板材和管材超声波探伤第8章锻件与铸件超声波探伤.docx

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板材和管材超声波探伤第8章锻件与铸件超声波探伤

第7章板材和管材超声波探伤

姚志忠

7.1板材超声波探伤

板材分类：

δ<6mm薄板

6mm≤δ≤40mm中板

δ>40mm厚板

7.1.1钢板中常见缺陷

存在于内部

分层——钢锭中非金属夹杂物，金属氧化物，硫化物以及夹渣在轧制过程中被轧扁而形成。

这些缺陷有的是钢水本身产生，如脱氧时加脱氧剂造成，或炼钢炉混入钢水中的耐火材料等，这些缺陷在钢锭中位置没有一定规律，故出现在钢板中位置也无序。

分层是以上缺陷轧制而成，大多与钢平行，且具有固定走向。

为平面状缺陷，严重时形成完全剥离的层状裂纹，对小的点状夹杂物则形成小的局部分层。

白点——存在于内部钢中氢在加工过程来不及向外扩散，在钢板成型后，氢原子逐渐在钢板中的微缺陷（如非金属夹杂物）旁缓慢地以氢气形式析出，造成氢裂纹。

其断面呈白色故称白点。

常见于锻钢中和厚钢板中。

折迭和重皮——存在于表面钢板表面因局部折、轧形成的双层金属，基本平行于表面。

裂纹——轧制工艺和温度不合适时造成。

存在于钢板表面，偶尔在内部。

裂纹较少见，如轧制工艺稳定，这类缺陷不常见。

7.1.2探伤方法

1.直接接触法

探头通过耦合层直接与钢板接触，当探头位于完好区时，仪器上出现底波多次反射。

采用底波多次反射法探伤应满足下面三条件：

1工件的探伤面与底面互相平行，确保产生多次反射。

（如工件加工倾斜就不合适）。

2钢板材质晶粒度必须均匀，保证无缺陷处底面多次反射波次数的稳定。

（各次相同）。

3材质对超声波的衰减要小。

保证反射底波有足够数量，以利探伤观察。

一般碳钢、不锈钢均能满足这些条件。

2.水浸法

探头晶片离开钢板一段距离，通过水耦合。

在探伤仪荧光屏上将同时出现水层多次反射和钢板底面多次反射波，如水层厚度控制不好会互相干扰，不利探伤。

探伤时调节水层厚度，使水层波与某次底波重合。

水层厚H和板厚δ关系为：

H=，n为重合次数。

△对充水直探头的要求：

①为满足多次重合法要求，水层厚度要连续可调。

②调至不同厚度时，必须保证发射的声束与钢板表面垂直。

③充水探头内水套管内径必须大于最大水层厚度时声束直径。

④进出水口位置应大于最大水层可调厚度，且出水口应小于进水口，保证水套充满水。

⑤探伤时应及时注意排除水中气泡。

或采用消泡剂去除气泡。

3.探伤图形分析：

图形：

当钢板中出现缺陷，则缺陷波出现在钢板一次波之前，如一次重合法，则缺陷波在第二次波之前，如二次重合法，则缺陷亦出现在第二次波之前，第三波为钢板二次波和水层二次波重合。

叠加效应：

当缺陷比较小时，缺陷回波从第一次开始会随着出现的二次、三次波高逐渐增高，几次以后又逐渐降低，这是由于对同一个小缺陷会产生不同反射路径且互相迭加后造成的一种波形动态现象，随探头移动有所变化。

