EN
AR
BG
HR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
HI
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
VI
TH
TR
GA
CY
BE
IS
Ультразвуковой контроль сварных швов дуплексной стали: определение соотношения феррита и аустенита и возможных дефектов
Ультразвуковой контроль сварных швов дуплексной стали: определение соотношения феррита и аустенита и возможных дефектов
Дуплексные нержавеющие стали являются основой современной промышленности, ценятся за исключительную прочность и устойчивость к коррозии. Однако их сложная двухфазная микроструктура (аустенит и феррит) создает уникальные трудности для неразрушающего контроля (NDT). Ультразвуковой контроль (UT) играет ключевую роль в обеспечении целостности сварных швов из дуплексной стали, но требует глубокого понимания того, как свойства материала влияют на инспекцию. Это руководство предоставляет практическую основу для применения UT с целью оценки качества сварных швов и микроструктуры дуплексных нержавеющих сталей.
Почему ультразвуковой контроль критически важен для дуплексных сварных швов
Сварка дуплексной нержавеющей стали — это деликатное равновесие. Процесс должен достичь двух ключевых целей:
-
Сварной шов без дефектов: Без трещин, непроваров, пористости и включений.
-
Сбалансированная микроструктура: Сохранение баланса фаз приблизительно 50% аустенита и 50% феррита для сохранения механических свойств и устойчивости к коррозии.
Метод UT является основным для проверки первой цели. Однако вторая цель оказывает прямое влияние на сам контроль методом UT. Несбалансированная микроструктура может маскировать дефекты или создавать ложные индикации, поэтому понимание обеих целей является важным.
Вызов: Акустическая анизотропия в дуплексных микроструктурах
Основной проблемой при контроле дуплексных сталей является их акустическая анизотропия . Это означает, что скорость звуковых волн изменяется в зависимости от направления их распространения через кристаллическую структуру материала.
-
В изотропных материалах (например, стандартных аустенитных или ферритных сталях) звуковые волны распространяются с одинаковой скоростью во всех направлениях, что делает интерпретацию простой.
-
В анизотропных материалах (например, дуплексных сталях и сварных швах) звуковая волна может рассеиваться, отклоняться и расщепляться, что приводит к следующим явлениям:
-
Искривление луча: Звуковой луч может не распространяться по прямой линии, что затрудняет точное определение местоположения дефекта.
-
Ослабление: Потеря силы сигнала, уменьшающая проникающую способность и возможность обнаружения мелких или глубоких дефектов.
-
Высокий уровень шума: Сложная зернистая структура создает высокий уровень фонового "травяного" шума, который может скрывать реальные дефекты.
-
Эта анизотропия наиболее выражена в самом сварном металле, где структура, затвердевшая в определенном направлении, имеет крупные зерна, и степень ее проявления напрямую связана с балансом феррита и аустенита.
Метод УЗК: основные аспекты для дуплексных сталей
Чтобы преодолеть эти трудности, процедура УЗК должна быть тщательно разработана и аттестована.
1. Выбор оборудования и преобразователя:
-
Техника: Дифракция во время полета (TOFD) очень эффективен для двойных сварных швов, так как менее чувствителен к отклонению луча и обеспечивает отличные возможности измерения размеров плоскостных дефектов. Фазированный ультразвуковой контроль (PAUT) также превосходит традиционный ультразвуковой контроль благодаря способности генерировать несколько углов луча и предоставлять детализированные визуальные карты объема сварного шва.
-
Углы: Используйте более низкие преломленные углы (например, 45°) для улучшения отношения сигнал/шум. Стандартные датчики на 60° или 70° могут испытывать более значительное искажение луча.
-
Частота: Более низкая частота (например, 2 МГц) обеспечивает лучшее проникновение, но меньшее разрешение. Более высокая частота (например, 4-5 МГц) обеспечивает лучшее разрешение, но может страдать от большего затухания. Необходимо найти баланс в зависимости от толщины материала.
2. Калибровка и эталонные образцы:
-
Основная практика: Калибровка должна выполняться на эталонном образце, изготовленном из того же двойного сплава и формы поставки (например, труба, плита), что и проверяемая деталь.
-
Почему это важно: Использование эталонного блока из углеродистой стали приведет к существенным неточностям, поскольку акустическая скорость отличается. Дуплексный блок учитывает фактическую скорость звука и затухание в анизотропном материале.
