一种用于争气钢材质螺栓粗细晶快速筛查的标准试块及方法

技术领域

本发明属于超声波检测技术领域，具体涉及一种用于争气钢材质螺栓粗细晶快速筛查的标准试块及方法。

背景技术

火力发电厂高温紧固件断裂造成设备安全事故是影响火电机组安全、可靠、经济运行的主要因素之一。其中争气钢材质高温螺栓由于其制造、检测工艺控制不严，电厂机组运行不规范等因素，易使其晶粒粗化，导致螺栓性能降低甚至恶化，由于晶粒粗大导致的断裂事故，远远高于其他材质的高温螺栓。DL/T 438《火力发电厂金属技术监督规程》中专门要求：“机组每次A级检修，应对20CrlMolVNbTiB(争气1号)、20CrlMolVTiB(争气2号)钢制螺栓进行100％的硬度检查、20％的金相组织抽查；同时对硬度高于DL/T 439中规定上限的螺栓也应进行金相检查，一旦发现晶粒度粗于5级，应予以更换。”。目前争气钢材质高温螺栓粗细晶情况只能通过金相检验方法进行评判，但此方法工序多、周期长、效率低，不适合短期及大面积筛查，并且金相检验方法需要对螺栓端部进行打磨、抛光和腐蚀，会对螺栓造成一定程度的损伤。

发明内容

针对现有技术无法对争气钢材质螺栓粗细晶情况进行快速筛查的问题，本发明旨在提供一种争气钢材质螺栓粗细晶快速筛查试块及方法，填补争气钢材质螺栓粗细晶快速筛查的空白，提高了争气钢材质螺栓粗细晶筛查的效率。

本发明通过以下技术方案来实现的：

一种用于争气钢材质螺栓粗细晶快速筛查的标准试块，标准试块材质为符合标准要求及热处理状态5级晶粒度争气钢材质试块，其形状包含长方体形状的本体，以及在该本体的侧面按照电厂常用争气钢材质螺栓长度加工不同高度的阶梯，形成阶梯试块，阶梯试块的每个阶梯部分高度对应了一种电厂常用争气钢材质螺栓长度。

本发明进一步的改进在于，阶梯试块高度分别为220mm、273mm、485mm、和685mm，另设100mm高度阶梯试块用于超声波探伤仪检测前的底波确认及仪器校准。

本发明进一步的改进在于，5个阶梯试块横截面尺寸默认为100×100mm。

本发明进一步的改进在于，争气钢材质为20CrlMolVNbTiB或20CrlMolVTiB。

一种用于争气钢材质螺栓粗细晶快速筛查的方法，该方法基于所述的一种用于争气钢材质螺栓粗细晶快速筛查的标准试块，该方法采用双晶直探头，配合与电厂常用争气钢材质螺栓长度一致的同材质5级晶粒度标准试块标定检测基准灵敏度，将被检测争气钢材质螺栓回波高度与基准灵敏度对比，若回波高于基准灵敏度，可判断被检测螺栓为细晶，反之则为粗晶。

本发明进一步的改进在于，所述双晶直探头为双晶纵波直探头，压电晶片成菱形布置，探头焦点选取10±3mm，两只压电晶片尺寸选取6×6mm，频率选5-10HMz。

本发明进一步的改进在于，首先在100mm高度阶梯试块上对超声波探伤仪进行底波确认及仪器校准，根据现场待检测螺栓长度，在与其长度相对应高度的阶梯试块上使用直探头寻找回波反射，将标准试块回波反射高度调整至屏幕60％，设定为基准灵敏度；以该基准灵敏度为检测基准，用直探头在待检测螺栓端部进行检测，观察被检测螺栓的回波高度。