△出现这种现象，在中板中较多（即6～40mm范围）。

△利用F1评价缺陷。

当δ<20mm时用F2评价缺陷减少近场区影响。

实际上，应根据晶片直径及F1不清晰时，可用F2来评价缺陷，用F2和B2评价时，基准灵敏度以第二次反射波校正。

7.1.3探头与扫查方式

1.频率2.5～5MHz，40mm以下钢板检测频率为5MHz，40mm以上钢板检测频率为2.5MHz

晶片直径：

Ф14～Ф25mm

探头形式：

单晶直探头δ较大，用于20mm以上钢板检测

联合双晶直探头δ较薄时，盲区小

一般用δ=6-20mm钢板

2.扫查方式根据标准要求，一般可采用全面扫查，列线扫查、边缘扫查和格子扫查，当发现缺陷后应在缺陷周围附近认真细查测缺陷面积。

3.扫查速度

手工检测扫查速度≤0.2m/s。

水浸自动检测，脉冲间隔时间>60t（t为脉冲在钢板中往返一次所需时间）。

7.1.4探测范围和灵敏度调整

1.探测范围调整（扫描线要求有400mm范围）

δ＜30mm时，要求B10

30mm≤δ≤80mmB5（仪器有400mm范围）

δ>80mm时B2～B5由实际情况决定，但B2以上必须出现。

2.灵敏度调整

1阶梯试块法：

δ≤20mm，将与工件等厚度的试块底面第一次底波高50%满幅再提高10dB。

2平底孔试块：

δ>20mm，试块上Ф5平底孔第一次底波50%满幅。

△注意：

a.试块钢板与被探钢材质相近。

b.试块钢板不得有Ф2当量以上缺陷。

c.试块上Ф5平底孔垂直于表面，平底孔底面与表面平行，光滑。

d.平底孔距离按JB/T4730-2005标准表2CBⅡ标准试块要求。

3底波法（必须与CBⅡΦ5平底孔灵敏度比较，下面是经验数据，不可作为定量评定的灵敏度）：

δ>3N，可用B1达50%

当δ>20mm时也可用B5达50%计，但要和Ф5平底孔波作试验比较，使灵敏度一致。

7.1.5缺陷判别与测定

1.缺陷判别按JB/T4730-2005标准要求执行。

①缺陷第一次反射波F1≥50％；

②第一次底波B1＜100％，第一次缺陷波F1与第一次底波B1之比F1/B1≥50％；

③第一次底波B1＜50％

2.缺陷位置测定：

深度位置测定：

可直接从荧光屏上缺陷波与底波相对位置中测出。

平面位置测定：

可根据直探头在钢板上位置画出在板材表面的位置直接确定。

最后记录在报告上。

3.缺陷性质判断：

结合：

波型特点和钢板制造工艺综合判断。

波型特点大致为：

1分层或夹层

缺陷波形整齐、均匀、陡直、规律性强，大多处在钢板中心部位，底波明显下降或消失。

2折迭

在探测面附近时不一定直接产生缺陷波，对底波多次反射波次数。

（减少次数，并使多次反射波位置改变）始波加宽，有时使底波消失。

在底面附近时反射条件变差，使底波位置前移。

（缩短声波路程）

3白点

波形尖锐活跃，重复性差，底波明显降低，次数减少，移动探头时回波起伏大，此起彼落，且在板厚方向对称。

4分散夹杂物：

缺陷位置无规律性。

缺陷分布有一定范围，呈分散性。

缺陷特点：

位置不一定，一片片出现，无序变化，不一定影响底波多次反射次数。

4.缺陷定量（用探头移动法测缺陷大小）

按JB/T4730-2005标准4.1.6条规定方法测定。

（主要测长度即指示长度及面积）

在板厚方向尺寸标准中未规定测。

7.1.6质量等级判定：

按JB/T4730-2005标准4.1.7条规定评定。

JB/T4730-2005标准标准中表3钢板质量分级表中数据适用于非白点、裂纹等危险缺陷，即非危险缺陷。

7.2铝及铝合金，钛及钛合金板材超声检测

7.2.1铝及铝合金板材制造及常见缺陷

1.板材制造

铝锭板坯板材

2.常见缺陷

气孔，夹杂，微细裂纹，厚板中可能有空腔。

7.2.2铝及铝合金，钛及钛合金板材检测方法

1.检测方法与钢板相同

2.探头与扫查方式

①直探头、双晶直探头，频率2.5～5MHz；

②扫查方式与钢板相同；

③扫查速度与钢板相同；

3.检测范围和灵敏度

①检测范围根据板厚与钢板相同；

②检测灵敏度：

基准灵敏度以完好部位B1＝80％满幅。

7.2.3缺陷的判别与测定

1.缺陷判别

