呂香慧,張 宇,樓 淼,胡新東

(西北核技術(shù)研究所,西安 710024)

傳統(tǒng)的渦流檢測(cè)只是采用單一的較高頻率的線圈檢測(cè)導(dǎo)體表面或近表面的缺陷[1],適用于檢查容器及結(jié)構(gòu)件等母材上的裂紋。因焊縫在高溫熔合時(shí)產(chǎn)生的劇烈的鐵磁性變化,出現(xiàn)雜亂無序的磁疇干擾,使焊縫上裂紋的渦流檢測(cè)十分困難,高低不平的焊冠和母材與焊接填充材料的差異等也是導(dǎo)致其難以檢測(cè)的主要因素[2]。針對(duì)這一問題,筆者應(yīng)用WELD SCOPE焊縫裂紋探傷儀[3],對(duì)帶有機(jī)涂層的16MnR鋼焊縫進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 表面涂層厚度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

1.1.1 試驗(yàn)步驟

(1)設(shè)計(jì)加工人工裂紋試件。

(2)準(zhǔn)備已知厚度的非金屬涂層模擬墊片。

(3)在試件上未覆蓋模擬涂層前先進(jìn)行渦流檢測(cè),記錄裂紋檢出情況。

(4)在試件上覆蓋不同厚度的模擬涂層,分別對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè),并記錄可檢出臨界裂紋深度。

(5)將試件覆蓋模擬涂層前后的裂紋檢出情況進(jìn)行對(duì)比。

(6)數(shù)據(jù)總結(jié)分析。

1.1.2 試件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)加工人工裂紋試件一組。試件材質(zhì)為16MnR,寬度為80 mm,厚度為6 mm,采用電火花方式在試件表面切割人工裂紋。

裂紋與試件表面垂直,相鄰裂紋間距為10 mm。考慮目前業(yè)界加工裂紋的能力,加工最淺裂紋為0.05 mm,最深裂紋為5 mm。為保證檢測(cè)結(jié)果的可比性,1號(hào)和2號(hào)試件上的人工裂紋的長(zhǎng)度和寬度一致,3號(hào)試件上6個(gè)深度的人工裂紋的長(zhǎng)度和寬度一致。各試件加工裂紋參數(shù)詳見表1。

1.1.3 模擬涂層選取

根據(jù)JB/T 10658—2006標(biāo)準(zhǔn)[4],渦流檢測(cè)的靈敏度與探頭和被測(cè)表面的接近程度有關(guān),磁性或非磁性材料表面涂覆非導(dǎo)電物質(zhì),其作用相當(dāng)于加大了探頭與被測(cè)材料表面之間的距離,因此在試件表面較平整的情況下,可采用已知厚度的非導(dǎo)體彈性墊片來模擬涂層。試驗(yàn)采用對(duì)比試件的表面粗糙度Ra≤3.2μm,表面較平整,分別采用厚度為20,188,500和1000μm的非導(dǎo)體彈性墊片代替涂層。

表1 各試件加工裂紋參數(shù)表

1.2 不同焊縫類型表面裂紋檢測(cè)試驗(yàn)

1.2.1 試驗(yàn)步驟

(1)設(shè)計(jì)三種不同結(jié)構(gòu)的焊縫試件。

(2)對(duì)試件進(jìn)行滲透檢測(cè),記錄缺陷檢出情況。

(3)在試件上無漆層時(shí)先進(jìn)行渦流檢測(cè),記錄缺陷檢出情況。

(4)在試件上刷涂防銹漆,并用涂層測(cè)厚儀測(cè)量被檢部位涂層的實(shí)際厚度,記錄該實(shí)測(cè)值。

(5)每刷涂一層防銹漆后對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè),并記錄缺陷檢出結(jié)果。

(6)試驗(yàn)總結(jié)分析。

1.2.2 試件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)加工縱焊縫、角接及 T型接頭環(huán)焊縫,模擬焊接試件(圖1)。試件材質(zhì)為16MnR,厚度為14mm。縱焊縫試件與角接接頭環(huán)焊縫試件接合處的母材開V型坡口,坡口角度為60°;T型接頭環(huán)焊縫試件接合處的母材開單邊V型坡口,坡口角度為30°,焊接方式為手工電弧焊,焊縫成型過程中除加工裂紋外,還有氣孔、咬邊等其他表面常見缺陷,焊縫表面保留余高,經(jīng)打磨與母材圓滑過渡。

