碳精棒超声波探伤方法及工艺研究

　　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

　　● 100　 50碳精棒

　　●CTS-25型非金属超探仪

　　●探头三种:50KC-28　100KC-40250KC-40

　　●耦合方式: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。如图1。

　　50KC-28h=λ/2=29 mm

　　100KC-40　h=λ/2=14.5 mm

　　250KC-40　h=λ/2=5.8 mm

　　当h=nλ/2时,超声波的透过率最大。

　　2.2　试块制作

　　在工件无缺陷部位截取3～5节试棒,规格 50×70 mm,采用中间疏、周边密集和1/5R间距原则,钻 3×30 mm长横孔,其钻孔理论推导较繁,故本文不赘述(图2),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 50×100 mm,用50KC-28探头,测量超声波通过试样时间,并计算声速(见表1)。

　　△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/s

　　L—试件长度,mm

　　2.4　材料衰减系数α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α如下(见表2):

　　α= (dB1 -dB2)/L(3)

　　式中　α—超声波在碳棒中传播时的衰减系数,dB/mm