着在完好金属表面上的薄壳状或鳞片状缺陷•发裂轧制金属内经轧制或其他方式加工后或多或少闭合起来，但未被压合的缝隙。•重皮轧入基体金属表面、通常只有一端与基体金属相连的极薄的金属长条。•加厚部分充型不良•加厚皱折管子加厚部分环向呈锻造折皱形态的表面不规则处。•凹坑管体超声波探伤探伤方法和步骤检测装置检测装置有探头相对钢管位置的高精度调整机构并能可靠地锁紧或能实现良好的机械跟踪。管端不能有效探测的区域（盲区）不能大于200mm。传动旋转装置传动旋转装置保证检测装置平稳地通过管体并保证在检验中钢管与检测装置具有良好的同心度。管体超声波探伤设备调试1.每次重新使用探伤设备时或变换检验规格时须用规定的对比试样对探伤设备进行调试。2设备调试后应使对比试样上同一个人工缺陷在圆周方向不同位置的信号幅度接近一致。管体超声波探伤3当内、外壁人工缺陷信号使用二个不同的报警闸门时，探伤仪的报警灵敏度应按照内、外壁人工缺陷在周向不同位置中较低幅度的信号分别进行设定，同时，二个闸门的宽度应满足管壁内各部位缺陷信号的报警要求。设备调试完成后用样管进行测试，测试结果以样管上所有人工缺陷均报警且无误报为准，测试10次以上（重复性）。管体超声波探伤探伤检验1设备测试结果符合规定后方可进行探伤检验。探伤检验应逐批逐根进行。2探伤人员在检验过程中对缺陷指示信号必须可靠的监视，防止缺陷漏检。管体超声波探伤设备校验1.在同规格钢管连续检验期间对设备进行定时校验，校验时间间隔不大于4h。校验内容与设备测试项目相同。2.在同规格钢管连续检验的开始和结束时以及连续检验中设备操作人员更换时也应对设备进行校验。如校验结果不能满足要求则应对设备重新调试和测试，达到要求后应对上一次校验后所检验的管子重新进行检验。不合格品处理缺陷的评定、标记和处置1对于斜探头纵向和横向缺陷的探测，当回波幅度大于对比试块上人工缺陷反射体相应位置回波幅度时，应判定为缺陷。2经探伤人员综合判定缺欠性质，认为是裂纹等危害性缺陷时无论其回波幅度高低、长度大小均应作缺陷处理。3对探伤不合格的部位用黄色油漆准确圈出，必要时写明缺陷的尺寸、位置、性质。缺陷的处置a)对发现的缺陷，探伤人员应根据缺陷情况作出处置决定。b)对于可以通过修磨处理使缺陷消除且修磨后壁厚、管径以及其他尺寸能符合规定要求的应进行修磨处理（一般要求修磨深度不超过1mm或规定厚度的5%，取两者中的较小值，有特殊要求时按相应规定执行）；c)不能修磨但可以通过缺陷切除使产品符合规定要求的应进行切除；d)无法通过修磨、切除等手段使产品合格的作判废处理。e)缺陷经修复后应进行超声波复探。f)各缺陷的修磨、切除以及产品判废标识以及质量信息反馈应符合《不合格品处理规定》的要求。探伤报告探伤报告由持有被认可的超声探伤Ⅱ级以上技术资格证书的人员签发。探伤报告应包括下列内容：炉批号、钢级、规格、探伤编号、探伤根数；探伤仪器型号、探头频率、K值以及晶片尺寸、探伤灵敏度、对比试样、耦合剂；探伤结果以及对缺陷的定性、定量描述；探伤操作人员、报告签发人员姓名以及技术等级及探伤时间等。普通钻杆规格壁厚与外径之比小于0.2，当钢管的壁厚与外径之比大于0.2时（如加重钻杆），应由供需双方商定一种特殊的检验方法。