Ultralydtesting av duplexstålhefter: Identifisering av ferritt-austenitt-balansen og potensielle feil

Ultralydtesting av duplexstålhefter: Identifisering av ferritt-austenitt-balansen og potensielle feil

Duplex rustfrie stål er en hjørnestein i moderne industri, verdsatt for sitt ekstraordinære styrke og korrosjonsbestandighet. Likevel stiller deres komplekse tofasers mikrostruktur (austenitt og ferritt) unike utfordringer for ikke-destruktiv testing (NDT). Ultralydtesting (UT) er et kritisk verktøy for å sikre integriteten til duplex stålsveiser, men krever en grundig forståelse av hvordan materialets egenskaper påvirker inspeksjonen. Denne guiden gir en praktisk ramme for bruk av UT til å evaluere både sveikvalitet og mikrostruktur i duplex rustfrie stål.

Hvorfor ultralydtesting er kritisk for duplex-sveiser

Sveising av duplex rustfritt stål er en skrøpelig balansekunst. Prosessen må oppnå to nøkkelmål:

1. En feilfri sveises Fritt for revner, manglende fusjon, porer og inklusjoner.

2. En balansert mikrostruktur: Opprettholde en fasebalanse på omtrent 50 % austenitt og 50 % ferritt for å bevare mekaniske egenskaper og korrosjonsbestandighet.

UT er den primære metoden for å bekrefte det første målet. Det andre målet påvirker imidlertid UT-inspeksjonen direkte. En ubalansert mikrostruktur kan skjule feil eller skape falske indikasjoner, noe som gjør en grundig forståelse av begge avgjørende faktorer nødvendig.

Utfordringen: Akustisk anisotropi i duplexmikrostrukturer

Den primære utfordringen ved inspeksjon av duplexstål er deres akustiske anisotropi . Dette betyr at lydhastigheten endrer seg avhengig av hvilken retning bølgene beveger seg gjennom materialstrukturen.

• I isotrope materialer (som standard austenittisk eller ferrittisk stål) beveger lydbølger seg med konstant hastighet i alle retninger, noe som gjør tolkningen enkel.

• I anisotrope materialer (som duplexstål og sveisjer) kan lydbølgen spres, vride og dele seg, noe som fører til:

  • Bølgebøyning: Lydbølgen kan ikke bevege seg i en rett linje, noe som gjør det vanskelig å nøyaktig lokalisere en feil.

  • Dempling: Tap av signalstyrke, som reduserer penetreringsevnen og muligheten til å finne små eller dyptliggende feil.

  • Høye støynivåer: Den komplekse kornstrukturen skaper et høyt nivå av bakgrunnsstøy, som kan gjøre det vanskelig å skille ut reelle feil.

Denne anisotropien er mest utpreget i selve sveisen, der den retningsorienterte strukturen har grove korn, og alvorlighetsgraden er direkte knyttet til forholdet mellom ferritt og austenitt.

UT-prosedyre: Nøvektige hensyn for duplexstål

For å overkomme disse utfordringene må UT-prosedyren utformes og godkjennes nøye.

1. Utstyr og transduktorseleksjon:

• Teknikk:  Time-of-Flight Diffraction (TOFD) er svært effektiv for duplex-sveiser siden den er mindre følsom for stråleforstyrrelser og gir utmerkede måleegenskaper for planære feil. Fasekontrollert ultralydtesting (PAUT) er også bedre enn konvensjonell ultralydtesting på grunn av sin evne til å generere flere strålevinkler og gi detaljerte visuelle kart over sveisevolumet.

• Vinkler: Bruk lavere refrakterte vinkler (f.eks. 45°) for å forbedre signalthøyde-for-støyforholdet. Standard 60° eller 70°-sonder kan oppleve mer betydelig stråleforvrengning.

• Frekvens: En lavere frekvens (f.eks. 2 MHz) gir bedre gjennopptrengning, men lavere oppløsning. En høyere frekvens (f.eks. 4–5 MHz) gir bedre oppløsning, men kan lide av høyere demping. Det må finnes en balanse basert på materialets tykkelse.

2. Kalibrering og referanseblokker:

• Essensiell praksis: Kalibrering må utføres på en referanseblokk laget av samme duplex-kvalitet og produktform (f.eks. rør, plate) som komponenten som inspiseres.

• Hvorfor det er viktig: Bruk av en referanseblokk i karbonstål vil føre til betydelige unøyaktigheter fordi den akustiske hastigheten er forskjellig. Duplex-blokken tar hensyn til den faktiske lydhastigheten og dempingen i det anisotrope materialet.

3. Søking og tolkning av data:

• Operatører må være opplært i å skille mellom:

  • Geometriske indikasjoner: Refleksjoner fra sveiseføtter, deksler eller senket hull.

  • Mikrostrukturell støy: Det jevne, prikkete bakgrunnsmønsteret som skyldes kornstrukturen.

  • Ekte feil: Skarpe, tydelige indikasjoner som tydelig stikker ut over støygrunnflaten og kan følges over forskjellige probevinkler.

Identifisering av mikrostrukturubalanse via ultralydtesting

Mens kvantitativ fasebalanse-måling krever metallografiske lab-teknikker (f.eks. punkttellingsanalyse), kan ultralydtesting (UT) gi sterke kvalitative indikasjoner på et problem:

Viktig merknad: Hvis UT indikerer en mikrostrukturavvik må dette bekreftes ved destruktiv testing (f.eks. kutting av prøvestykke for metallografisk analyse). UT er et screeningsverktøy for mikrostruktur, ikke en endelig måling.

Vanlige sveisesvakheter og deres UT-signaturer i duplexstål

Anbefalte praksisser for pålitelig inspeksjon

1. Proseduresertifisering: Sertifiser UT-prosedyren på en modell som inneholder ekte, representativfeil (f.eks. sagkutt, EDM-spor) og områder med kjent mikrostrukturubalanse.

2. Opplært personell: Bruk kun nivå II og nivå III UT-teknikere med spesifikk erfaring i å inspisere anisotrope materialer som duplex rustfritt stål og sveiser.

3. Dataregistrering: Registrer alle A-scans og, for PAUT/TOFD, fullstendige sektorskanninger. Dette tillater retrospektiv analyse og andre meninger om vanskelig tolkbare indikasjoner.

4. Sammenheng med andre NDT: Når det er tvil, skal UT-resultater korrelateres med andre metoder. Væskeinntrengningstesting (PT) er utmerket for overflatebruddfeil, mens radiografisk testing (RT) kan gi et annet perspektiv på volumetriske feil.

Konklusjon

Ultralydtesting av duplex rustfrie stål-sveiser krever en avvik fra standardpraksis. Suksessen avhenger av å gjenkjenne at materialets mikrostruktur ikke bare er en egenskap som skal måles, men en grunnleggende variabel som påvirker inspeksjonen selv. Ved å bruke avanserte teknikker som PAUT og TOFD, kalibrere på representative referanseblokker og forstå de akustiske signaturer både for feil og mikrostrukturelle anomalier, kan inspektører påliteliggjøre integriteten og ytelsen til kritiske duplex rustfrie ståldeler.