不銹鋼堆焊層結構超聲TOFD檢測參數(shù)優(yōu)化實驗研究.pdf

1、奧氏體不銹鋼堆焊層結構以其優(yōu)良的耐熱、耐蝕、耐磨等性能在核電、化工等行業(yè)得到廣泛應用，由于其內部容易產生裂紋等缺陷，因此需要使用無損檢測技術對其進行評價。超聲衍射時差法（Time of Flight Diffraction，TOFD）基于惠更斯原理，通過計算超聲波在缺陷上下尖端發(fā)生衍射時聲波傳播時間差來對缺陷進行檢測，此方法定量精度高，對線型和面積型缺陷較敏感，檢測與缺陷取向無關。針對奧氏體不銹鋼堆焊層結構超聲TOFD檢測過程中衰減系數(shù)

2、較大、信噪比較低等特點，提出通過參數(shù)優(yōu)化實現(xiàn)對堆焊層結構缺陷的準確定位及定量。研究對象為帶有奧氏體不銹鋼堆焊層的合金鋼試塊。其中，合金鋼母材厚度范圍55.0mm～60.0mm;堆焊層材料厚度范圍10.0mm～15.0mm。主要采用實驗方法，圍繞探頭頻率、晶片尺寸、探頭角度和探頭中心間距等參數(shù)開展實驗研究，主要研究內容如下:
　　(1)首先對堆焊層試樣進行金相分析，并測量其聲速、衰減系數(shù)等參數(shù)。結果表明，奧氏體不銹鋼堆焊層組織晶粒尺

3、寸范圍為幾十至幾百微米。平均衰減系數(shù)0.17dB/mm～0.22dB/mm，平均聲速5804m/s～5906m/s。
　　(2)探頭頻率主要影響檢測分辨率，增大探頭頻率，發(fā)射脈沖寬度變窄，檢測分辨率提高，但衰減增大。探頭角度主要影響表面盲區(qū)，增大探頭角度，聲束覆蓋范圍增大，上表面盲區(qū)減小，但由于探頭角度過大時，衍射波幅值較低，因此為減小上表面盲區(qū)，選擇70°楔塊較合適。晶片尺寸主要影響聲束擴散角，初次掃查時，為獲得較大的聲束覆蓋范

4、圍，應選擇較小晶片尺寸。探頭中心間距主要影響聲束分辨力，增大探頭中心間距，聲束覆蓋范圍增大，聲束分辨力降低。優(yōu)化實驗結果表明，通過使用頻率為2.25MHz～5MHz，角度為45°～60°，晶片尺寸為3mm～10mm的探頭，可以實現(xiàn)對堆焊層與母材界面和堆焊層內橫通孔缺陷進行有效檢測。
　　(3)在檢測參數(shù)優(yōu)化基礎上，使用直接定量、頻譜分析、-6dB等方法，分別對母材中深度3.0mm表面開口槽缺陷;母材中深度10.0mm、20.0mm