表面波在預(yù)彎機(jī)回程缸上的探傷應(yīng)用

呂育棟　邊晉　徐佳　陳方　王旺甫　張引祥

【摘 要】針對JCOE大口徑直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)過程中預(yù)彎機(jī)回程缸活塞桿斷裂問題，筆者通過實踐經(jīng)驗，采用超聲表面波與滲透探傷相結(jié)合的方法對預(yù)彎機(jī)回程缸活塞桿進(jìn)行實時探傷檢測，克服了操作空間狹小，工況困難的不利因素，通過理論計算和實際試驗數(shù)據(jù)結(jié)合，針對在役使用的活塞桿進(jìn)行有效監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】預(yù)彎機(jī);超聲表面波探傷;掃描速度;波幅差;滲透探傷;裂紋

中圖分類號： TU398.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）05-0092-002

鋼板預(yù)彎機(jī)是直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線必不可少的重要設(shè)備之一。預(yù)彎的主要目的是完成鋼板兩邊的預(yù)彎曲變形，使鋼板兩邊的彎曲半徑到達(dá)或接近所生產(chǎn)鋼管規(guī)格的半徑，從而保證鋼管焊縫區(qū)域的幾何形狀和尺寸精度。我公司在生產(chǎn)直縫埋弧焊鋼管使用的彎邊工藝是壓力式預(yù)彎。壓力式預(yù)彎機(jī)通常采用兩個C型機(jī)架按鋼板中心線對稱布置的結(jié)構(gòu)，在每個機(jī)架上安裝有固定的上模具和可上下移動的下模具，預(yù)彎機(jī)下模在預(yù)彎油缸的推動下向上運動，使鋼板邊緣彎曲，完成彎曲過程。然后下模具下降，鋼板步進(jìn)，進(jìn)行第二步彎邊，如此重復(fù)，按照規(guī)定程序步進(jìn)式完成整張鋼板的預(yù)彎邊[1]。

1 壓力式預(yù)彎機(jī)結(jié)構(gòu)

壓力式預(yù)彎機(jī)單側(cè)結(jié)構(gòu)，由兩套三連缸組成，為預(yù)彎機(jī)提供壓制力的為主缸，為下橫梁提供回到原位的動力是回程缸。

壓力式預(yù)彎機(jī)單邊的壓制力非常大，通常大于30MN，因此預(yù)彎設(shè)備在生產(chǎn)線上實際生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生回程缸活塞桿斷裂問題。

常規(guī)檢測中經(jīng)常使用滲透探傷對預(yù)彎回程缸活塞桿進(jìn)行探傷。由于使用過程中，時常發(fā)生剪切斷裂.為了實時監(jiān)控回程缸的是否存在變徑處的疲勞裂紋，且預(yù)彎機(jī)在預(yù)彎過程中，操作空間狹小，操作人員做滲透探傷時的步驟繁瑣，極其不方便。為了提高工作效率，可采用超聲表面波進(jìn)行在用過程中的實時檢測。

2 表面波檢測

2.1 表面波的產(chǎn)生

傾斜入射至界面上的縱波，當(dāng)入射角大于第二臨界角時，α≥αⅡ時，第二介質(zhì)中既無折射縱波L"，又無折射橫波S".這時在第二介質(zhì)表面存在表面波R。產(chǎn)生表面波的入射角滿足下式：sinαi=Cl1/Cr

Cl1：透聲鍥塊中的縱波速度;Cr：被檢材質(zhì)的表面波速度;

用這種方法產(chǎn)生表面波的透聲鍥塊，在檢測鋼材時一般采用有機(jī)玻璃制作，按照上式計算αi=63°。

3 表面波掃描速度的調(diào)整

超聲表面波探傷時掃描速度調(diào)整很重要，是關(guān)系到判別缺陷的定位、定性是否準(zhǔn)確的問題。探傷時掃描速度的調(diào)整在對比試塊上進(jìn)行。對比試塊材料與被檢活塞桿工件在材質(zhì)、透聲性、聲速、聲衰減等相同或相近。由于表面波不能在同一反射體上形成多次反射。調(diào)節(jié)時利用兩個不同的反射體形成的兩次發(fā)射波分別對準(zhǔn)相應(yīng)的水平刻度值來調(diào)節(jié)。如圖所示：

