发动机盘环件径轴向裂纹超声检测能力及影响因素分析

针对航空发动机盘环件超声检测中存在的径轴向裂纹取向不利导致检测困难的问题,采用力学加载方式制作含有长度为1.5～10 mm疲劳裂纹的试样,试验对比了纵波直入射缺陷回波法与底波监控法、纵波小角度斜入射缺陷回波法与底波监控法等4种方法对径轴向裂纹的检测能力,并分析了探头参数、裂纹位置等因素对检测能力的影响规律,最后在某涡轮盘上验证了方法的有效性。结果表明,纵波小角度斜入射底波监控法对径轴向裂纹的检测能力最强,使用焦距为89 mm的10 MHz聚焦探头并使声束以2°斜入射时,可检出试样中长为1.5～10 mm的疲劳裂纹,该方法对于接近焦点位置的裂纹检测效果更好。     

P91钢管对接焊缝层间裂纹的超声波检测

P91钢管在焊接过程中,若工艺控制不严,易产生层间微裂纹缺陷。该缺陷长度及高度尺寸均较小,单纯使用射线探伤易漏检。使用超声波检测时反射波高较低,按现有超声波探伤标准判伤,也易造成漏检或误判。通过对P91钢管对接焊缝层间裂纹缺陷的超声波检测及现场解剖实例介绍,提出了此类裂纹缺陷的有效检出方法和判伤建议,即进行射线检测的同时进行超声波检测,对于怀疑位置可进行TOFD检测复核。     

TOFD技术在球罐定期检验中的应用

在球罐定期检验中应用TOFD技术验证出的缺陷并通过对缺陷图谱的分析,再与常规方法检测结果比较,判断这些缺陷为疑似裂纹,经现场打磨结果为裂纹。经过三种检测结果与实际裂纹对比,认为检测球罐危险性缺陷,常规检测方法易漏检,采用TOFD检测效果更佳。     

一种基材钢板特殊危害性缺陷超声检测方法

对于中厚板(厚度为46mm+3mm)的钛钢复合板基材钢板,按合同要求进行超声波检测,基材钢板执行ASME SA578/SA578M-2017标准。超声波检测时基材钢板缺陷当量没有超标,但缺陷在钢板后期焊接时,引起焊缝次生缺陷,在焊接完成后用TOFD检测在图谱D扫中出现大量超标显示。通过采用不同的探伤灵敏度和检测方法,对该类缺陷进行预检,提高后期焊接TOFD检测合格率。通过对比检测实验,观察缺陷处的波型,以及缺陷出现的位置,确定该缺陷为一种特殊条状危害性缺陷。经解剖及对缺陷处打磨做磁粉检测或渗透检测,并追溯该钢板所用连铸坯制造过程,进一步确定了该钢板缺陷为条状夹杂。该夹杂在打磨或解剖后,经渗透检测复验,厚度截面具有类裂纹面状形貌特征。通过该检测案例表明:采用加强超声检测,即纵波双晶直探头增加20dB法或纵波单晶直探头试块标定法(扫查灵敏度不低于φ2×60-20dB)检测,通过观察缺陷波型和幅度状况,可以用超声波检测出钢板或复合板钢板中特殊危害性条状夹杂缺陷。     

TOFD检测中采用二次波评定近扫查面缺陷尺寸的方法

在TOFD检测过程中,因直通波宽度而产生的近扫查面盲区对检测影响很大。为精确定量位于近扫查面盲区的缺陷,制作了人工缺陷试块,对其采用常规TOFD以及TOFD二次波分别进行扫查。对比两种扫查方式所得TOFD图像可见,常规TOFD技术对近扫查面缺陷极易漏检且无法定量,而利用TOFD二次波扫查方式得到的图像能够显著分辨出缺陷并能精确定量,因此可弥补常规TOFD检测中对近扫查面缺陷检出能力的不足。     

