【正文】 板材、鍛件的超聲波檢測(cè) 中國第一重型機(jī)械集團(tuán)公司 周鳳革 一、鋼板的超聲檢測(cè) 鋼板的加工及分類 ? 普通鋼板由板坯軋制而成的 ? 板坯可由澆鑄法或由坯料軋制或鍛造而成 ? 按材質(zhì)分：板材分為碳素鋼、低合金鋼、奧氏體、鎳及鎳合金、雙相不銹鋼 ? 從超聲檢測(cè)角度，按厚度分：薄板、中板、厚板 轉(zhuǎn)爐 Converter 一、鋼板的超聲檢測(cè) 二次精煉 Secondary Refining RH真空設(shè)備 LF爐設(shè)備 一、鋼板的超聲檢測(cè) 連鑄 Continuous casting 一、鋼板的超聲檢測(cè) 連鑄 Continuous casting 一、鋼板的超聲檢測(cè) 冷連軋?jiān)O(shè)備 熱連軋?jiān)O(shè)備 軋機(jī) rolling 一、鋼板的超聲檢測(cè) 軋機(jī) rolling 一、鋼板的超聲檢測(cè) 一、鋼板的超聲檢測(cè) 鋼板中的常見缺陷 ? 分層：是板坯中的縮孔、夾渣等在軋制過程中未熔合而形成的，分層破壞了鋼板整體的連續(xù)性，影響鋼板承受垂直板面的拉應(yīng)力作用的強(qiáng)度 ? 折疊：鋼板表面局部形成相互折合的雙層金屬 ? 白點(diǎn)：白點(diǎn)是鋼板在軋制后冷卻過程中氫原子來不及擴(kuò)散而形成的，白點(diǎn)的斷面呈白色，多出現(xiàn)在厚度大于 40mm的鋼板中 ? 裂紋： （略） ? 鋼板中的分層、折疊等缺陷經(jīng)過軋制工序，多平行于板面 一、鋼板的超聲檢測(cè) 中厚板的檢測(cè)方法 ? 一般采用脈沖反射式垂直入射法檢測(cè) ? 耦合方式分為直接接觸法和水浸法 ? 使用聚焦或非聚焦的單晶直探頭、雙晶直探頭 ? 采用單晶直探頭時(shí)，一般采用多次底波反射法，根據(jù)缺陷波與底波來判斷缺陷的情況 ? 當(dāng)板厚很大時(shí)才采用一次底波法或二次底波法 一、鋼板的超聲檢測(cè) 一、鋼板的超聲檢測(cè) ? 直接接觸法：探頭通過薄層耦合劑與工件接觸 ? 當(dāng)探頭位于完好區(qū)時(shí)，示波屏上顯示多次等距離底波、無缺陷波，如圖 72a ? 當(dāng)板中缺陷較小時(shí)，示波屏上缺陷波與底波共存，底波有所下降，如圖 72b ? 當(dāng)板中缺陷較大時(shí)，示波屏上出現(xiàn)缺陷的多次發(fā)射波，底波明顯下降或消失如圖 72c 一、鋼板的超聲檢測(cè) ? 疊加效應(yīng)：板厚較薄且板中缺陷較小時(shí)，各次底波之前的缺陷波開始幾次逐漸升高，然后再降低 ? 鋼板中若出現(xiàn)疊加效應(yīng)一般應(yīng)根據(jù) F1來評(píng)價(jià)缺陷 ? 只有當(dāng)板厚小于20mm時(shí)，為減少近場(chǎng)區(qū)的影響，才采用F2來評(píng)價(jià)缺陷 一、鋼板的超聲檢測(cè) 疊加現(xiàn)象產(chǎn)生的原因： ? F F F3的路徑不同： F1一條路徑； F2四條路徑； F3六條路徑 ? 路徑多，疊加能量也多，缺陷回波高 ? 但是當(dāng)路徑進(jìn)一步增加時(shí)，衰減也迅速增加，此時(shí)衰減的影響比疊加的影響更大 ? 所以缺陷波先升高到一定程度后，又迅速降低 一、鋼板的超聲檢測(cè) 水浸法（充水耦合法） ? 水浸法中探頭與鋼板不直接接觸，通過一層水來耦合 ? 在水 /鋼界面（鋼板上表面）上產(chǎn)生多次回波，與底面多次回波相互干擾，不利檢測(cè)（判斷） ? 通過調(diào)整水層厚度，可使水鋼界面回波分別與鋼板多次底波重合，此時(shí)示波屏上波形就會(huì)變得清晰，利于檢測(cè) 一、鋼板的超聲檢測(cè) ? 當(dāng)界面各次回波分別與鋼板底波一一重合時(shí)，稱為一次重合法 ? 以此類推：二次重合法、三次重合法、 …… 一、鋼板的超聲檢測(cè) ? 根據(jù)鋼中、水中的聲速，可得各次重合法水層厚度H與鋼板厚度 δ的關(guān)系： 4C?? nCnH ??鋼水n為重合波次數(shù)，如 n=1為一次重合法， n=2為二次重合法 ? 水浸多次重合法檢測(cè)不僅可以減少近場(chǎng)區(qū)的影響，而且可根據(jù)多次底波衰減情況來判斷缺陷嚴(yán)重程度，一般采用四次重合法 一、鋼板的超聲檢測(cè) 探頭與掃查方式的選擇 ? 探頭的選擇：頻率、晶片尺寸、結(jié)構(gòu)形式、數(shù)量 ? 