奥氏体不锈钢超声检测常见的扫查方式示意图

奥氏体不锈钢的点蚀主要发生在含有氯离子的介质中。 一般来说，氯离子含量越高，越容易引起点蚀，因为氯离子对材料的钝化膜有破坏作用，当有金属存在时，更容易发生点蚀。氧气或酸。

无论是奥氏体不锈钢纯板还是其复合板压力容器和压力管道，都无法避免氯离子引起的点蚀。 在油气输送装置中，更容易发生点蚀。 笔者近年来通过对中石油、中石化等企业的跟踪了解到，介质（原油或天然气）成分不稳定，氯离子含量经常超标。 设备遭受点蚀损坏的情况非常普遍，严重影响设备的耐用性。 安全操作。

图1 典型点蚀形貌

从上图所示的典型点蚀形貌可以看出，奥氏体不锈钢的点蚀具有以下特点：

①孔径小，小的直径只有几微米，大的一般小于2mm；

②孔内被腐蚀产物覆盖；

③金属损失小；

④ 腐蚀孔通常沿重力方向生长。

相控阵超声检测技术

相控阵超声检测技术是利用计算机控制相控阵探头实现超声波发射和接收的检测方法。 该技术通过调整阵列换能器各阵元发射和接收时的相位延迟，在一定范围内合成具有聚焦、偏转等效果的声束。 相控阵超声换能器由多个芯片组成。 每个芯片的励磁时间由主机独立控制。 一个换能器可以形成多种声场，并且可以提供比单个或多个换能器系统更大的声场。 检测范围大，检测能力更强。 检测过程中，探头前后位置不动。 通过软件调整参数即可形成所需的声束，检测过程可实时成像。 相控阵超声检测常见的扫描方式如下图所示。

图2 相控阵超声检测常用扫描方式示意图

检测测试

测试块制作

该测试通过测试超声波在不同材料中的衰减程度来确定实际检测时的扫描灵敏度。 作者设计了7个不同材质、不同缺陷参数的试块。 各试块具体参数及示意图如下：

试块1

材质：316L

规格（长×宽×板厚，mm）：240×240×27

平底孔缺陷孔径：0.5、1.0、1.5、2.0mm

平底孔缺陷深度：0.5、1.0、1.5、2.0、3.0mm

沟槽（长×宽×深，mm）：5×0.3×（0.5、1.0、1.5、2.0、3.0）

试块类型: 板式

测试块2

材质：20钢

规格（长×宽×板厚，mm）：240×240×27

平底孔缺陷孔径：0.5、1.0、1.5、2.0mm

平底孔缺陷深度：0.5、1.0、1.5、2.0、3.0mm

沟槽（长×宽×深，mm）：5×0.3×（0.5、1.0、1.5、2.0、3.0）

试块类型: 板式

试验块3

材质：20钢+316L

规格（长×宽×板厚，mm）：240×200×（24+3）

（“24+3”表示24mm厚20钢+3mm厚316L）

平底孔缺陷孔径：0.5、1.0、1.5、2.0mm

平底孔缺陷深度：0.5、1.0、1.5、2.0、3.0mm

试块类型: 复合板

试验块4

材质：20钢+316L

规格（长×宽×板厚，mm）：240×200×（24+3）

平底孔缺陷孔径：0.5mm

平底孔缺陷深度：0.5、1.0、1.5、2.0、3.0mm

试块类型：对焊

测试块5

材质：20钢+316L

规格（长×宽×板厚，mm）：240×200×（24+3）

平底孔缺陷孔径：1.0mm

平底孔缺陷深度：0.5、1.0、1.5、2.0、3.0mm

试块类型：对焊

测试块6

材质：20钢+316L

规格（长×宽×板厚，mm）：240×200×（24+3）

平底孔缺陷孔径：2.0mm

平底孔缺陷深度：0.5、1.0、1.5、2.0、3.0mm

试块类型：对焊

测试块7

材质：20钢+316L

规格（长×宽×板厚，mm）：240×200×（24+3）

沟槽（长×宽×深，mm）：5×0.3×（0.5、1.0、1.5、2.0、3.0）

试块类型：对焊

图3 板材试块结构及缺陷分布示意图

图4 复合板试块结构及缺陷分布示意图（缺陷在复合板一侧加工）

图5 焊缝试块结构及缺陷分布示意图（缺陷位于焊缝中心）

试块设计应符合下列要求：

① 便于缺陷的定量比较；

②模拟腐蚀孔必须有一定的面积​​和深度，且形状必须与真实腐蚀孔相似，因为单个腐蚀孔浅（深度小于0.5mm）、面积大对腐蚀影响不大。容器和管道的安全性能。 因此，模拟腐蚀孔主要设计为平底孔，最大孔径为2.0mm，最大孔深为3.0mm；

③加工试块所用原材料不应有任何缺陷，缺陷的加工应符合标准GB/T 11259-2015《无损检测钢标准试块的制备与控制方法》的要求。测试和超声波测试”。

检测设备

测试使用OmniScan MX超声波探测器和5L64-38.4×10-A12-P-5-OM线性相控阵探头。 探头主轴长度为38.4mm，副主轴长度为10mm，频率为5MHz，元件间距为0.6mm，激励孔径为8mm，步长设置为1mm。 测试设置激活阵元数为8~16（每次增加1），检测方式为单线阵检测。