探頭置于圖示位置，調(diào)節(jié)儀器使棱邊A、B的反射波A波和B波分別對準(zhǔn)水平刻度值40、65，這時表面波掃描速度1：1就調(diào)節(jié)完成。

4 探傷靈敏度的調(diào)整及缺陷的判別

采用2.5MHz、入射角度為63°、晶片尺寸為8X12mm的超聲波換能器把縱波經(jīng)波形轉(zhuǎn)換成表面波，進(jìn)行測試。將探頭置于回程缸活塞桿上，使探頭垂直對于被探桿體端部，探頭前沿與端部保持在40mm處，得到端部回波，從表2中可查出端部回波與長度為6.5mm，深度為0.1mm的模擬裂紋回波波高差值為21dB。調(diào)整為滿屏的100%之后，再增益21dB。探傷靈敏度則調(diào)整完畢，即可對預(yù)彎機(jī)回程缸活塞桿進(jìn)行檢測。

5 缺陷長度和深度的評定

在預(yù)彎機(jī)回程缸活塞桿的探傷過程中，如果發(fā)現(xiàn)缺陷，一般要求對缺陷進(jìn)行長度和深度測量，以評價缺陷對桿體的危害程度。

缺陷的長度測量可參照超聲檢測規(guī)定的半波高度法測量缺陷的指示長度。缺陷的深度可通過上述試驗，參照前面介紹的公式估算出缺陷的深度。同時可以采用單探頭發(fā)進(jìn)行與估算出的結(jié)果進(jìn)行比對驗證。在采用單探頭發(fā)時的探傷波形與圖4相似，t1對應(yīng)的是C點反射波;t2是A點反射波;t3是底面反射波，裂紋深按照下式計算：

H=t2-t1

需要指出的是：（1）所測得裂紋深度實際是表面波沿裂紋面?zhèn)鞑サ木嚯x，測得的裂紋深度h等于或大于實際裂紋深度h'（2）A點處變形橫波有時可能接收不到。

6 影響表面波探傷的幾個問題

（1）由于鋼桿的曲面率的影響，為保證良好耦合，應(yīng)將探頭打磨成與活塞缸體曲面相吻合，提高相對接觸面積。表面波在傳播過程中產(chǎn)生的散射還是很大，其波幅衰減明顯，易用頻率低的表面波，一般選用2.5MHz.

（2）變徑處的劃傷反射波與過渡處的橫向裂紋反射波聲程相近，但幅度有較大的差異，可以作為粗探傷時確定缺陷有無的參考。如果有到影響缺陷判別，此時可采用金相砂紙對劃傷處進(jìn)行打磨，保證圓弧處圓滑過渡。

（3）相同靈敏度下，表面波對各種形狀的實際缺陷反射能力明顯不同，對于表面開口的線狀缺陷，其反射能力強;對于圓滑、規(guī)則的體積型缺陷，其反射能力較弱;相同缺陷，當(dāng)與表面波趨向成90°時，其反射能力最強;當(dāng)與表面趨向成0°時，其反射能力最弱。

（4）回程缸活塞桿的表面波探傷在缺陷的定量和定性方面還做得不夠細(xì)致，現(xiàn)場檢測若發(fā)現(xiàn)可疑缺陷信號，或是對缺陷的定量和定性感到有困難時，應(yīng)結(jié)合其他檢驗手段如滲透檢驗的方法進(jìn)行驗證。

（5）粘附于活塞桿表面的油污、鐵銹、水垢以及與工件表面接觸的其它物體，對表面波也有強烈的衰減作用。所以探傷前，將待檢測工件表面可能影響探傷的劃傷、油污等徹底清除干凈。

【參考文獻(xiàn)】

[1]翁宇慶，等.軋鋼新技術(shù)3000問：管材分冊[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[2]鄭輝，林樹青.超聲檢測（第2版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2008.

[3]林介東，倪進(jìn)飛.燃?xì)廨啓C(jī)葉片的超聲表面波探傷.中國電力，1997，30（7）：40-45.