3. Сканирование и интерпретация данных:
-
Операторы должны быть обучены различению:
-
Геометрических индикаций: Отражений от корня сварного шва, его поверхности или расточек.
-
Микроструктурного шума: Равномерный зернистый фоновый рисунок, вызванный зернистой структурой.
-
Реальных дефектов: Четких и четко выраженных индикаций, которые явно возвышаются над уровнем шума и могут быть прослежены при различных углах установки датчика.
-
Выявление микроструктурного дисбаланса с помощью УЗ
Хотя для количественного измерения фазового баланса требуются методы металлографической лаборатории (например, анализ точек), ультразвуковой контроль может обеспечить четкие качественные индикаторы проблемы:
| Наблюдение при ультразвуковом контроле | Потенциальная микроструктурная проблема |
|---|---|
| Чрезмерно высокий уровень шума | Заметно более высокий, чем ожидалось, фоновый шум может указывать на очень крупнозернистую микроструктуру, часто возникающую в результате перегрева при сварке или неправильной термообработки закалки в растворе . |
| Неожидательное затухание сигнала | Значительная потеря силы сигнала при прохождении через материал может указывать на наличие вторичных фаз (например, сигма-фаза, хи-фаза), образующиеся между 600-1000°C и чрезвычайно эффективно рассеивающие звуковые волны. |
| Несоответствие калибровки скорости | Затруднение получения чистой калибровки на эталонном блоке может быть признаком общей микроструктурной неоднородности и анизотропии исходного материала. |
Важное примечание: Если УЗ-контроль указывает на микроструктурную аномалию, это должно быть подтверждено разрушающими испытаниями (например, вырезкой образца для металлографического анализа). УЗ-контроль является инструментом предварительной проверки микроструктуры, а не окончательным измерением.
Распространенные дефекты сварки и их УЗ-признаки в дуплексной стали
| Тип дефекта | Типичное УЗ-индикация (в дуплексной стали) |
|---|---|
| Несплавление (LOF) | Непрерывная линейная индикация, обычно расположенная на корне шва или боковой стенке. Может выглядеть более тусклой или рассеянной, чем в углеродистой стали, из-за затухания. |
| Трещины | Резкая, с высокой амплитудой, часто "зазубренная" индикация. Трещины могут быть горячими трещинами (кристаллизационными) или обусловленными коррозионным растрескиванием под напряжением (SCC). TOFD отлично подходит для определения высоты трещины. |
| Поры/скопления | Несколько мелких точечных индикаций внутри тела сварного шва. Изолированная пористость обычно безвредна, но скопления пор могут снизить усталостную прочность. |
| Включения (вольфрам) | Резкая индикация с высокой амплитудой. Вольфрамовые включения, возникающие из-за износа электрода, особенно плотные и создают очень сильный сигнал. |
Рекомендации для надежного контроля
-
Квалификация процедуры: Аттестуйте УЗ-процедуру на макете, содержащем реальные, типичные дефекты (например, пильные пропилы, надрезы ЭЭМ) и участки с известным микроструктурным дисбалансом.
-
Подготовленный персонал: Используйте только техников УЗК уровней II и III, имеющих конкретный опыт контроля анизотропных материалов, таких как дуплексная нержавеющая сталь и сварные швы.
-
Запись данных: Записывайте все А-развертки, а для ПАУЗК/ТОФД — полные секторные сканирования. Это позволяет проводить ретроспективный анализ и получать второе мнение по сложным для интерпретации индикациям.
-
Корреляция с другими методами НК: В случае сомнений следует сопоставлять результаты ультразвукового контроля с результатами других методов. Метод проникающей жидкости (ПТ) отлично подходит для выявления поверхностных дефектов, тогда как радиографический контроль (РТ) позволяет по-другому взглянуть на объемные дефекты.
Заключение
Ультразвуковой контроль сварных швов из дуплексной нержавеющей стали требует отказа от стандартных подходов. Успех зависит от понимания того, что микроструктура материала — это не просто измеряемое свойство, а фундаментальная переменная, влияющая на саму процедуру контроля. Используя передовые методы, такие как фазированные решетки (PAUT) и дифракционное времяпролетное измерение (TOFD), выполняя калибровку на репрезентативных эталонных блоках и понимая акустические характеристики как дефектов, так и микроструктурных аномалий, инспекторы могут надежно обеспечивать целостность и работоспособность критически важных компонентов из дуплексной нержавеющей стали.