小角度直探头在NC螺纹超声波检测中的应用

采用纵波直探头检测NC螺纹时,由于主声束与螺纹锥面存在夹角,螺纹牙底的缺陷容易漏检。为了防止缺陷漏检,本文提出采用小角度直探头检测NC螺纹的想法,并通过设计制作小角度直探头和对比试块、制定检测工艺等,实现了螺纹牙底缺陷的有效检测,并通过破坏试验确认了检测结果的有效性。     

TOFD技术在薄壁堆焊层裂纹缺陷检测中的应用

研究了薄壁堆焊层裂纹类缺陷的TOFD检测技术,讨论了裂纹类缺陷的TOFD检测特征,分析了不同角度探头和不同探头间距检测结果的影响。结果表明,TOFD技术可以检测到表面下3～10 mm内的垂直裂纹,结合A扫描信号和B,D扫描图像的特征,能够有效地对裂纹状缺陷进行识别、定位和定量,为堆焊质量评价提供可靠准确的依据。     

超声衍射传播时间法与射线照相法对缺陷检出能力的比较

介绍国外焊缝用超声衍射传播时间法(TOFD)与射线照相法在缺陷检出能力和定量精度方面的比较,最后得出,锅炉、压力容器焊缝(板厚>12.7mm)可用超声TOFD法取代RT检测的结论。     

X型涡流探头对裂纹类缺陷测量的响应规律

为了检出并可靠测量AP1000反应堆压力容器顶盖(RPVH)的表面缺陷,尤其是潜在降质机理一次侧应力腐蚀纵向裂纹,采用自制X型涡流探头对裂纹类缺陷开展了试验与CIVA仿真研究。结果表明:X型探头具有方向性,且对纵向和周向裂纹的检测灵敏度最高;在检测能力方面,可检出最短为1mm,最小深度为0.2mm的裂纹,当裂纹深度超过2.5～3mm后,幅值增加趋于缓慢。最后将自制探头应用于AP1000顶盖的役前检查,以评价其综合性能,发现探头的信噪比、提离高度均能满足规范要求,测长与定位结果与实际相符。     

多层管HIP焊接界面脱粘涡流检测数值模拟研究

采用热等压焊接(HIP)的界面焊接多层管是托卡马克装置换热结构典型部件,其界面焊接不良或脱粘会严重影响材料的传热性能。针对多层管HIP焊接界面裂纹的涡流检测问题,本研究基于退化向量位(Ar)涡流检测分析程序数值模拟分析了双功能DF Bobbin涡流探头的检出性能。数值计算结果表明,对于较大界面脱粘缺陷,基于DF Bobbin探头的涡流检测是可行的。探讨了探头参数(包括探头线圈间距、宽度及外径)与检测性能的相关性,为优化检测探头提供了依据。     

304/Q345R不锈钢复合板常压储罐对接焊缝TOFD检测

对304/Q345R不锈钢复合板常压储罐进行了超声衍射时差法技术研究应用.采用带有对接焊缝的表面盲区试块进行直通波盲区测定,对复合板焊接模拟试块进行检测,分析比较了基于覆材侧和基材侧的检测效果差异性,最后将制定的检测工艺应用于现场一台25000 m3不锈钢复合板常压储罐,检出埋藏裂纹1条并进行了解剖验证.结果表明:基于...     

基于超声相控阵的耐候钢接头疲劳裂纹动态监测

借助超声相控阵技术对耐候钢对接接头开展疲劳失效过程动态监测. 基于超声波探头的信号特征,研究其扇形扫描反射过程,建立实时扫查方案, 并对10 mm厚的耐候钢对接接头实施实时监测.结果表明,当疲劳寿命为5 × 104次时,相控阵检测到多个裂纹从对接接头焊趾部位萌生,并沿着板厚扩展,当疲劳寿命超过3.5 × 105次时,裂纹开始快速扩展. 与疲劳试验断口对比发现,基于相控阵检测得到的裂纹尺寸与试验结果基本一致,验证了相控阵裂纹动态检测的准确性. 根据裂纹深度a、裂纹长度2c与循环次数N关系,明确了裂纹动态演化行为,并获得中厚板耐候钢对接接头表面裂纹的扩展演化规律.     

