本發(fā)明涉及無損檢測，具體而言，尤其涉及一種提高異種鋼焊縫非均勻組織的超聲相控陣檢測精度的組合模擬試塊及其使用方法，尤其適用于鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼與低合金鋼對接焊縫區(qū)非均勻組織超聲相控陣檢測精度的組合模擬試塊、以及其使用方法。

背景技術(shù)：

1、火電機(jī)組用鋼主要分為鐵素體鋼(包括珠光體、貝氏體和馬氏體及其雙相鋼)和奧氏體鋼兩大類。為保證機(jī)組安全運(yùn)行，鍋爐對流管束高溫段主要選用奧氏體耐熱鋼，但是這些鋼種價格較高，所以從經(jīng)濟(jì)角度考慮，一般壁溫超過580℃的鍋爐受熱面管使用奧氏體耐熱鋼，而580℃以下部件采用鐵素體耐熱鋼。因此，在電站鍋爐的過熱器和再熱器結(jié)構(gòu)中，不可避免地出現(xiàn)了大量的異種鋼接頭。

2、由于奧氏體不銹鋼和鐵素體鋼的線膨脹系數(shù)不匹配，焊接接頭中存在的殘余應(yīng)力即使經(jīng)過熱處理也難以消除；高溫狀態(tài)下發(fā)生碳遷移，極易產(chǎn)生裂紋；同時過渡層的存在也會導(dǎo)致熔合區(qū)塑性降低、脆性增加。服役環(huán)境的不同，如低氮改造、強(qiáng)制通風(fēng)、頻繁啟停、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、超溫運(yùn)行、調(diào)峰運(yùn)行等，均會造成異種鋼焊縫的早期失效，導(dǎo)致電站的非計劃停機(jī)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

3、目前，針對異種鋼焊縫缺陷的檢測方法主要以超聲和射線檢測為主。射線檢測方法對熔合線裂紋靈敏度低、具有輻射性、受空間限制等，很少應(yīng)用到異種鋼焊縫檢驗中。然而由于奧氏體材質(zhì)晶粒粗大，利用常規(guī)超聲檢測會出現(xiàn)散射現(xiàn)象，當(dāng)晶粒達(dá)到聲束波長的1/10時，散射現(xiàn)象會更加明顯，所以常規(guī)超聲檢測方法比較受限。

4、異種鋼焊縫附近組織的不均勻以及機(jī)械波第二相界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，會帶來超聲儀器對缺陷的定位不準(zhǔn)、顯示的缺陷波形變化定型不準(zhǔn)等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種提高鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼與低合金鋼對接焊縫區(qū)非均勻組織超聲相控陣檢測精度的組合模擬試塊、以及其使用方法。可進(jìn)一步提高異種鋼焊縫非均勻組織檢測定位精度，該方法在提高超聲相控陣檢測精度的同時，可實現(xiàn)異種鋼焊縫的單面單側(cè)檢測，更適合在役機(jī)組復(fù)雜空間定檢。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

3、一種提高異種鋼焊縫非均勻組織的超聲相控陣檢測精度的組合模擬試塊，包括第一模擬試塊和第二模擬試塊，所述第一模擬試塊為兩塊鍛件鋼板母材，其間設(shè)有連接兩塊鍛件鋼板母材的焊縫，所述第二模擬試塊為兩段與受熱面同等材質(zhì)和規(guī)格的鋼管，其間設(shè)有連接兩段鋼管的焊縫，在第一模擬試塊和第二模擬試塊上均設(shè)有預(yù)設(shè)的若干缺陷特征。

4、進(jìn)一步地，所述第一模擬試塊一端為奧氏體不銹鋼材質(zhì)鍛件鋼板，另一端為低合金鋼材質(zhì)鍛件鋼板，連接兩塊鍛件鋼板母材的焊縫填充金屬為ni基奧氏體合金，所述連接兩塊鍛件鋼板母材的焊縫上下表面無余高，且與兩塊鍛件鋼板上下表面齊平。

