表面波在预弯机回程缸上的探伤应用

吕育栋　边晋　徐佳　陈方　王旺甫　张引祥

【摘 要】针对JCOE大口径直缝埋弧焊钢管生产过程中预弯机回程缸活塞杆断裂问题，笔者通过实践经验，采用超声表面波与渗透探伤相结合的方法对预弯机回程缸活塞杆进行实时探伤检测，克服了操作空间狭小，工况困难的不利因素，通过理论计算和实际试验数据结合，针对在役使用的活塞杆进行有效监控，提高了生产效率。

【关键词】预弯机;超声表面波探伤;扫描速度;波幅差;渗透探伤;裂纹

中图分类号： TU398.9 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）05-0092-002

钢板预弯机是直缝埋弧焊钢管生产线必不可少的重要设备之一。预弯的主要目的是完成钢板两边的预弯曲变形，使钢板两边的弯曲半径到达或接近所生产钢管规格的半径，从而保证钢管焊缝区域的几何形状和尺寸精度。我公司在生产直缝埋弧焊钢管使用的弯边工艺是压力式预弯。压力式预弯机通常采用两个C型机架按钢板中心线对称布置的结构，在每个机架上安装有固定的上模具和可上下移动的下模具，预弯机下模在预弯油缸的推动下向上运动，使钢板边缘弯曲，完成弯曲过程。然后下模具下降，钢板步进，进行第二步弯边，如此重复，按照规定程序步进式完成整张钢板的预弯边[1]。

1 压力式预弯机结构

压力式预弯机单侧结构，由两套三连缸组成，为预弯机提供压制力的为主缸，为下横梁提供回到原位的动力是回程缸。

压力式预弯机单边的压制力非常大，通常大于30MN，因此预弯设备在生产线上实际生产中经常发生回程缸活塞杆断裂问题。

常规检测中经常使用渗透探伤对预弯回程缸活塞杆进行探伤。由于使用过程中，时常发生剪切断裂.为了实时监控回程缸的是否存在变径处的疲劳裂纹，且预弯机在预弯过程中，操作空间狭小，操作人员做渗透探伤时的步骤繁琐，极其不方便。为了提高工作效率，可采用超声表面波进行在用过程中的实时检测。

2 表面波检测

2.1 表面波的产生

倾斜入射至界面上的纵波，当入射角大于第二临界角时，α≥αⅡ时，第二介质中既无折射纵波L"，又无折射横波S".这时在第二介质表面存在表面波R。产生表面波的入射角满足下式：sinαi=Cl1/Cr

Cl1：透声锲块中的纵波速度;Cr：被检材质的表面波速度;

用这种方法产生表面波的透声锲块，在检测钢材时一般采用有机玻璃制作，按照上式计算αi=63°。

3 表面波扫描速度的调整

超声表面波探伤时扫描速度调整很重要，是关系到判别缺陷的定位、定性是否准确的问题。探伤时扫描速度的调整在对比试块上进行。对比试块材料与被检活塞杆工件在材质、透声性、声速、声衰减等相同或相近。由于表面波不能在同一反射体上形成多次反射。调节时利用两个不同的反射体形成的两次发射波分别对准相应的水平刻度值来调节。如图所示：

探头置于图示位置，调节仪器使棱边A、B的反射波A波和B波分别对准水平刻度值40、65，这时表面波扫描速度1：1就调节完成。

4 探伤靈敏度的调整及缺陷的判别

采用2.5MHz、入射角度为63°、晶片尺寸为8X12mm的超声波换能器把纵波经波形转换成表面波，进行测试。将探头置于回程缸活塞杆上，使探头垂直对于被探杆体端部，探头前沿与端部保持在40mm处，得到端部回波，从表2中可查出端部回波与长度为6.5mm，深度为0.1mm的模拟裂纹回波波高差值为21dB。调整为满屏的100%之后，再增益21dB。探伤灵敏度则调整完毕，即可对预弯机回程缸活塞杆进行检测。

5 缺陷长度和深度的评定

在预弯机回程缸活塞杆的探伤过程中，如果发现缺陷，一般要求对缺陷进行长度和深度测量，以评价缺陷对杆体的危害程度。

缺陷的长度测量可参照超声检测规定的半波高度法测量缺陷的指示长度。缺陷的深度可通过上述试验，参照前面介绍的公式估算出缺陷的深度。同时可以采用单探头发进行与估算出的结果进行比对验证。在采用单探头发时的探伤波形与图4相似，t1对应的是C点反射波;t2是A点反射波;t3是底面反射波，裂纹深按照下式计算：

H=t2-t1

需要指出的是：（1）所测得裂纹深度实际是表面波沿裂纹面传播的距离，测得的裂纹深度h等于或大于实际裂纹深度h'（2）A点处变形横波有时可能接收不到。

6 影响表面波探伤的几个问题

（1）由于钢杆的曲面率的影响，为保证良好耦合，应将探头打磨成与活塞缸体曲面相吻合，提高相对接触面积。表面波在传播过程中产生的散射还是很大，其波幅衰减明显，易用频率低的表面波，一般选用2.5MHz.

（2）变径处的划伤反射波与过渡处的横向裂纹反射波声程相近，但幅度有较大的差异，可以作为粗探伤时确定缺陷有无的参考。如果有到影响缺陷判别，此时可采用金相砂纸对划伤处进行打磨，保证圆弧处圆滑过渡。

（3）相同灵敏度下，表面波对各种形状的实际缺陷反射能力明显不同，对于表面开口的线状缺陷，其反射能力强;对于圆滑、规则的体积型缺陷，其反射能力较弱;相同缺陷，当与表面波趋向成90°时，其反射能力最强;当与表面趋向成0°时，其反射能力最弱。

（4）回程缸活塞杆的表面波探伤在缺陷的定量和定性方面还做得不够细致，现场检测若发现可疑缺陷信号，或是对缺陷的定量和定性感到有困难时，应结合其他检验手段如渗透检验的方法进行验证。

（5）粘附于活塞杆表面的油污、铁锈、水垢以及与工件表面接触的其它物体，对表面波也有强烈的衰减作用。所以探伤前，将待检测工件表面可能影响探伤的划伤、油污等彻底清除干净。

【参考文献】

[1]翁宇庆，等.轧钢新技术3000问：管材分册[M].北京：中国科学技术出版社，2005.

[2]郑辉，林树青.超声检测（第2版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

[3]林介东，倪进飞.燃气轮机叶片的超声表面波探伤.中国电力，1997，30（7）：40-45.