裂纹超声散射的有限元模拟

建立了无限长板的具有吸收边界的二维平面应变有限元模型,在研究了脉冲超声波在无限长板中传播的基础上,对板中平行于表面的裂纹、与表面成45°的斜裂纹和四分之一圆周弧形裂纹三种情况的脉冲超声波散射进行了重点研究。通过对纵横波的分离和在全波场中对散射波的分离,清晰地显示了裂纹对脉冲超声波的散射和复杂的模式转换。模拟结果以波场快照和A扫描曲线形式给出。     

基于扩展有限元的Q345R材料平板裂纹扩展模拟研究

Q345R钢具有良好的综合力学性能和工艺性能,是制造压力容器最常用的材料之一。裂纹是造成压力容器失效和破坏的首要原因,在压力容器的检测和维护过程中,对裂纹的产生和发展进行模拟和分析具有重要的意义。本研究针对Q345R钢使用过程中常出现的中心裂纹和单边裂纹两种典型的裂纹形式,运用扩展有限元方法,分别模拟在拉伸状态下的中心裂纹、在低周疲劳作用下的单边裂纹扩展过程;并分析裂纹扩展过程中不断变化的裂纹尖端处的应力、应变,研究裂纹在Q345R材料中的扩展规律。结果表明:在裂纹扩展变化的过程中,应力集中现象首先会在裂纹尖端处出现,裂纹面处的应力最小,裂纹面两端应力对称分布,整个应力分布趋势符合断裂力学理论,证明通过运用扩展有限元方法来对Q345R材料中的裂纹扩展过程模拟分析的可靠性。     

核电用SA508-3钢大型锻件的内部裂纹缺陷分析及工艺优化

SA508-3钢是目前大型核反应堆压力容器的主要材料,从材料成形角度提高SA508-3钢大型锻件整体性能从而提高零件安全性是大型铸锻件研究的重要方向。通过对传统锥板镦粗+平板旋转展平工艺成形的SA508-3钢大型锻件的超声波探伤密集型缺陷进行失效分析,得到缺陷为呈断续锯齿状的裂纹缺陷,缺陷产生的原因与微观偏析带引起的金属材料组织和性能不均有关。采用数值模拟方法,对传统工艺与锥板镦粗+胎模旋转展平新工艺进行比较分析。结果表明,采用新工艺时,锻件内部金属在三向压应力下发生大变形,可避免新裂纹产生,有利于已有闭合裂纹的焊合,锻件组织更加均匀。实际生产过程中,该方法可有效减少SA508-3钢大型锻件中的密集型裂纹缺陷。     

Reliability assessment of manual ultrasonic time of flight diffraction (TOFD) inspection for complex geometry components

Experimental probability of detection (POD) and probability of sizing (POS) curves are developed for the detection and sizing of surface-breaking cracks in components having complex geometry. A manual ultrasonic time of flight diffraction (TOFD) inspection system has been used to develop these POD and POS curves. Initially, it was assumed and subsequently verified that signal responses have a normal distribution. The effects of probe angle and probe center-to-center spacing on both POD and POS were observed. Unlike the PODs previously reported for conventional ultrasonic amplitude based flaw sizing techniques, the PODs associated with TOFD in the range of defect sizes considered here, exhibit a decreasing trend for a fixed set of experimental parameters. It is important to emphasize that the curves obtained in this work are specific to the geometry, specimen dimensions, set of notches and the specific probes used in the experiment. However, when using a manual TOFD inspection system, these curves can be useful for planning the risk-based inspection of components having complex geometry (such as a steam turbine rotor shaft).     

