Testarea cu Ultrasunete a Sudurilor din Oțel Dublex: Identificarea Echilibrului dintre Ferită și Austenită și a Defectelor Potențiale

Testarea cu Ultrasunete a Sudurilor din Oțel Dublex: Identificarea Echilibrului dintre Ferită și Austenită și a Defectelor Potențiale

Oțelurile inoxidabile duplex sunt un pilon fundamental al industriei moderne, apreciate pentru rezistența lor excepțională și pentru rezistența la coroziune. Cu toate acestea, microstructura lor complexă bifazică (austenită și ferită) prezintă provocări unice pentru testarea nedistructivă (TND). Testarea ultrasonică (UT) este un instrument esențial pentru asigurarea integrității sudurilor din oțel duplex, dar necesită o înțelegere aprofundată a modului în care proprietățile materialului influențează inspecția. Acest ghid oferă un cadru practic pentru utilizarea UT în evaluarea calității sudurilor și a microstructurii în oțelurile inoxidabile duplex.

De ce testarea ultrasonică este esențială pentru sudurile duplex

Sudarea oțelului inoxidabil duplex este un act de echilibru delicat. Procesul trebuie să atingă două obiective esențiale:

1. O Sudură Fără Defecte: Fără crăpături, lipsă de sudură, pori și incluziuni.

2. O Microstructură Echilibrată: Menținerea unui echilibru între faze de aproximativ 50% austenită și 50% ferită pentru a păstra proprietățile mecanice și rezistența la coroziune.

UT este metoda principală pentru verificarea primului obiectiv. Totuși, al doilea obiectiv influențează direct inspecția UT în sine. O microstructură neechilibrată poate masca defectele sau crea indicații false, motiv pentru care este esențială o înțelegere aprofundată a ambelor aspecte.

Provocarea: Anizotropia acustică în microstructurile duplex

Principala provocare în inspectarea oțelurilor duplex este anizotropia acustică . Aceasta înseamnă că viteza undelor sonore se modifică în funcție de direcția în care acestea se deplasează prin structura cristalină a materialului.

• În materialele izotrope (cum ar fi oțelurile austenitice sau feritice standard), undele sonore se deplasează cu o viteză constantă în toate direcțiile, ceea ce face interpretarea simplă.

• În materialele anizotrope (cum ar fi oțelurile duplex și sudurile), fasciculul sonor poate fi dispersat, deviat și divizat, ducând la:

  • Încovoierea fasciculului: Fasciculul sonor poate să nu se deplaseze în linie dreaptă, ceea ce face dificilă localizarea precisă a unei defecte.

  • Atenuare: Pierderea intensității semnalului, reducând capacitatea de penetrare și posibilitatea de a detecta defecte mici sau adânci.

  • Niveluri ridicate de zgomot: Structura complexă a granulelor creează un nivel ridicat de zgomot de fundal „iarbă”, care poate acoperi defectele reale.

Această anizotropie este cel mai pronunțată în metalul sudat în sine, unde structura solidificată direcțional are grăunți groși, iar severitatea acesteia este direct legată de echilibrul dintre ferită și austenită.

Procedură UT: Considerații importante pentru oțelurile duplex

Pentru a depăși aceste provocări, procedura UT trebuie proiectată și calificată cu grijă.

1. Alegerea echipamentului și a traductoarelor:

• Tehnica:  Time-of-Flight Diffraction (TOFD) este foarte eficientă pentru sudurile duplex, deoarece este mai puțin sensibilă la devierea fasciculului și oferă o capacitate excelentă de dimensionare a defectelor planare. Tehnica Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT) este, de asemenea, superioară testării ultrasonice convenționale datorită capacității sale de a genera mai multe unghiuri de fascicul și de a furniza hărți vizuale detaliate ale volumului sudurii.

• Unghiuri: Utilizați unghiuri refractate mai mici (de exemplu, 45°) pentru a îmbunătăți raportul semnal/zgomot. Probecile standard de 60° sau 70° pot înregistra o distorsiune mai semnificativă a fasciculului.

• Frecvență: O frecvență mai joasă (de exemplu, 2 MHz) oferă o penetrare mai bună, dar o rezoluție mai scăzută. O frecvență mai mare (de exemplu, 4-5 MHz) oferă o rezoluție mai bună, dar poate suferi din cauza atenuării mai mari. Trebuie găsit un echilibru, în funcție de grosimea materialului.

2. Calibrare și blocuri de referință:

• Practică esențială: Calibrarea trebuie efectuată pe un bloc de referință realizat din același tip duplex și formă de produs (de exemplu, țeavă, placă) ca și componenta care urmează să fie inspectată.

• De ce este important: Utilizarea unui bloc de referință din oțel carbon va duce la inexactități semnificative, deoarece viteza acustică este diferită. Blocul duplex ia în considerare viteza reală a sunetului și atenuarea din materialul anizotropic.

3. Scanare și interpretarea datelor:

• Operatorii trebuie să fie instruiți pentru a face diferența între:

  • Indicații geometrice: Reflexii de la rădăcina sudurii, partea superioară sau alezajele.

  • Zgomot microstructural: Modelul de fund consistent și punctat, provocat de structura granulară.

  • Defecte reale: Indicații clare și distincte care se ridică vizibil deasupra nivelului de zgomot și pot fi urmărite prin diferite unghiuri ale probei.

Identificarea dezechilibrului microstructural prin UT

Deși măsurarea cantitativă a echilibrului de fază necesită tehnici de laborator metalografice (de exemplu, analiza prin numărare de puncte), UT poate oferi indicatori calitativi importanți ai unei probleme:

Notă importantă: Dacă examinarea ultrasonoră (UT) sugerează o anomalie microstructurală, aceasta trebuie confirmată prin teste distructive (de exemplu, tăierea unei epruvete pentru analiză metalografică). UT este un instrument de triere pentru microstructură, nu o măsurare definitivă.

Defecte comune ale sudurii și semnăturile lor UT în oțelul duplex

Practici recomandate pentru o inspecție fiabilă

1. Calificarea Procedurii: Calificați procedura UT pe un model care conține defecte reale și reprezentative (de exemplu, tăieturi cu ferăstrăul, crestături EDM) și zone cu dezechilibru microstructural cunoscut.

2. Personal calificat: Utilizați doar tehnicieni UT de nivel II și III, cu experiență specifică în inspecția materialelor anizotrope precum oțelul inoxidabil duplex și sudurile.

3. Înregistrarea datelor: Înregistrați toate scanările A și, pentru PAUT/TOFD, scanări complete ale sectorului. Acest lucru permite analiza retrospectivă și obținerea unor a doua opinie privind indicațiile dificile de interpretat.

4. Corelarea cu alte metode NDT: Atunci când există îndoieli, corelați rezultatele testelor ultrascurte cu alte metode. Testarea cu lichid penetrant (PT) este excelentă pentru detectarea defectelor superficiale, în timp ce testarea radiografică (RT) poate oferi o perspectivă diferită asupra defectelor volumetrice.

Concluzie

Testarea ultrasonică a sudurilor din oțel inoxidabil duplex necesită o abatere de la practica standard. Succesul depinde de recunoașterea faptului că microstructura materialului nu este doar o proprietate de măsurat, ci o variabilă fundamentală care afectează inspecția însăși. Utilizând tehnici avansate precum PAUT și TOFD, calibrarea pe blocuri de referință reprezentative și înțelegerea semnăturilor acustice ale defectelor, precum și ale anomaliilor microstructurale, inspectorii pot asigura în mod fiabil integritatea și performanța componentelor critice din oțel inoxidabil duplex.