【正文】 超聲檢測 婁旭耀 河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院 2022年 6月 第七章 板材和管材超聲檢測 薄板 — 常用板波檢測法（ ）； 中厚板 — 垂直入射法（垂直板面入射的縱波直 探頭檢測法） 板材分類 (從超聲檢測的角度 ) ： 薄板 δ6mm 中板 6mm≤δ≤40 mm 厚板 δ40mm 分層、折疊和重皮、白點(diǎn)、裂紋 分層 — 是板坯中縮孔、夾渣等在軋制過程中未融合而形成的分離層。存在于內(nèi)部 分層 破壞 了鋼板的 整體連續(xù)性 ，影響鋼板承受垂直板面的拉應(yīng)力作用的 強(qiáng)度 。 這些缺陷有的是鋼水本身產(chǎn)生，如脫氧時(shí)加脫氧劑造成，或煉鋼爐混入鋼水中的耐火材料等，這些缺陷在鋼錠中位置沒有一定規(guī)律，故出現(xiàn)在鋼板中位置也無序。 分層是以上缺陷軋制而成，大多與鋼平行，且具有固定走向。為平面狀缺陷，嚴(yán)重時(shí)形成完全剝離的層狀裂紋，對小的點(diǎn)狀?yuàn)A雜物則形成小的局部分層。 折疊和重皮 — 鋼板表面局部形成互相折合的雙層金 屬。存在于表面 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)的斷裂面呈白色，多出現(xiàn)在厚度大于 40mm的鋼板中。存在于內(nèi)部 裂紋 — 軋制工藝和溫度不合適時(shí)造成。存在于鋼板表面，偶爾在內(nèi)部。裂紋較少見，如軋制工藝穩(wěn)定，這類缺陷不常見。 檢測方法 中厚板一般采用脈沖反射式垂直入射法檢測，耦合方式有直接接觸法和水浸法。采用的探頭有聚焦或非聚焦的單晶直探頭、雙晶直探頭。 采用單晶直探頭檢測，在調(diào)節(jié)檢測儀掃描線時(shí)，一般采用 多次底波反射法 ，即在示波屏上顯示多次反射底波。這樣不僅可以根據(jù)缺陷波來判定缺陷情況，而且可根據(jù)底波衰減情況來判定缺陷情況。只有當(dāng)板厚很大時(shí)才采用一次底波或二次底波法。一次底波法示波屏上只出現(xiàn)鋼板界面回波與一次底波，只考慮界面回波與底波 B1之間的缺陷波。 采用底波多次反射法探傷應(yīng)滿足下面三條件： ，確保產(chǎn)生多次反射。（如工件加工傾斜就不合適） ； ，保證無缺陷處底面多次反射波次數(shù)的穩(wěn)定。（各次相同） ； 。保證反射底波有足夠數(shù)量，以利探傷觀察。一般碳鋼、不銹鋼均能滿足這些條件。 無缺陷 探頭通過薄層耦合劑與工件接觸進(jìn)行檢測。 當(dāng)探頭位于被檢對象完好區(qū)（無缺陷）時(shí)，顯示屏上顯示多次等距離的底波，無缺陷波。 小缺陷 當(dāng)探頭位于缺陷較小的區(qū)域（缺陷截面小于聲束截面積）時(shí)，顯示屏上缺陷回波與底波共存，底波有所下降。 大缺陷 當(dāng)探頭位于缺陷較大區(qū)域（缺陷截面大于等于聲束截面積）時(shí)，顯示屏上只有缺陷的多次反射波，底波消失。 與液浸法區(qū)別是耦合層較薄，耦合劑 /鋼板的界面反射波在始脈沖寬度以內(nèi)在顯示屏上看不到。 在鋼板檢測中值得注意的是：當(dāng)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，然后在逐漸降低。這種現(xiàn)象是由于不同反射路徑聲波互相疊加造成的，因此稱為 疊加效應(yīng) ，如圖所示。 圖中 F1只有 1條路徑， F2比 F1多三條路徑， F3比 F1多五條路徑。路徑多，疊加能量多，缺陷回波高。但當(dāng)路徑進(jìn)一步增加時(shí)，衰減也迅速增加，這時(shí)衰減的影響比疊加效應(yīng)更大，因此缺陷回波高。但當(dāng)路徑進(jìn)一步增加時(shí)，衰減也迅速增加，這時(shí)衰減的影響比疊加效應(yīng)更大，因此缺陷波升高到一定程度后又逐漸降低。 在鋼板檢測中，若出現(xiàn)疊加效應(yīng)，一般應(yīng)根據(jù) F1來評價(jià)缺陷。