按JB/T4730标准第5.3.5条规定，并注意和钢板缺陷判别的差异，下列三种情况判为缺陷：

⑴F1≥40％；

⑵在F1＜40％时，F1/B1≥100％；

⑶B1＜5％。

2.缺陷测定

按JB/T4730-2005标准第5.3.5条规定方法测定缺陷指示长度和缺陷边界，确定缺陷指示面积。

7.2.4缺陷评定

①缺陷指示长度确定，符合JB/T4730标准规定。

②缺陷指示面积确定，符合JB/T4730标准规定。

7.2.5质量级别评定

按JB/T4730标准规定评级。

7.3复合材料超声波探伤

7.3.1复合板材常见缺陷

1.制造方法：

母材——炭钢或低合金钢或不锈钢板

复合层——不锈钢、钛及钛合金、铜及铜合金，铝及铝合金，镍及镍合金等（加复合层目的：

改进和提高耐腐蚀性能）。

制造方法：

轨制、粘接、堆焊和爆炸。

2.常见缺陷：

1脱层（脱接）即母材和复合层未粘合牢。

2接合不良，界面处未全部复合好。

脱层和接合不良可以是完全脱接，也可以是部分脱接。

7.3.2检测方法：

探头：

Φ14mm～Φ25mm直探头或联合双直探头，纵波检测频率：

2.5～5MHz，一般采用5MHz较好。

探伤灵敏度：

复合板完好区第一次底波B1达80%满幅高。

探测面：

母材一侧，也可以从复合层一侧。

扫查方式：

类似于探中厚板的钢板探伤。

按JB/T4730-2005标准4.4.3.3条规定扫查。

7.3.3缺陷判别

1.两种材料声阻抗相近

如不锈钢/碳钢

（可从母材侧探，也可从复合层侧探）

（当完好时，界面无反射波）

2.两种材料声阻抗相关较大，如钛/碳钢。

因复合好时也存在出现界面回波。

根据复合界面反射波宽度、高度和底波变化，可用试块比较确定缺陷。

3.未结合区缺陷的测定

按JB/T4730-2005标准4.4.5条规定，也可用钢板底波来确定缺陷：

当第一次底波高度低于荧光屏满刻度的5%，且明显有未结合缺陷反射波存在，且波高≥5%，则该部位称为未结合区。

其尺寸大小测定方法为：

移动探头，使第一次底波升高到荧光屏满刻度的40％，以此时探头中心作为未结合区边界点。

4.利用底波和复合界面波高dB差来判别复合情况。

条件：

不考虑材质衰减与扩散衰减：

底面全反射时：

ΔB（dB）=

=

底面不是全反射（即存在第三介质，底面反射率r’）

ΔB（dB）=

=

r=T=1-r2

r’=

如碳钢和不锈钢等界面回波dB值为：

复合材料界面波/底波（比例）界面波/底波（分贝）

18-8不锈钢0.0035-49.1

镍0.0755-22.5

铜0.155-16.2

钛0.270-11.4

铝0.570-4.9

7.3.4缺陷的测定与评级

按JB/T4730-2005标准4.4.6条规定评定。

1.缺陷指示长度：

按该缺陷最大长度作为其指示长度。

单个缺陷指示长度小于25mm时不作记录。

2.缺陷面积

多个相邻的未结区，当其最小间距≤20mm时，应作为单个未结合区处理，其面积为各个未结合区面积之和。

3.未结合区总面积占复合板总面积的百分比为未结合率。

4.评级

复合钢板质量等级评定按下表：

等级

缺陷指示长度mm

未结合区面积cm2

未结合率

Ⅰ

0

0

0

Ⅱ

≤50

≤20

≤2%

Ⅲ

≤75

≤45

≤5%

Ⅳ

大于Ⅲ级者

在坡口预定线两侧各50mm范围内，缺陷指示长度大于等于25mm时均定为Ⅳ级。

7.4板材自动超声检测

7.4.1原理

1.多通道探头分时轮流工作；

2.每个通道回波顺序进入A/D变换电路；

3.按标准要求设定的报警门限确定缺陷当量大小和幅度定界；

4.生成缺陷分布图。

7.4.2系统基本结构和组成

1.控制过程

①钢板到达检测位置；

②设置检测参数；

③打开耦合水；

④X方向扫查（宽度）

⑤Y方向扫查（长度）

⑥下一区段扫查；

⑦重复⑤、⑥；

⑧检测结束。

2.数据处理和缺陷评价

根据JB/T4730或GB/T2970等标准确定缺陷指示长度和指示面积，并进行评定。

7.5管材超声波探伤

7.5.1管材制造工艺及常见缺陷

无缝钢管——用穿孔法和高速挤压法制成。

△穿孔法