Ултразвуково изпитване на заварки от двойна стомана: определяне на съотношението ферит-аустенит и евентуални дефекти

Ултразвуково изпитване на заварки от двойна стомана: определяне на съотношението ферит-аустенит и евентуални дефекти

Дуплексните неръждаеми стомани са основен стълб на модерната индустрия, ценени заради изключителната си якост и устойчивост на корозия. Въпреки това, сложната им микроструктура от две фази (аустенит и ферит) създава уникални предизвикателства за неразрушителен контрол (NDT). Ултразвуковият контрол (UT) е ключов инструмент за осигуряване на цялостността на заварките от дуплексна стомана, но изисква дълбоко разбиране как свойствата на материала влияят на инспекцията. Това ръководство предоставя практична рамка за използване на UT за оценка както на качеството на заварките, така и на микроструктурата на дуплексните неръждаеми стомани.

Защо ултразвуковият контрол е критичен за дуплексните заварки

Заваряването на дуплексна неръждаема стомана е деликатен баланс. Процесът трябва да постигне две основни цели:

1. Бездефектна заварка: Без пукнатини, липса на съединяване, пори и включвания.

2. Балансирана микроструктура: Запазване на фазово съотношение от приблизително 50% аустенит и 50% ферит, за да се запазят механичните свойства и устойчивостта на корозия.

UT е основният метод за проверка на първата цел. Въпреки това, втората цел директно влияе на самия UT преглед. Небалансираната микроструктура може да маскира дефекти или да създаде фалшиви индикации, което прави задължително отлично познаване на двете страни.

Предизвикателството: Акустична анизотропия в дуплексни микроструктури

Основното предизвикателство при инспекцията на дуплексни стомани е тяхната акустична анизотропия . Това означава, че скоростта на звуковите вълни се променя в зависимост от посоката, в която те се движат през кристалната структура на материала.

• В изотропни материали (като стандартни аустенитни или феритни стомани), звуковите вълни се движат с постоянна скорост във всички посоки, което прави интерпретацията проста.

• В анизотропни материали (като дуплексни стомани и заваръчни съединения), звуковият лъч може да се разсейва, накланя и разделя, което води до:

  • Изкривяване на лъча: Звуковият лъч може да не се движи по права линия, което затруднява точно локализиране на дефект.

  • Атенюация: Загуба на силата на сигнала, което намалява проникването и способността за намиране на малки или дълбоки дефекти.

  • Високо ниво на шум: Комплексната зърнеста структура създава високо ниво на фонов "трева" или шум, което може да скрие реални дефекти.

Тази анизотропия е най-изразена в самията заварка, където насочено затворената структура има едрозърнеста, а нейната тежест е директно свързана с баланса между ферит и аустенит.

UT Процедура: Основни съображения за дуплексни стомани

За да се преодолеят тези предизвикателства, UT процедурата трябва да бъде внимателно разработена и квалифицирана.

1. Избор на оборудване и преобразувател:

• Техника:  Time-of-Flight Diffraction (TOFD) е изключително ефективен за дюплексни завари, тъй като е по-малко чувствителен към отклонение на лъча и осигурява отлични възможности за измерване на плоскостни дефекти. Тестване с фазиран масив ултразвук (PAUT) също е по-добро от конвенционални УЗИ поради способността си да генерира множество ъгли на лъча и да предоставя детайлни визуални карти на обема на завара.

• Ъгли: Използвайте по-ниски пречупени ъгли (напр. 45°), за да подобрите съотношението сигнал-шум. Стандартни датчици с 60° или 70° може да изпитат по-значителни изкривявания на лъча.

• Честота: По-ниска честота (напр. 2 MHz) осигурява по-добро проникване, но по-малко разделителна способност. По-висока честота (напр. 4-5 MHz) осигурява по-добра разделителна способност, но може да пострада от по-високо затихване. Трябва да се постигне баланс въз основа на дебелината на материала.

2. Калибрация и референтни блокове:

• Основно правило: Калибрацията трябва да се извършва върху референтен блок, изработен от същия дюплексен клас и форма на продукта (напр. тръба, плоча) като компонента, който се проверява.

• Защо е важно: Използването на еталонен блок от въглеродна стомана ще доведе до значителни неточности, защото акустичната скорост е различна. Дюплексният блок отчита действителната скорост на звука и затихването в анизотропния материал.

3. Сканиране и интерпретация на данните:

• Операторите трябва да бъдат обучени да различават между:

  • Геометрични индикации: Отражения от корените на заварките, капите или гнездата.

  • Микроструктурни шумове: Постоянния зърнест фонов модел, причинен от зърнестата структура.

  • Реални дефекти: Остри, ясни индикации, които значително надвишават нивото на шума и могат да се проследят при различни ъгли на сензора.

Идентифициране на микроструктурен дисбаланс чрез УЗ

Докато измерването на количественото фазово равновесие изисква техники от металографската лаборатория (например анализ чрез точково наблюдение), ултразвуковият тест може да осигури силни качествени индикатори за проблем:

Важно уведомление: Ако УЗ предполага микроструктурна аномалия, тя трябва да бъде потвърдена чрез разрушително изпитване (напр. отрязване на проба за металографски анализ). УЗ е скринингов инструмент за микроструктурата, а не окончателно измерване.

Чести дефекти в заварките и техните УЗ сигнатури в дуплексна стомана

Най-добри практики за надеждно инспектиране

1. Квалификация на процеса: Квалифициране на US метода на изпитване върху макет, съдържащ реални, представителни дефекти (напр. фрезови резове, EDM надрязвания) и зони с известно микроструктурно дисбалансиране.

2. Обучен персонал: Използвайте само техници за ултразвуково изпитване от ниво II и III с опит в инспекцията на анизотропни материали като дуплексна неръждяваща стомана и завари.

3. Записване на данни: Записвайте всички A-скани и, при PAUT/TOFD, пълни секторни скани. Това позволява ретроспективен анализ и второ мнение относно трудноинтерпретируемите индикации.

4. Корелация с други НDT: Когато има съмнение, съпоставяйте резултатите от ултразвуковия контрол с други методи. Тестът с проникващ разтвор (PT) е отличен за дефекти, достигащи до повърхността, докато рентгеновият контрол (RT) може да даде различна перспектива относно обемните дефекти.

Заключение

Ултразвуковият контрол на заваръчни шевове от дуплексна неръждяваща стомана изисква отклонение от стандартната практика. Успехът зависи от разбирането, че микроструктурата на материала не е просто свойство, което трябва да се измери, а основен фактор, който влияе директно на процеса на инспекцията. Използвайки напреднали техники като PAUT и TOFD, калибриране върху представителни еталонни блокове и разбиране на акустичните сигнатури на както дефектите, така и на аномалиите в микроструктурата, инспекторите могат надеждно да гарантират цялостността и работоспособността на критични компоненти от дуплексна неръждяваща стомана.