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1、材料各向异性对超声检测的影响白小宝[1]孙建罡[2]江运喜[1]1、矩阵科技有限公司,北京1001022、上海卫星装备研究所,上海200240摘要:各向异性材料由于其特殊的物理性质,使得超声波在其内部的传播有三种体波:纵波、快横波和慢横波,而且在界面处会产生声束的畸变和曲线传播等复杂物理现象,严重影响检测的灵敏度和准确性。本文中将着重讨论奥氏体不锈钢焊缝的超声波检测。关键词:各向异性超声检测不锈钢焊缝相控阵THEINFLUENCEOFANISOTROPICPROPERTYONULTROSONICDETECTIONBaiXiaobao[1],SunJi
2、angang[2],JiangYunxi[1]1、MatrixU/ETechnologiesLtd,Beijing,1001022、ShanghaiSatelliteEquipmentResearchInstitute,Shanghai,200240Abstract:Duetothespecialphysicalpropertiesofanisotropicmaterials,ultrasoundpropagatesintheinteriorhavethreekindsofbulkwaves:onelongitudinalwaveandtwoshea
3、rwaves,anddifficultphysicalphenomenonwouldhappenattheinterfacesuchasdistortionandcurvepropagation.Thispaperwillfocusontheultrasonicinspectionofaustenitestainlesssteelweld.Keywords:Anisotropic,UltrasoundInspection,StainlessSteelWeld,Phasedarray一.前言各向异性,也称“非均匀性”,是指晶体的不同方向上的弹性模量、硬
4、度、断裂抗力、屈服强度、热膨胀系数、导热性、电阻率、电位移矢量、电极化强度、磁化率和折射率等都是不同的。基于以上特性,用户就可以根据实际需求来制备相应的材料。奥氏体不锈钢是最为常见的一种各向异性材料,由于其优良的抗腐蚀性、抗氧化性以及低温韧性而被广泛应用于石油化工、机械加工、核电和航空航天等领域的重要部位[1]。为了预防潜在危险,提高安全性,就需要对焊接部位进行无损检测。二.不锈钢焊缝检测适用于奥氏体不锈钢焊缝内部检测的方法有射线和超声两种。其中,射线locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfo
5、cusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcame方法具有一定的穿透能力,但是其对于裂纹等面积型缺陷并不敏感,而且设备复杂,需要专门的防护装置,另外当被检材料厚度较大时也会因为衰减增大而是灵敏大大降低;相比之下,超声方法则具有穿透力强,对人体无害,检测速度快等优势。[2]但是由于奥氏体不锈钢的结构特点,使
6、得超声检测也面临很多难点。奥氏体不锈钢焊缝中,晶粒组织粗大,对于超声波有较强的散射衰减,导致灵敏度变化大,穿透能力减弱,无法确定缺陷的大小,而且粗大组织还会引起散射声波的叠加及波形转换,导致假信号出现;另外,超声波在各向异性材料中传播有三种模态:快横波、慢横波和纵波,使得工件内部的信号较为复杂,而且超声波波前与传播方向不一定正交,斯奈尔定律也不再适用,使得声束会在界面处产生畸变和曲线传播,增大定位误差。[3][4]a.纵波声场b.横波声场图1各向异性焊缝中的声场模拟横波受各向异性影响较大,散射大,衰减大,假信号多,而纵波则相对较好,故奥氏体不锈钢焊缝
7、通常用纵波斜探头探伤,图1是对同一角度的纵波和横波进入各向异性焊缝中的声场模拟(只考虑了单一模态,未考虑波形转换,绿色线是纵波,红色线是横波),从图中可以看出,横波进入焊缝后,声束散射较严重,指向性不明确,而相比之下,纵波的散射较小,有明显的指向性。但纵波斜探头又会同时产生横波和波形转换等问题,因此,只要可行,探伤时应尽量从两面两侧用直射法(一次波法)进行。焊接金属外的热影响区探伤,可用横波斜探头,但此时可用直射法,也可用一次反射法(二次波法)进行。[5]双晶纵波斜探头与单晶纵波斜探头相比,发射电脉冲不进入接收电路,使得表面盲区减小,电噪声信号减小,
8、且双晶探头有一个声能集中区,即焦点,该区域内的声能较强,信噪比较好,可以提高需探测区域的检测灵敏度,所以在实