5、進(jìn)一步地，所述第一模擬試塊的長度為200～300mm，高度為20mm，厚度為20mm，第一模擬試塊表面粗糙度小于等于3.2。

6、進(jìn)一步地，所述第一模擬試塊包括第一缺陷、第二缺陷、第三缺陷，所述第一缺陷、第二缺陷、第三缺陷均為φ2mm橫通孔，沿焊縫中心線從上向下依次布置，第一缺陷、第二缺陷、第三缺陷的圓孔中心距離試塊上表面的距離分別為5mm、10mm、15mm。

7、進(jìn)一步地，所述第二模擬試塊一端為奧氏體不銹鋼材質(zhì)鋼管，另一端為低合金鋼材質(zhì)鋼管，連接兩根鋼管母材的焊縫填充金屬為ni基奧氏體合金。

8、進(jìn)一步地，所述第二模擬試塊規(guī)格為φ60×8mm，長度大于等于100mm，焊縫兩側(cè)鋼管表面打磨光滑，粗糙度小于等于6.3。

9、進(jìn)一步地，所述第二模擬試塊包括第四缺陷、第五缺陷、第六缺陷、第七缺陷，第四缺陷和第七缺陷為長度10mm的模擬裂紋缺陷，第五缺陷和第六缺陷為φ2mm圓孔模擬缺陷。

10、進(jìn)一步地，所述第四缺陷布置在低合金鋼一側(cè)上表面熔合線附近，第七缺陷布置在低合金鋼一側(cè)內(nèi)表面與第四缺陷相對應(yīng)位置，第四缺陷和第七缺陷長度方向與焊縫方向平行。

11、進(jìn)一步地，所述第五缺陷和第六缺陷布置在低合金鋼一側(cè)，距離焊縫上表面熔合線5mm位置，第五缺陷和第六缺陷沿圓周方向的間距10mm，第五缺陷為深度3mm的φ2mm圓孔模擬缺陷，第六缺陷為深度5mm的φ2mm圓孔模擬缺陷。

12、本發(fā)明還公開了上述提高異種鋼焊縫非均勻組織的超聲相控陣檢測精度的組合模擬試塊的使用方法，包括如下步驟：

13、步驟1、選用16:32陣元超聲相控陣儀器，選取5～10mhz傳感器，楔塊選擇兩種，在選用第一模擬試塊進(jìn)行儀器調(diào)校時，采用無曲率楔塊；在選用第二模擬試塊進(jìn)行儀器調(diào)校時，采用在曲率為第二模擬試塊管徑的0.9～1.1倍的楔塊，并應(yīng)能保證與第二模擬試塊實現(xiàn)最大限度的耦合；

14、步驟2、選用csk-ⅰa標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行儀器調(diào)節(jié)，進(jìn)行前沿校準(zhǔn)；

15、步驟3、在第一模擬試塊奧氏體不銹鋼一側(cè)的檢測面涂覆機(jī)油耦合劑，儀器聲速選擇默認(rèn)值；

16、步驟4、利用第一模擬試塊焊縫中心φ2mm橫通孔第一缺陷、第二缺陷、第三缺陷制作tcg曲線，確定靈敏度；

17、步驟5、選用第二模擬試塊對檢測精度進(jìn)行進(jìn)一步校準(zhǔn)；

18、步驟6、在第二模擬試塊奧氏體不銹鋼一側(cè)的檢測面涂覆機(jī)油耦合劑；

19、步驟7、調(diào)節(jié)超聲相控陣儀器陣元發(fā)射和接收角度，使聲束完全穿過焊縫區(qū)域，并覆蓋第四缺陷、第五缺陷和第六缺陷，記錄此時探頭前沿到焊縫中心距離；