在无缺陷、光滑的试块表面上进行灵敏度校准。 将底部回波高度调整为全屏的 80%，并将其用作基线灵敏度。 如果在基线灵敏度下检测效果不好，则增加增益6dB作为检测灵敏度； 如果仍然不能有效发现人为缺陷，则将增益增加6dB进行检测。 如果此时仍然无法发现人为缺陷，则该缺陷将被标记为不可检测。

检测结果

图6 1号板试件相控阵超声成像结果

图7 2号板试件相控阵超声成像结果

图8 复合板试件直径1 mm平底孔相控阵超声成像结果

图9 对接焊缝试块相控阵超声成像结果

以1号板试块为例，利用TomoView软件分别测量了直径为2mm、深度为1.0、1.5、2.0、3.0mm的平底孔缺陷参数。 缺陷测量界面如图10所示，实际测量的缺陷深度分别为1.2、1.3、2.0、3.0mm。

图10 1号板试块平底孔缺陷测量界面

通过分析测试结果可以得出以下结论：

01

当缺陷面积较小时，回波信号幅度较低，检测信号的信噪比较低，缺陷难以检测；

02

奥氏体不锈钢晶粒粗大，回声噪声高；

03

增益过高或过低，都会降低缺陷与周围背景的对比度和图像的分辨率，从而影响缺陷的定量分析，使缺陷的定量尺寸过大或过小;

04

奥氏体不锈钢基材相控阵超声检测最小可检测平底孔径为1.0mm，深度为1.0mm，最小可检测沟槽尺寸为5mm×0.3mm×1.5mm；

05

碳钢基材相控阵超声检测最小可检测平底孔径为0.5mm，深度为1.5mm，最小可检测沟槽尺寸为5mm×0.3mm×1.0mm；

06

复合板对接焊缝相控阵超声检测最小可检测坡口尺寸为5mm×0.3mm×1.0mm；

07

采用相控阵超声技术检测奥氏体不锈钢（含复合层）材料时，建议将扫描灵敏度设置为基本灵敏度+12dB。 检测碳钢材料时，建议将扫描灵敏度设置为基本灵敏度+6dB。 ;

08

奥氏体不锈钢材料缺陷深度测量误差小于0.5mm，碳钢材料缺陷深度测量误差小于0.3mm；

09

复合层的界面波对图像质量影响很大。 应适当控制门并对信号进行降噪。

检测应用

对集气站的分离器进行了腐蚀测试。 被检物外径1219mm，高度4572mm，壁厚65.5mm，材质16MnR+316L。 相控阵超声仪型号为OMNISCAN MX，探头型号为5L64-A2（楔形型号为SA2-OL-IHC），共有64个阵元，激励阵元数设置为8，焦点深度为65.5mm，对焦方式为零度线性对焦。

对易发生腐蚀的容器底部进行相控阵超声检测，发现3个腐蚀深度大于2mm的局部腐蚀区域，最大腐蚀深度为3.7mm。 缺陷测量参数如下表所示（单位：mm）：

缺陷数

水平位置坐标

垂直位置坐标

缺陷长×宽

缺陷深度

133

第283章

22×29

2.3

173

275

24×40

3.7

155

280

20×21

2.6

检测部位及局部腐蚀区域位置如图11所示。3个腐蚀缺陷的成像结果如图12所示。每组小图左上为A扫描图像，左下为A扫描图像。 C扫描图像，右上为B扫描图像。 右下是D扫描图像。

图11 腐蚀检测部位及局部腐蚀区域位置示意图

图12 三种腐蚀缺陷的相控阵超声成像结果

从图12可以看出，缺陷1回波中断较少，缺陷波幅较低，C扫描图像上缺陷形状不完整； 缺陷2有明显的回波中断，缺陷波幅较高，从D扫描图像上可以清楚地看到。 我们可以看到底部波浪向上移动到顶部的过程； 缺陷3的底部波明显中断，且缺陷波的振幅较高。

笔者使用内窥镜对该区域进行目视检查并拍照记录，如图13所示。虽然没有测量腐蚀区域的具体尺寸，但从照片中可以看出缺陷的形状和特征与相位控制一致。 阵列超声检测结果基本一致。

图13 三种腐蚀缺陷的目视观察形貌

结论

经过多年的发展，相控阵超声检测技术已成为一项有效且成熟的技术。 利用其优点，可以检测奥氏体不锈钢的点蚀缺陷，取得较好的检测效果。

作者：宋双官1,2、郭艳琼1、徐旭3、田丽1,2、于长乐4、金艳峰1

工作单位：1.甘肃蓝科石化高新装备有限公司

2、机械工业上海蓝亚石化设备检测研究院有限公司

3.中国石油云南石化有限公司

4. 陕西英能检测技术有限公司

第一作者：宋双官，工程师，主要从事压力容器、管道定期检验工作。