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超声波检测碳精棒

时间：2017-10-13 点击：次来源：网络作者：佚名 - 小 + 大

碳精棒是一种非金属材料，在电炉炼钢中是一种重要的消耗材料。它的晶粒粗大，分子间隙较大，表面较粗糙。其常见缺陷是气孔，夹渣和裂纹。本文从NDT方面来探讨其检测方法和探伤工艺。
　　根据无损检测的理论基础可知：涡流探伤、磁粉探伤、渗透探伤均不适合对碳精棒进行检测，而使用X射线，因碳精主要成分是碳元素，它对X射线吸收系数极小，易产生康普顿散射，又因其晶粒粗，分子间隙大，缺陷在底片上的灵敏度极低，所以漏检率很高，也不适合对其检验。
　　根据碳精棒的特点，从超声波理论和石墨碳衰减的频率特性曲线可知，只要解决了设备问题、超声波在传播过程中的衰减问题和超声波探伤的耦合问题，使用超声波检测碳棒是完全可行的。
　　1设备及材料10050碳精棒CTS-25型非金属超探仪探头三种：50KC-28100KC-40250KC-40合方式：高致密度薄膜、机油、甘油环氧树脂和乙二胺制作的延迟块2实验方法2.1延迟块因使用探头直径较大，材料曲率较大，探头与棒材直接接触面较小，声能损失较多，易激发表面复型波，使用延迟块可以大大缩减近场区，使声能较集中，同时避免变形波。
　　50KC-28h=/2=29mm100KC-40h=/2=14.5mm250KC-40h=/2=5.8mm当h=n/2时，超声波的透过率最大。
　　1.探头2.延迟块3、4.薄膜加机油探头延迟块示意图2.2试块制作在工件无缺陷部位截取3～5节试棒，规格50×70mm，采用中间疏、周边密集和1/5R间距原则，钻3×30mm长横孔，其钻孔理论推导较繁，故本文不赘述，同时制作DAC曲线。
　　2.3声速测定利用CTS-25型时间读数装置，取一试样50×100mm，用50KC-28探头，测量超声波通过试样时间，并计算声速。
　　声速计算结果次数T1（s）T2（s）△T=T2-T1C=L/△TC平均值（m/s）11.637.235.6281021.637.736.1277031.636.835.228402800△T=T2-T1（1）式中T1―两探头相接，超声波不通过碳棒的时间T2―两探头通过碳棒对接超声波通过碳棒的时间△T―超声波在碳棒中传播时间C=L/△T（2）式中C―声速，m/sL―试件长度，mm2.4材料衰减系数的测定将发射和接收探头对接，调节衰减器，使基准为80满刻度，读出dB1；再将两探头通过试棒，使接收波仍调到80满刻度，读出dB2，然后计算出如下：材料衰减系数的测定探头dB1dB2L（mm）=（dB1-dB2）/L平均值50KC-2880473100.11100KC-4075383100.12250KC-4073373100.12=（dB1-dB2）/L（3）式中―超声波在碳棒中传播时的衰减系数，dB/mmdB1―两探头不通过碳棒对接的接受声压dB2―两探头通过碳棒对接时的接受声压L―碳棒长度，mm2.5频率及探头选择原则根据石墨碳的频率特性曲线，最好用16-200kHz频率探头，探头尺寸大，通过材料的声能也大，频率高，扩散角小，指向性好，发现远距离小缺陷的能力高，但近场长度较长。本文所使用的三种探头的N计算如下：N=D2/4（4）式中N―近场区长度D―探头晶片直径―波长=29/D（5）式中―半扩散角=C/f（6）式中C―声速f―探头振动频率sin=d/2R（7）式中―入射角R―探头晶片半径sin=sin×C碳/C环（8）式中―折射角C环―超声波在环氧树脂中的声速C碳―碳棒中的声速N（mm）50KC-2834°37°56°3.5100KC-4053°59°20°14.3250KC-4053°59°8.2°35.7注：C环=2700m/sC碳=2800m/s2.6“孔深―声压”曲线制作将两探头中心对准试棒不同孔深同一直径长横孔，调节仪器，使接收的声波为80满刻度，测量声压值。
　　同理：可做不同的探头，不同孔径；或相同的孔径，不同的探头；或相同的探头，不同的孔径的孔深―声压曲线。
　　2.7“孔径―声压曲线”制作将两探头中心对准同一深度位置不同孔径的长横孔测量其穿透声压调节仪器，使透过波声压为80满刻度，测量声压值孔径无孔11.522.5345dB4039.538.537.536353331.5。同理：可做不同探头，不同孔位；或相同探头，不同孔位；或不同探头，相同孔位的“孔径―声压”曲线。
　　3探伤工艺根据检测的碳棒的规格尺寸，选择恰当的探头，浇铸相应的延迟块，调整好仪器的扫描线，选择恰当的试块，进行穿透法超声波探伤。同时，缺陷信号参照“孔深―声压曲线”、“孔径―声压曲线”进行定量比较。
　　4结论与应用通过上述理论分析和实验验证，在本文条件下利用50KC-28探头能够发现1×30mm的长横孔，它与平底孔的当量为：长=2×4平/22x即：平=5mm采用100KC-40探头，可发现1.5×30mm长横孔，它与平底孔当量为：长=2×4平/22x即：平=4mm采用250KC-40探头，可发现2×30mm长横孔，它与平底孔当量为：长=2×4平/22x即：平=3mm本方法采用一发一收穿透法探伤，无始脉冲展宽等因素的影响，且杂波少，对缺陷回波的分辨容易，不易产生误判和漏判，为现场探伤人员提供了有利条件。
　　碳精棒是一种非金属材料，广泛应用于炼钢厂和电池生产厂，但是，目前尚无国家标准或其他行业标准对其无损检测方法和结论进行规定，而是采用破坏性抽样检测，对材料是一个损失，结论也不够准确。通过上述实验和一些理论探讨得出的结论在一些工厂中得到应用，对碳精棒的质量控制起到了一定的作用，但是，对它的研究还远远不够，本文只是起到一个抛砖引玉的作用。
　　5误差分析由于探头直径大，声速较宽，探伤灵敏度较低。
　　表面状态的不圆度以及耦合困难，造成超声波入射界面上的声能损失较大。
　　延迟块弧顶的轴线与上平面不平行，也是造成误差的一个因素。
　　工作人员操作时，因探头相互未在正面中心，以及其它人为因素，也是造成误差的原因之一。　

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