KK自动超声波探伤系统•该探伤仪为脉冲反射式多通道超声波探伤仪•选用的方法为水浸法，耦合剂为水。•探头的工作频率包括4-4.5MHz，纵向2组，每组6个通道；横向2组，每组8个通道；壁厚分层1组6个通道。•晶片：纵向缺陷采用10×10mm，K1；横向缺陷采用10×7，K1两种探头。探伤系统工作原理图探伤系统基本框图管端、焊缝UT、MT钻杆焊缝超声波探伤人员要求1.具有超声波探伤等级资格证书2.了解钻杆焊接工艺、肯能产生的缺陷类型及可能产生缺陷的部位3.具有配合荧光磁粉等其他探伤方法综合判定缺陷的能力钻杆焊缝超声波探伤探伤前准备探头1.探头K值应根据加厚部位的尺寸在1~2.5之间选择，以便检查整个焊缝2.发射的主声束无双峰、无偏斜3.标定入射点和前沿距离仪器1.检查仪器调节旋钮，是否精度和范围等电性能符合要求钻杆焊缝超声波探伤对比试块人工缺陷反射体为Φ1.6mm竖通孔，通孔至试块边缘的距离应适于探头移动并且不致产生边界干扰信号。如图：钻杆焊缝超声波探伤工件表面准备探伤部位表面应平整、光滑，无影响声耦合的油垢、锈蚀等污物，隆起部分应修磨掉焊缝处内外表面不得留有凸台、凹槽、较深的切削刀纹或磨痕等灵敏度校对探头置于对比试块上一个跨距的位置，使最大回波高度为满幅度的80%钻杆焊缝超声波探伤钻杆焊缝超声波探伤扫查方法1、探头正对焊缝摆放，前后移动探头沿周向作锯齿形移动2、覆盖率不小于探头晶片尺寸15%3、保证耦合且移动速度不超过150mm/s钻杆焊缝超声波探伤灵敏度重新校对1、每次工作前2、更换过探头或探头线3、改换了耦合剂4、更换电源5、连续工作4小时以上6、操作者认为有必要时钻杆焊缝超声波探伤缺陷评定1、回波大于对比试块上的人工缺陷反射体回波时应认定为缺陷2、回波高度低于对比试块人工反射体回波，但周向指示长度大于20mm时应认定为缺陷3、综合判断缺陷性质，探伤人员能够判定为危害性缺陷的焊缝相控阵超声波探伤超声相控阵的方法是用电子技术调整焦点位置和聚焦的方向，它的基本思想是控制超声探头中不同单元之间的触发延时时序，在精确的延时时序控制下，不同单元发出的超声波在空间发生干涉，产生所需要的合成波束钻杆焊缝荧光磁粉探伤原理线圈法对工件纵向磁化，产生轴向磁场，假如存在与磁场相交的裂纹或近表面缺陷，则在裂纹两侧立即产生N、S极，吸附磁粉当缺陷与磁通垂直时，灵敏度最大钻杆焊缝荧光磁粉探伤优点1、可探测表面和近表面缺陷，非金属夹杂物2、当金属经过非金属涂层处理，涂层厚度不超过50µm时仍可进行检查，且灵敏度损失较少钻杆焊缝荧光磁粉探伤缺点1、不能用于非磁性材料2、近表面的缺陷会造成发散磁痕，随缺陷在表面以下距离的增加，磁痕越发散3、可能会造成伪磁痕钻杆焊缝荧光磁粉探伤磁粉探伤主要用于检查表面开口缺陷特别是裂纹，也可检出近表面缺陷，但灵敏度随深度的增加迅速减弱钻杆焊缝荧光磁粉探伤磁悬液当磁悬液受污染达到一定程度，影响了磁痕的清晰度，应更换。循环使用的磁悬液，应每周测定一次磁悬液污染。取100mL搅拌均匀的磁悬液注入沉淀管中，静置60min检查梨形沉淀管中的沉淀物。当上层（污染物）体积超过下