只有當(dāng)板厚 δ＜ 20mm時(shí)，才以 F2來評價(jià)缺陷，這主要是為了減小近場區(qū)的影響。 疊加效應(yīng)條件 ： a 小缺陷 b 中心部位 c 一般 25mm以下（ 1025） mm。 （充液耦合法） 為使鋼板上（耦合液體 /鋼）下（鋼板底面）表面的多次反射波不互相干擾，常調(diào)整液體層厚度使耦合液體/鋼界面的反射波和鋼板底面多次反射波重合， 這種方法稱為多次重合法 ,如圖所示。 液浸法是探頭與鋼板通過一層耦合液體（常用水）來耦 合 如 圖 所示。 當(dāng)耦合液體 /鋼界面的界面波 S第 4…… 次反射波分別與鋼板的第 3…… 次底波一一重合時(shí)，稱為一次重合法；當(dāng)耦合液體 /鋼界面的第 4…… 次反射波分別與鋼板的第 6…… 次底波重合時(shí)，稱為二次重合法。依此類推 ??鋼液ccnh一般較為常用的是四次重合法。液浸法超聲波檢測中，耦合液體層厚度的確定可由（ ）式通過計(jì)算求得： h－耦合液體層厚度 n－重合次數(shù)（即一次重合法 n=二次重合法 n=2） c液 －耦合液體中的聲速 c鋼 －鋼中的聲速 T－鋼板厚度 例 1：用超聲波水浸法檢測厚度為 32mm的鋼板，若采用四次重合法檢測，求水層厚度？ 應(yīng)用水浸多次重合法檢測不僅可以 減小近場區(qū) 的影響，而且可以根據(jù)多次底波衰減情況來 判斷缺陷嚴(yán)重程度 ，一般常用四次重合法。 對充水直探頭的要求： ① 為滿足多次重合法要求，水層厚度要連續(xù)可調(diào)。 ② 調(diào)至不同厚度時(shí)，必須保證發(fā)射的聲束與鋼板表面垂直。 ③ 充水探頭內(nèi)水套管內(nèi)徑必須大于最大水層厚度時(shí)聲束直徑。 ④ 進(jìn)出水口位置應(yīng)大于最大水層可調(diào)厚度，且出水口應(yīng)小于進(jìn)水口，保證 水套充滿水。 ⑤ 探傷時(shí)應(yīng)及時(shí)注意排除水中氣泡。或采用消泡劑去除氣泡。 鋼板檢測時(shí)表面為軋制面，當(dāng)表面比較粗糙或氧化皮較為嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)做適當(dāng)?shù)奶幚恚缬娩摻z刷及打磨等。一般選取鋼板的任意一個(gè)軋制面進(jìn)行檢測，如有需要也可選上下兩個(gè)軋制面進(jìn)行檢測。 探頭的頻率一般為 ～ 5MHz，這是因?yàn)殇摪宓木Я１容^細(xì)， 較高的頻率可以獲得較高的分辨力 。一般探頭的直徑為 Φ10mm～ Φ30mm，對于較大面積的鋼板為提高工作效率可采用較大直徑的探頭，對于較薄的鋼板為減小近場區(qū)影響應(yīng)使用雙晶直探頭或采用小直徑的探頭 , 探頭選用應(yīng)符合表 求。 表 板厚，㎜ 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 150㎜ 2 ＞ 20～ 40 單晶直探頭 5 Φ14㎜～ Φ20㎜ ＞ 40～ 250 單晶直探頭 Φ20㎜～ Φ25㎜ 探頭的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)板厚來確定。 板厚較大時(shí) ，常選用單晶直探頭。 板厚較薄時(shí) 可選用雙晶直探頭，因?yàn)殡p晶直探頭主要用于檢測厚度 6~20mm的鋼板。 板材檢測使用的標(biāo)準(zhǔn)試塊 CBⅠ 階梯試塊，適用于板厚小于等于 20mm鋼板檢測； 板材檢測使用的標(biāo)準(zhǔn)試塊 CBⅡ 平底孔試塊，適用于板厚大于 20mm的鋼板檢測。 當(dāng)板厚不小于三倍近場區(qū)時(shí)，且板材上下兩個(gè)表面平行也可取鋼板無缺陷完好部位的第一次底波來校準(zhǔn)靈敏度，其結(jié)果應(yīng)與平底孔試塊校準(zhǔn)靈敏度的要求相一致。 掃描速度調(diào)節(jié)（檢測范圍） 掃描速度的調(diào)節(jié)應(yīng)保證足夠的檢測范圍，以便可以觀察多次底波或缺陷波的情況。 