Ультразвукавы кантроль зварных шваў дуплекснай сталі: вызначэнне балансу ферыта-аўстэніта і магчымых дэфектаў

Ультразвукавы кантроль зварных шваў дуплекснай сталі: вызначэнне балансу ферыта-аўстэніта і магчымых дэфектаў

Дуплексныя нержавеючыя сталі з'яўляюцца асноўнай сучаснай прамысловасці, яны карысныя з-за сваёй выдатнай міцнасці і стойкасці да карозіі. Але іх складаная двухфазная мікрасруктура (аўстыніт і ферыт) стварае асаблівыя выклікі для неразрушаючага кантролю (NDT). Ультралягучы кантроль (UT) з'яўляецца ключовым інструментам для забеспячэння цэласнасці зварных шваў дуплексных сталёў, але ён патрабуе глыбокага разумення таго, як уплываюць уласцівасці матэрыялу на інспектаванне. Гід прадаставае практычную аснову для выкарыстання UT для ацэнкі якасці зварных шваў і мікрасруктуры дуплексных нержавеючых сталёў.

Чаму ўльтралягучы кантроль з'яўляецца крытычным для дуплексных зварных шваў

Зварка дуплекснай нержавеючай сталі — гэта пастаяннае балансаванне. Працэс павінен дасягнуць двух асноўных мэт:

1. Бяздэфектны шов: Без трэшчын, адсутнасці зваркі, парыстасці і ўключэнняў.

2. Збалансаваная мікрасруктура: Захаванне фазавага балансу прыблізна 50% аўстыніту і 50% ферыту для захавання механічных уласцівасцей і стойкасці да карозіі.

Галоўным метадам праверкі першай мэты з'яўляецца UT. Аднак, другая мэта непасрэдна ўплывае на самае абстежванне UT. Няроўнае мікраскапічнае структура можа маскаваць дэфекты або ствараць хібныя паказанні, таму вельмі важна даволі разумець абодва чыннікі.

Выклік: акустычная анізатропія ў дуплексных мікраскапічных структурах

Галоўная праблема пры абстежванні дуплексных сталёў — гэта іх акустычная анізатропія . Гэта азначае, што хуткасць гукавых хваль змяняецца ў залежнасці ад кірунку іх распаўсюджвання праз крышталічную структуру матэрыялу.

• У ізатропных матэрыялах (напрыклад, у штандартных аўстытных ці ферытных сталёў) гукавыя хвалі распаўсюджваюцца з аднолькавай хуткасцю ва ўсіх кірунках, што спрашчае інтэрпрэтацыю.

• У анізатропных матэрыялах (напрыклад, у дуплексных сталёў і зварных шваў) гукавы пучок можа рассейвацца, адхіляцца і дзяліцца, што прыводзіць да наступных эфектаў:

  • Загін пучка: Прамы промень можа не распаўсюджацца па прамой лініі, што робіць цяжкім дакладнае месцазнаходжанне дэфекту.

  • Затуханне: Страчанне магутнасці сігналу, што змяншае пранікальнасць і здатнасць выяўляць дробныя або глыбокія дэфекты.

  • Высокі ўзровень шуму: Складаная зерністая структура стварае высокі ўзровень фона-шуму («травы»), які можа абавязваць сапраўдныя дэфекты.

Гэтая анізатропія найбольш выяўленая ў самім шве, дзе напрамую закрысталізаваная структура мае вялікія зерны, а яе цяжкасць непасрэдна звязана з балансам ферыта і аўстэніта.

Працэдура УЗ: ключавыя пытанні для двухфазных сталёў

Каб пераадолець гэтыя выклікі, працэдуру УЗ трэба вельмі старанна распрацоўваць і кваліфікаваць.

1. Абранне абсталявання і пераўтваральніка:

• Тэхніка:  Вымярэнне часу пралёту дыфракцыі (TOFD) выдатна падыходзіць для кантролю двайніковых зварных шваў, бо менш патрэбна ўстрымліваць адхіленне пучка і дазваляе адрозна вызначаць памеры плоскіх дэфектаў. Тэхніка фазаванай штучнай санаграфіі (PAUT) таксама лепш за традыцыйны ўльтрашчытны метад дзякуючы магчымасці фармавання некалькіх вуглоў падачы пучка і атрымання дэтальных візуальных карт шваў.

• Вуглы: Выкарыстоўвайце меншыя вуглы заломлення (напр. 45°) для паляпшэння стасунку сігнал/шум. Стандартныя даследчыя прыборы з вуглом 60° ці 70° могуць даваць больш выразнае спотвярэнне пучка.