超声热成像对含曲率TC4结构表面裂纹的检测仿真

目的 针对含曲率TC4结构的表面裂纹,在分析超声红外热成像检测原理的基础上,进行有限元仿真模拟,研究激励条件对检测效果的影响规律,得到最佳激励参数。方法 首先,设置不同激励幅值、激励频率、激励时间及激励位置等多组方案进行仿真计算。然后基于仿真优化出的最佳激励方案,对含表面裂纹的某航空发动机叶片进行检测,证明仿真结果的准确性。结果 在超声激励过程中,裂纹缺陷区域与非缺陷区域的温差逐渐上升,并在激励结束时达到最大表面温差。随着激励幅值的增加,最大表面温差逐渐上升,上升速率逐渐减小;随着激励频率的增加,最大表面温差逐渐上升,上升速率逐渐增大;随着激励时间的增加,最大表面温差逐渐上升,80 ms后逐渐趋于定值。在裂纹扩展方向上,超声激励施加在构件中央时,检测效果最佳;在垂直于裂纹扩展方向上,超声激励施加在裂纹正下方时,检测效果较差,激励源向两侧移动10~20 mm时,检测效果最佳。通过对含表面裂纹的某航空发动机叶片进行检测试验,可以清晰地看到裂纹信息,检测效果较好,表明仿真结果可靠。结论 研究成果有效地揭示了激励幅值、激励频率、激励时间及激励位置对检测效果的影响规律,为超声红外热成像技术检测含曲率结构表面裂纹的优化奠定了理论基础。     

直流电位法对Q235钢材表面裂纹的检测仿真

目的针对Q235钢材的表面裂纹,在电位法检测原理的基础上,进行有限元仿真模拟。方法首先,设计不同宽度、不同深度及不同的裂纹与激励夹角等多组方案仿真计算。其次,基于直流电位法原理的解析解与有限元模拟对比验证,证明其有限元模拟的准确性。结果不同宽度的表面裂纹,两侧的电位值不同,有明显的极值拐点,且随着裂纹宽度的增加,两侧的电压降趋势逐渐平缓。不同深度的表面裂纹,两侧的电位幅值随着裂纹深度增加而增大,最小可检测0.02 mm的裂纹深度。不同方向的裂纹,其周围的电场线疏密程度及走向趋势不一样,当夹角30o≤α≤90o时,直流电位法可以较好地检测表面裂纹。通过解析解验证有限元仿真结果,在裂纹处的电位信号趋势一致,幅值略有不同,表明结果可靠。结论直流电位法对Q235钢材表面不同宽度、不同深度及不同夹角的裂纹检测分辨率较好。该研究为电位法检测Q235钢材表面裂纹提供了一定的可行性依据,证明此检测方法具有重要的工程实用价值。     

基于漏磁信号的钢轨斜裂纹识别

高速铁路的钢轨缺陷主要表现为斜线状接触疲劳裂纹,并且经常是一连串的相似斜裂纹同时出现,成为危害铁路运输安全的重要因素。对钢轨斜裂纹的检测是铁路无损检测领域的重要任务。基于漏磁检测技术,通过有限元软件Ansoft仿真研究了钢轨斜裂纹的识别原理及方法,包括理论分析、模型建立、斜裂纹与矩形裂纹的漏磁信号差异、斜裂纹深度与宽度的识别以及连续多个斜裂纹的识别等。研究结论可以为进一步的试验研究提供理论指导和仿真依据。     

Deformation near parallel cracks close to interface in bonded dissimilar plate

Tensile tests are carried out by using rectangular plate specimens extracted from the explosion clad plate. Artificial parallel cracks are made perpendicularly to the explosive interface in each specimen. When a tensile load is applied perpendicularly to the crack plane, strain, plastic deformation near cracks and crack opening displacement are examined by experiments as well as elasto-plastic finite element analysis. The effects of the material inhomogeneity, the change of material characteristics, the residual stress and the interaction between parallel cracks on the deformation behavior are revealed. The plastic zone around parallel cracks, at relatively low applied stress level, grows mainly ahead of and between two cracks. The interaction between parallel cracks on the crack opening displacement can be explained from the square of stress intensity factor at the low applied stress level and from the plastic deformation at the high applied stress level.