鋼板晶粒比較細(xì)，為了獲得較高的分辨力，宜選用較高的頻率，一般為 ~ ? 鋼板面積大，為提高檢測(cè)效率，宜選用較大直徑的探頭；對(duì)于板厚較小鋼板，考慮近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度，探頭直徑不宜過大。一般探頭直徑范圍為φ10mm~φ25mm 一、鋼板的超聲檢測(cè) ? 根據(jù)板厚選擇探頭的結(jié)構(gòu)形式：板厚較大時(shí)常選用單晶直探頭；板厚在 6~20mm時(shí)選用雙晶直探頭 ? 探頭的數(shù)量根據(jù)需求來決定，鋼板生產(chǎn)廠常采用多通道檢測(cè) 一、鋼板的超聲檢測(cè) 承壓設(shè)備用鋼板超聲檢測(cè)探頭選用 板厚 （ mm） 采用探頭 公稱頻率（ MHz） 探頭晶片尺寸 6~20 雙晶直探頭 5 晶片面積不小于 150mm2 20~40 單晶直探頭 5 φ14mm~φ20mm 40~250 單晶直探頭 φ20mm~φ25mm 一、鋼板的超聲檢測(cè) ? 根據(jù)鋼板用途和要求的不同，掃查方式分為全面掃查、列線掃查、邊緣掃查、格子掃查 一、鋼板的超聲檢測(cè) ? 全面掃查：對(duì)鋼板作 100%的掃查，每相鄰兩次掃查應(yīng)有 10%的重疊，探頭移動(dòng)方向垂直于鋼板壓延方向 ? 列線掃查：在鋼板上畫出等距離的平行列線，探頭沿列線掃查，一般列線間距不大于 100mm，垂直于壓延方向 ? 邊緣掃查：在鋼板邊緣一定范圍內(nèi)做全面掃查，例如某鋼板四周 50mm范圍內(nèi)做全面掃查 ? 格子掃查：在鋼板邊緣 50mm范圍內(nèi)作全面掃查，其余按 200 200mm的格子線掃查 一、鋼板的超聲檢測(cè) ? 手工檢測(cè)時(shí)的掃查速度應(yīng)控制在 200mm/s以內(nèi) ? 另一選擇依據(jù)是儀器的脈沖重復(fù)頻率和響應(yīng)速度 ? 液晶屏和其他響應(yīng)速度慢的儀器，應(yīng)使用較小的掃查速度 一、鋼板的超聲檢測(cè) 水浸自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的最大掃查速度，與以下因素相關(guān)： ? 要求檢測(cè)的最小缺陷尺寸 ? 所檢鋼板的厚度 ? 超聲儀器限定的脈沖重復(fù)頻率 一、鋼板的超聲檢測(cè) 檢測(cè)范圍和里面的的調(diào)整 ? 一般根據(jù)板厚來確定檢測(cè)范圍 ? 接觸法檢測(cè) 30mm以下的鋼板時(shí)，應(yīng)能看到 B10，檢測(cè)范圍調(diào)到 300mm左右 ? 板厚在 30~80mm時(shí)，應(yīng)能看到 B5,檢測(cè)范圍為40mm左右 ? 板厚大于 80mm時(shí)，可適當(dāng)減少底波的次數(shù)，但檢測(cè)范圍仍要保證在 400mm左右 一、鋼板的超聲檢測(cè) ? CB I標(biāo)準(zhǔn)試塊法：適用于板厚 ≤20mm ? 使與工件等厚度的底面波達(dá)到滿幅度的 50%，再提高 10dB作為基準(zhǔn)靈敏度 一、鋼板的超聲檢測(cè) ? CB Ⅱ 標(biāo)準(zhǔn)試塊法適用于板厚＞20mm鋼板 ? 使其 φ5mm平底孔第一次回波達(dá)50%作為基準(zhǔn)靈敏度 一、鋼板的超聲檢測(cè) 試塊編號(hào) 被檢鋼板厚度 檢測(cè)面到平底孔的 距離 s 試塊厚度 T CBⅡ 1 ＞ 20~40 15 ≥20 CBⅡ 2 ＞ 40~60 30 ≥40 CBⅡ 3 ＞ 60~100 50 ≥65 CBⅡ 4 ＞ 100~160 90 ≥110 CBⅡ 5 ＞ 160~200 140 ≥170 CBⅡ 6 ＞ 200~250 190 ≥220 CBⅡ 標(biāo)準(zhǔn)試塊尺寸 一、鋼板的超聲檢測(cè) ? 可以利用多次底波來調(diào)節(jié)靈敏度 ? 例如要求示波屏上出現(xiàn) 5次底波，那么 B5達(dá)到 50%即可 ? 當(dāng)板厚不小于探頭的三倍近場(chǎng)區(qū)時(shí)，也可去鋼板無缺陷完好部位的第一次底波來校準(zhǔn)靈敏度 一、鋼板的超聲檢測(cè) 根據(jù)缺陷波與底波來判別鋼板中缺陷的情況，發(fā)現(xiàn)以下情況之一即作為缺陷： ? 缺陷第一次反射波 F1≥50% ? 第一次底波 B1＜ 100%，第一次缺陷波與第一次底波之比 F1/B1≥50% ? 第一次底波 B1＜ 50%