• Частата: Нізкая частата (напр. 2 МГц) забяспечвае лепшую пранікальнасць, але меншую дакладнасць. Вышэйшая частата (напр. 4-5 МГц) забяспечвае лепшую дакладнасць, але можа быць падатлівай да павелічанага ўзаемадзеяння. Патрэбна дабіцца балансу з улікам таўшчыні матэрыялу.

2. Каліброўка і эталонныя зразкі:

• Абавязковая практыка: Каліброўка павінна праводзіцца на эталонным зразку, вырабленым з таго ж двайніковага сплаву і фармы вырабу (напр. труба, пліта) як і даследваны элемент.

• Чаму гэта мае значэнне: Выкарыстанне зваротнага блока з вуглавой сталі прывядзе да істотных памылак, бо акустычная хуткасць розная. Блок з дуплексным матэрыялам улічвае рэчаісную хуткасць гуку і яго паглынанне ў анізатропным матэрыяле.

3. Сканаванне і інтэрпрэтацыя дадзеных:

• Аператары павінны мець падрыхтоўку для адрознення паміж:

  • Геаметрычнымі паказаннямі: Адлюстраваннямі ад каранёў шва, пакрыццяў ці зварных шваў.

  • Мікраскапічным шумам: Сталым, зерністым фонавым малюнкам, выкліканым структурай зерна.

  • Сапраўднымі дэфектамі: Вострымі, выразнымі паказаннямі, якія высока падымаюцца над узроўнем шуму і могуць быць прослежаныя пры розных вуглах накладання датчыка.

Выяўленне мікраскапічнай няроўнасці з дапамогай УЗ

Хоць колькаснае вымярэнне фазавага балансу патрабуе метадаў мэталаграфічнай лабараторыі (напрыклад, аналізу пунктаў), УЗ можа дастаўляць моцныя якасныя паказчыкі праблемы:

Важнае заўвага: Калі УЗ кажа пра мікрасруктурную аномалію, яна павінна пацвердзіцца разрушаючымі выпрабаваннямі (напрыклад, выразанне купона для металаграфічнага аналізу). УЗ з'яўляецца інструментам для папярэдняга агляду мікрасруктуры, а не агульнай вымярэння.

Пашыраныя дэфекты зваркі і іх УЗ-падпісы ў двухфазнай сталі

Лепшыя практыкі для надзейнага агляду

1. Кваліфікацыя працэдуры: Праверыце працэдуру УЗ на макеты, які змяшчае сапраўдныя, тыпавыя дэфекты (напрыклад, пілавыя разрэзы, EDM-наразы) і вобласці з вядомымі мікраскопічнымі дысбалансам.

2. Кваліфікаваны персанал: Выкарыстоўвайце толькі тэхнікаў-дыпломнікаў II і III узроўня з вопытам агляду анізатропных матэрыялаў, як то дуплексная нержавеючая сталь і зварныя швы.

3. Запіс дадзеных: Рэгіструйце ўсе A-сканы, а для PAUT/TOFD — поўныя сектарныя сканы. Гэта дазваляе праводзіць рэтраспектыўны аналіз і атрымліваць другое меркаванне па паказаннях, якія цяжка інтэрпрэтаваць.

4. Карэляцыя з іншымі МНК: Калі ёсць сумневы, карэлюйце вынікі УЗ-кантролю з іншымі метадамі. Жыдкі пранікаючы кантроль (ПК) добра паказвае паверхневыя дэфекты, а рэнтгенаўскі кантроль (РК) можа дасць іншы погляд на аб'ёмныя дэфекты.

Вывад

Ультразвукавы кантроль зварных шваў з дуплекснай нержавеючай сталі патрабуе адступлення ад станартных метадаў. Поўзбіт вісець ад усвядомлення таго, што мікраскопічная структура матэрыялу — гэта не проста характарыстыка, якую трэба вымяраць, а асноўная зменная, якая ўплывае на сама агляду. Выкарыстоўваючы перадавыя тэхнікі, такія як PAUT і TOFD, праводзячы каліброўку на прадстаўляльных кантрольных блоках і разумеючы акустычныя характарыстыкі як недахопаў, так і адхіленняў мікраскопічнай структуры, інспектары могуць надзейна забяспечыць цэласнасць і эфектыўнасць крытычных кампанентаў з дуплекснай нержавеючай сталі.