黄建明实战案例专栏 | 【案例40】巧用小角度纵波斜探头

文章来源:微信公众号:航空无损检测
40 巧用小角度纵波斜探头
   

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我在检测疲劳裂纹时无论是什么形状的结构(棒形、方形、圆形等),我都会根据裂纹的源头,按尺寸1:1作图画出入射角度,然后在真实的含有缺陷的试块或者模拟试块上的人工缺陷,用相控阵仪器测量出缺陷回波准确的入射角度,再向探头厂家订做这个特殊角度的纵波斜探头,最后在现场进行检测,基本上是探头在指定探伤位置点放稍微移动下,立即可以分辨出是否有裂纹,即简单快速又准确无误,而且不论谁去做结果都一样。



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实战案例专栏 /   案例40

2004 年香港某集装箱码头其中一种型号吊机的长拉杆螺栓,在其他国家使用过程出现断裂事故,香港码头公司在知道这种事故后,理所当然地立即要求对他们的吊机进行检测以防止同类事故发生。


码头公司找到我们去检测,我们在去之前在电话中简单地向他们查问了下长螺栓的情况,大概知道是直径56mmx2700mm长度,两端有螺纹各300mm长,他们也只知道拉杆螺栓有断裂,什么原因?具体在螺栓什么位置断裂都不清楚


无法得到详细的资料只根据我们自己以往经验判断,我们认为这种拉杆式的螺栓出现裂纹的位置,都是在两端有螺纹受力的位置,最好从两端进行扫查检测。


根据以往的经验带上仪器和探头就立即前往现场进行检测。


到达现场后我们再详细查看所有螺栓的分布位置,原来这种码头岸吊用的是箱体结构用长拉杆螺栓来连接,分前后两排,前排有8个螺栓后排有约20多个,尺寸都是一样的。(见图1、2)


(图1 长拉杆螺栓位置)

(图2 从螺栓顶端向下扫查)


时间紧迫码头公司希望我们不用搭棚就能做到检测,这就要求我们只能从螺栓的一个顶端面往下检测了。


在灵敏度设置时,我们通常会向客户要求提供一个同材质同尺寸的拉杆螺栓,我们在出现裂纹的位置做上人工缺陷来作对比试块。


可是今次在这么紧急的时间内客户告诉我们无法提供,怎么办?难道不做吗


好用最简单的方法所有被检测的螺栓进行对比找出不同的之处。


我们先用0º直探头进行扫查,设置3000mm量程,第一次扫查时我们用0º直径Ø20mm2.5MHz直探头,未见任何缺陷信号。


再换上3.5º 2.5MHz纵波小角度探头,由于之前用的是直探头是纵波,即两者声速都一样,只是两者的声程有点差别,不会影响探伤


由于这拉杆直径只有56mm相对2700mm就显得是长距离和小直径的细长轴,这样会使声波衰减较大,3.5° 2.5MHz纵波小角度探头更加明显,我们是把仪器所有的增益都用上,例如:仪器总dB值是100dB我们就用100dB。


发现有可疑信时再降下底波80%高度来确定是否缺陷。


正常没有缺陷时的波形(见图3),发现有可疑信号的(见图4)。


(图 3 正常没有裂纹时的回波)

(图 4 有裂纹的回波)


部检测后我们发现靠前排位置的8个螺栓大多数有问题,分别在1900mm位置有可疑回波。


经过计算发现这个信号不在有螺纹的位置,感到很奇怪,反复进行测试对比只有靠前排的螺栓有这些信号,再看看吊机的结构,很明显前排与后排比较显得单薄,我们在吊机上工作时都感觉到前排摇晃的比较厉害,也就是说前排比较受力,再查问其他国家出现断裂是什么位置,我得到的答复正是前排的螺栓也是靠下面1900mm的位置


已经很明确有问题了所以我们建议他们把发现有问题的螺栓全部拆卸


码头公司不敢怠慢立即拆卸,拆卸后清楚可见一偏心约1/2圈至3/4圈的环形腐蚀槽,宽度约2.74至3.0mm深度最深处3至5mm不等,出现在从顶端向下1900mm的位置,(见图5、图6)


(图 5 回波在1900mm的位置)

(图6 拆卸后清楚可见一环形槽)


根据我们以前的经验正常断裂都是在有螺纹的位置,它却在光身螺杆上这是很少见。


我看到这位置刚好是两箱体连接的位置,正好有个环形类似垫圈介子,是否由它引起呢?什么原因造成的我们就不去查究了,留待厂家和疲劳失效的专家去分析好了。


要问的是为什么用0°Ø20mm2.5MHz纵波直探头见不到这个环形槽的缺陷信号?而3.5° Ø20mm 2.5MHz纵波小角度探头却能有效地检测出来?


为什么小角度纵波探头才能发现这种缺陷


我再次回到现场用其他纵波角度去针对1900mm位置的环形槽扫查效果大打折扣,6.5°稍有微弱的回波,其他10°、12°、16°和21°等纵波斜探头完全没法发现,而且还出现难以解释的回波,真是乱七八糟无法分辨。


让我想起我曾经在为香港一家国外品牌电梯公司的检测人员,进行超声波检测电梯轴培训时,我看到他们公司的扫描程序中就规定主要使用三个探头,一个是0°直探头和二个小角度纵波斜探头分别是3°和6.5°,正常操作时多数用3°,我也用过效果很好。


再仔细比较电梯轴这螺栓,螺栓除了两端有螺纹外基本上是一条长棒形,电梯轴绝大多数也是一条长棒形,两者的共同点都是全长直径一致的长棒形,检测也是只能从两个端面检测


长棒形螺栓或电梯轴出现环周向裂纹,也就是一种直角内的反射,超声束入射到直角内,若未发生波型转换,则声波被两个平面反射后仍平行于入射束反射回来,反射声波是非常强烈的。


小角度在检测棒形材料时另外有个声波「聚束」的效果,得到更强的反射回波。


因为环形周向裂纹缺陷在声波以倾斜角度射入时会形成扇形聚束效果得到强烈的反射回波,所以有时候很小的裂纹也能有效地检测出来。


这个案例告诉:我们在检测长条棒形工件时,一定要考虑使用小角度的纵波斜探头,否则会有漏检的可能。


外我在检测疲劳裂纹时无论是什么形状的结构(棒形、方形、圆形等),我都会根据裂纹的源头,按尺寸1:1作图画出入射角度,然后在真实的含有缺陷的试块或者模拟试块上的人工缺陷,用相控阵仪器测量出缺陷回波准确的入射角度,再向探头厂家订做这个特殊角度的纵波斜探头,最后在现场进行检测,基本上是探头在指定探伤位置点放稍微移动下,立即可以分辨出是否有裂纹,即简单快速又准确无误,而且不论谁去做结果都一样。



关于作者



黄建明 长期从事在役无损检测技术工作近40年。任职于香港安捷材料试验有限公司,北京理工大学珠海学院“应用物理(无损检测方向)”本科专业兼职教授。美国焊接学会会员,美国无损检测学会会员,中国机械工程学会会员暨无损检测分会理事。英国焊接和无损检测人员考试发证章程(CSWIP)焊接检验督察,英国无损检测人员考试发证章程(PCN)II级焊缝射线照相评片员,美国焊接学会(AWS)高级焊接检验督察,AWS焊接导师,美国无损检测学会(ASNT)NDT检验师-UT、RT、MT、ET III级(高级)技术资格,中国机械工程学会无损检测分会RT、UT 3级(高级)技术资格。


联系方式:

邮箱:kmwong@aes.hk

公司:香港安捷材料试验有限公司 


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