20、步驟8、此時儀器顯示缺陷位置會出現(xiàn)明顯偏差，以第四缺陷、第五缺陷、第六缺陷已知位置參數(shù)為調(diào)校參考值，不斷調(diào)節(jié)儀器聲速值和零偏，當(dāng)?shù)谒娜毕?、第五缺陷儀器顯示位置參數(shù)與已知位置參數(shù)偏差不超過1mm時，受熱面異種鋼焊縫0～5mm范圍內(nèi)檢測方法調(diào)校完成；

21、步驟9、調(diào)節(jié)超聲相控陣儀器陣元發(fā)射和接收角度，使聲束完全穿過焊縫區(qū)域，并覆蓋第五缺陷、第六缺陷、第七缺陷，記錄此時探頭前沿到焊縫中心距離；

22、步驟10、此時儀器顯示缺陷位置會出現(xiàn)明顯偏差，以第五缺陷、第六缺陷、第七缺陷已知位置參數(shù)為調(diào)校參考值，不斷調(diào)節(jié)儀器聲速值和零偏，當(dāng)?shù)诹毕?、第七缺陷的儀器顯示位置參數(shù)與已知位置參數(shù)偏差不超過1mm時，受熱面異種鋼焊縫3～8mm范圍內(nèi)檢測方法調(diào)校完成；

23、步驟11、對鍋爐受熱面異種鋼焊縫進(jìn)行超聲相控陣檢測時，掃查靈敏度增加6db，分別采用受熱面異種鋼焊縫0～5mm范圍和3～8mm范圍內(nèi)的檢測工藝對鍋爐受熱面異種鋼焊縫進(jìn)行分區(qū)檢測。

24、較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

25、本發(fā)明公開的一種提高鍋爐受熱面奧氏體不銹鋼與低合金碳鋼對接焊縫區(qū)非均勻組織超聲相控陣檢測精度的組合模擬試塊及其使用方法，采用與在役鍋爐受熱面同等材質(zhì)和規(guī)格的金屬材料、熔敷金屬作為組合模擬試樣，通過標(biāo)準(zhǔn)試塊與第一模擬試塊完成超聲相控陣儀器基準(zhǔn)靈敏度、延遲、前沿、tcg曲線的制作，通過第二模擬試塊上的模擬缺陷，對異種鋼焊縫檢測進(jìn)行分層工藝調(diào)校，分別獲得受熱面異種鋼焊縫0～5mm范圍和3～8mm范圍內(nèi)的檢測工藝。對異種鋼焊縫開展檢測時，分別采用兩種檢測工藝對同一條焊縫開展分區(qū)檢測。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種鍋爐受熱面異種鋼焊縫超聲相控陣橫波檢測方法，通過在碳鋼一側(cè)合適位置設(shè)置的模擬缺陷，使超聲波完全穿過非均勻區(qū)組織，利用穿過非均勻區(qū)組織發(fā)生反射和折射后的超聲波對1:1第二模擬試塊上模擬缺陷進(jìn)行檢測校準(zhǔn)，參考小厚度范圍內(nèi)反射和折射后的超聲波定位缺陷偏差不大的原理，通過不斷調(diào)節(jié)儀器聲速和零偏的方法，使儀器顯示缺陷位置與實際設(shè)計值偏差不超過1mm，實現(xiàn)了提高鍋爐受熱面異種鋼焊縫超聲相控陣橫波檢測精度的目的，解決了現(xiàn)有技術(shù)在檢測鍋爐受熱面異種鋼焊縫時，存在的調(diào)校試塊與實際待檢測物有偏差、設(shè)置的聲速值和零偏值與實際變形超聲波有偏差導(dǎo)致的缺陷定位不準(zhǔn)的問題。同時，本發(fā)明檢測時只在不銹鋼側(cè)開展單側(cè)掃查，與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的雙側(cè)檢查有明顯區(qū)別，在實際檢測時對檢測效率的提高也有一定的促進(jìn)作用。