1.2.3 缺陷的滲透檢測(cè)結(jié)果

為便于檢測(cè)結(jié)果的比較,分別對(duì)3個(gè)焊縫試件進(jìn)行了滲透檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果見圖2。

1.2.4 焊縫表面涂層

由于焊縫表面保留余高,且有咬邊等缺陷,非導(dǎo)體彈性墊片與焊縫金屬表面難以良好接觸,因此,試驗(yàn)時(shí)在模擬試件焊縫表面直接刷涂非金屬防銹漆。參照人工裂紋試驗(yàn),在試件焊縫表面共刷涂?jī)蓪臃冷P漆,平均厚度約500μm。對(duì)每個(gè)試件選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行涂層厚度測(cè)量,實(shí)測(cè)值見表2。

表2 模擬試件表面涂層厚度檢測(cè)表μm

圖2 不同焊縫模擬試件的滲透檢測(cè)結(jié)果

表3 人工裂紋試件的渦流檢測(cè)結(jié)果表

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同涂層厚度及裂紋深度試件檢測(cè)結(jié)果

人工裂紋試件檢測(cè)結(jié)果見表3。由表可知,隨著涂層厚度的增加,電磁渦流法檢出裂紋的能力有所降低,但對(duì)于一定尺寸的裂紋,一定厚度的涂層并不影響該方法的檢測(cè)能力。對(duì)尺寸為5mm(長(zhǎng))×0.2mm(寬)的表面裂紋,當(dāng)試件表面涂層厚度≤188μm時(shí),該方法可以檢出的最淺裂紋為0.05mm;當(dāng)涂層厚度≤1000μm 時(shí),該方法可以檢出的最淺裂紋為0.1mm。對(duì)較小的2mm(長(zhǎng))×0.13mm(寬)的表面裂紋,當(dāng)涂層厚度≤500μm時(shí),該方法可以檢出最小深度為0.1mm的裂紋。

2.2 不同類型焊縫試件檢測(cè)結(jié)果

通過對(duì)三種模擬焊接試件進(jìn)行電磁渦流檢測(cè),經(jīng)與滲透檢測(cè)結(jié)果對(duì)比,認(rèn)為一定厚度的漆層對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響不大,但隨著涂層厚度的增加,缺陷的波幅稍有降低。由于焊接形成的裂紋的深寬比遠(yuǎn)大于人工裂紋的深寬比,當(dāng)焊縫表面平均涂層≤500μm時(shí),焊縫表面的所有裂紋以及咬邊等缺陷仍可檢出。圖3～5分別為角接環(huán)焊縫試件上不同缺陷在無漆層、116μm漆層和516μm漆層的時(shí)基圖。

3 結(jié)論

圖3 裂紋

試驗(yàn)表明,電磁渦流法能穿透焊縫表面非金屬防腐涂層,對(duì)焊縫表面裂紋、氣孔和咬邊等缺陷進(jìn)行檢測(cè),可用于在役壓力容器及重要設(shè)備焊縫部位的快速掃查。但需要注意的是,在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),該方法檢測(cè)結(jié)果的可靠性依賴于探頭與被測(cè)表面之間的距離、探頭與裂紋之間的夾角等,因此,該方法對(duì)操作人員的要求較高。對(duì)焊縫外形較規(guī)整的被檢區(qū)域,可以考慮設(shè)計(jì)探頭夾具,夾具的外形與實(shí)際被檢對(duì)象的形面基本一致,以保證探頭的平穩(wěn)掃查,減小人為因素的影響,確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

[1]徐可北,周俊華,等.渦流檢測(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2]林俊明,張開良,林發(fā)炳,等.焊縫表面裂紋渦流檢測(cè)技術(shù)[J].中國(guó)鍋爐壓力容器安全,2005,20(6)：33-36.

[3]劉凱,沈功田.帶防腐層焊縫疲勞裂紋的快速探傷[J].中國(guó)鍋爐壓力容器安全,2004,20(6)：29-32.

[4]JB/T10658—2006 基于復(fù)平面分析的焊縫渦流檢測(cè)[S].