离心球墨铸铁管球化率和壁厚的超声检测研究

摘要

离心铸造比其它工艺方法生产的球铁管具有管壁薄、韧性好、强度高和耐蚀等优点被广泛应用于城镇供水、供气等工程项目。因其产量在不断扩大，离心球铁管的质量检测与控制也引起了人们的重视。其中球化率和管壁厚的检测尤为重要，因为球化率直接影响球铁的机械性能；而管壁厚不均匀或局部过薄则极易引起局部承载能力下降，导致爆管事故。 在一定的温度下，球墨铸铁的球化率和纵波声速的线性关系已经被大家所认同，长期以来，人们一直试图将超声声速法检测球化率的方法应用于离心球铁管的球化率检测，但由于管形铸件的特殊形状，在声路设置和声程的确定上受到管壁厚的影响，存在相当大的困难。 本文利用专门设计的探头架，让主声束在管壁内弦长方向传播，对离心球铁管横波声速进行了测试，得到了室温下横波声速与球化率的线性关系，并用于离心球铁管球化率超声无损检测，该方法克服了管壁厚度对声速检测的影响。在生产现场检测过程中，各个管壁温度不均，考虑到温度对声速的影响，本研究还测试了从室温到160℃范围内声速随管壁温度的变化规律，结果表明，横波声速随着温度升高而线性降低，并且声速的温度系数基本不受球化率的影响。据此，可将各个温度下测得的横波声速换算成室温下的声速，进而排除管壁温度对球化率检测的影响。 另外，管壁厚度也是影响球铁管质量的重要因素，而管壁厚度除了管两端外，很难用量具测量，为此，我们对在一定生产条件(相同铁液成分、相同基体状态等)下生产的球墨铸铁管的横纵波分别进行测量，得到其横纵波转化系数，将用前述方法测量的超声横波声速转化为纵波声速，用反射法测量了球铁管的厚度。 一次将球铁管的球化率和壁厚同时测量，可以对球铁管的质量进行综合评定。通过在生产现场应用此装置对球化率和厚度进行了测量，结果表明，基本符合生产上的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1绪论

1.1国内外离心球铁管应用

1.1.1离心球铁管的发展简史

1.1.2国内离心球铁管的生产状况

1.2离心球铁管的检测方法

1.2.1金相法

1.2.2机械法

1.2.3声波法

1.2.4测厚仪(声速)法

1.3超声波法检测球墨铸铁球化率

2超声检测的理论基础

2.1超声波的声速

2.1.1纵波

2.1.2横波

2.1.3超声波相速度和群速度

2.2超声的界面效应

2.2.1超声在界面处的波形转换

2.2.2超声的散射

2.2.3超声的衰减

2.3超声检测常用方法

2.3.1透射法

2.3.2反射法

2.3.3两种检测方法的比较

2.4超声探头的选择

2.5超声检测常用的耦合方法

2.5.1直接接触法

2.5.2液浸法

2.6超声声速法检测球化率的物理基础

3实验仪器以及设备

3.1试样

3.2实验仪器的选择

3.2.1超声波探伤仪

3.2.2探头

3.2.3示波器

3.2.4测温仪表

3.3探头架的设计

3.3.1探头的选择

3.3.2入射角的确定

3.3.3耦合水室的设计

3.3.4横波声速的计算方法

4实验内容

4.1离心球铁管球化率的标定

4.2常温下横波声速的测定

4.3各个温度下横波声速的测定

4.4热电偶测温对红外测温的修正

4.5离心球铁管厚度的测量

4.6离心球铁管球化率和厚度联合测量的实现

4.7实验内容实施方案

4.7.1沿球铁管周向测量

4.7.2不带温度修正的沿轴向方向上的测量

4.7.3带温度修正的沿轴向方向上的测量

4.8实验中遇到的问题以及解决办法

4.8.1耦合水流的稳定性问题

4.8.2球铁管表面的粗糙问题

4.8.3球铁管内表面的粗糙度

4.8.4水室内的气泡问题

5实验结果分析及讨论

5.1离心球铁管球化率与声速的关系

5.2球墨铸铁中横纵波声速的转化

5.3离心球铁管横波声速的温度修正

5.4红外测温分析

5.5离心球铁管厚度测量分析

5.6离心球铁管球化率和厚度联合测量情况分析

5.7实验结果的推广应用情况

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