本发明进一步的改进在于，对比被检测螺栓回波高度与基准灵敏度，当被检测螺栓回波高度等于或高于60％基准灵敏度，可判定被检测螺栓晶粒度等于或大于5级，为细晶，当被检测螺栓回波低于60％基准灵敏度，可判定被检测螺栓晶粒度小于5级，判断为粗晶。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种用于争气钢材质螺栓粗细晶快速筛查的标准试块及方法，填补了争气钢材质螺栓粗细晶快速筛查的空白，避免了现有通过金相检验方法对螺栓造成的不可逆损伤，极大提高了争气钢材质螺栓粗细晶的筛查效率。

附图说明

图1是本发明实例中所述的标准试块的正视图。

图2是图1的侧视图。

图3是图1的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明提供一种用于争气钢材质螺栓粗细晶快速筛查的标准试块及方法，目的使超声波探伤仪获得与被检螺栓相同的声速、零点等相关参数，以便得到比较准确的测试结果。

1.探头研制

1)探头研制原理：鉴于超声波在介质中传播通过材质晶粒时，有散射和吸收作用从而使声能有下降的现象，其下降的多少与被检测工件晶粒的大小有很大的关系。又基于超声波在材质中衰减随频率的增高而增加。我们希望采用较高的频率使超声波在介质中有较大的衰减，从而使声波在粗晶中有较大的衰减，在细晶中有较小的衰减，以形成较大的衰减比，来对争气钢材质螺栓的粗细晶情况进行甄别。

考虑到常规单晶探头会在始波周围易出现杂波干扰，由于双晶探头采用一发一收两只压电晶片，可有效地消除有机玻璃和钢界面的反射造成的杂波，并且始脉冲始终不能进入放大器进行放大，从而克服了阻塞现象，使探伤盲区大大减小，有利于检测工件的近表面情况。压电晶片成菱形分布，处于菱形区范围内的反射信号较强，较好的解决了薄壁样品的检测问题。

2)探头采用双晶纵波直探头，探头焦点选取在10±3mm，两只压电晶片尺寸选取在6×6mm，频率选5-10HMz。

2.试块研制

采用晶粒度为5级的争气钢材，根据电厂常用同材质螺栓4种尺寸：M33×220、M44×273、M72×485、M120×685，将晶粒度为5级的20CrlMolVNbTiB钢材加工成高度为：100mm、220mm、273mm、485mm、和685mm的5种阶梯试块，其中100mm高度阶梯试块用于超声波探伤仪确认底波及仪器校准，其余4种高度阶梯试块的高度对应了电厂常用同材质螺栓长度；每个阶梯试块横截面尺寸默认为100×100mm。

3.检测步骤

步骤1，仪器连接：以汉威HS610e型超声波探伤仪为例，先将探头与仪器连接好，将参数栏中的探头类型改为纵波直探头。

步骤2，确认底波回波位置：进入仪器自动校准页面输入材料纵波声速5940m/s，探头零点设定为0，调整闸门为单闸门。在100mm高度的阶梯试块上平行前后移动探头，找出波形显示，将底波的一次回波移进闸门，同时保证二次回波在超声波屏幕显示范围内。

步骤3，仪器校准：点击自动校准按钮，输入起始距离100mm，终止距离200mm，按确认按钮，仪器进入自动校准，完成仪器及探头的扫描速度调整。

步骤4，基准灵敏度调整：选取与待检测螺栓长度相对应的阶梯试块，移动探头，找出对应高度h的回波，将闸门移至回处，调节增益按钮，将一次回波反射调整到60％，将其设定为基准灵敏度。

步骤5，待测争气钢材质螺栓检测：基准灵敏度选好后，将探头放置待测争气钢材质螺栓端部，移动探头，观察超声波探伤仪屏幕显示的被检测螺栓回波情况。

4.判断依据

对比被检测螺栓回波高度与基准灵敏度，当被检测螺栓回波高度等于或高于60％基准灵敏度，可判定被检测螺栓晶粒度等于或大于5级，为细晶，当被检测螺栓回波低于60％基准灵敏度，可判定被检测螺栓晶粒度小于5级，判断为粗晶。