靈敏度的調(diào)節(jié) 在鋼板檢測中一般用階梯試塊、平底孔試塊、鋼板底波法來進(jìn)行靈敏度的調(diào)節(jié)。 a、 CBⅠ 標(biāo)準(zhǔn)試塊法 板厚 ≤ 20mm時(shí) ，利用 CBⅠ 階梯試塊調(diào)節(jié)檢測靈敏度時(shí)，探頭對準(zhǔn)試塊與工件等厚（或不小于鋼板板厚的近似厚度）處將第一次底波高度調(diào)整到滿刻度的 50%，再提高 10dB作為基準(zhǔn)靈敏度。 b、 CBⅡ 標(biāo)準(zhǔn)試塊法 利用平底孔試塊調(diào)節(jié)檢測靈敏度時(shí)，探頭對準(zhǔn)表 ，調(diào)節(jié)儀器使平底孔反射波達(dá)到顯示屏滿刻度的 50%作為基準(zhǔn)靈敏度。 表 Ⅱ 標(biāo)準(zhǔn)試塊 試塊編號 被檢鋼板厚度，㎜ 檢測面到平底孔的距離 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 c、 底波法 還可利用多次底波來調(diào)節(jié)靈敏度，例如要求示波屏上出現(xiàn)五次底波，那么 B5達(dá)到 50%即可。板厚不小于探頭的 3倍近場區(qū)時(shí)，也可取鋼板無缺陷完好區(qū)域的第一次底波達(dá)基準(zhǔn)波高（一般為顯示屏滿刻度的 50%），但 底波法調(diào)節(jié)的靈敏度應(yīng)與表 。 掃查靈敏度 — 掃查時(shí)掃查靈敏度一般在基準(zhǔn)靈敏度的基礎(chǔ)上提高 6dB，在測定缺陷當(dāng)量時(shí)應(yīng)將靈敏度調(diào)回基準(zhǔn)靈敏度。 掃查方式：常用的掃查方式有全面掃查、列線掃查、邊緣掃查、格子掃查。 全面掃查 探頭移動(dòng)方向沿垂直于鋼板壓延方向?qū)︿摪遄?100%的全面積掃查，相鄰兩次掃查的覆蓋面積一般不小于探頭直徑的 15%，見圖 a）。對于要求較高的鋼板常采用這種掃查方式。 列線掃查 在鋼板上劃出垂直于鋼板壓延方向的等間距的平行線（如有需要也可沿平行于鋼板的壓延方向進(jìn)行），一般列線間距不大于 100mm，見圖 b）。探頭沿這些平行線進(jìn)行掃查，在發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)再在缺陷周圍擴(kuò)大掃查范圍，但在鋼板剖口預(yù)定線兩側(cè)各 50mm（當(dāng)板厚超過 100mm時(shí)，以板厚的一半為準(zhǔn)）內(nèi)應(yīng)作 100%掃查。 邊緣掃查 在鋼板邊緣的一定范圍內(nèi)做全面積掃查，見圖 c）。這個(gè)范圍一般由相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范給出。 格子劃線掃查 在鋼板周邊 50mm范圍內(nèi)做全面積掃查，其余部分畫成方格子線，一般取 100mm 100mm或 200mm 200mm，探頭沿格子線掃查，在發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)再在缺陷周圍擴(kuò)大掃查范圍。見圖 (d） 在鋼板檢測中一般根據(jù)缺陷波和底波來判別鋼板中的缺陷情況，滿足下列條件之一的均作為缺陷予以標(biāo)識和記錄： a） 缺陷第一次反射波 F1≥50%； b）第一次底波 B1＜ 100%，第一次缺陷反射波 F1與第一 次底波 B1之比 F1/ B1≥50%； c）第一次底波 B1＜ 50%。 檢測中達(dá)到要求記錄水平的缺陷應(yīng)測定其位置、大小、并估判缺陷的性質(zhì)。 1）缺陷位置測定：根據(jù)缺陷波對應(yīng)的水平刻度值和掃描速度確定缺陷的深度，根據(jù)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)探頭的位置確定缺陷的平面位置。 2）缺陷大小的測定：一般使用絕對靈敏度法測定缺陷的大小。在板材超聲波檢測中常按下述方法測定缺陷的范圍和大小。 a）檢出缺陷后，應(yīng)在它的周圍繼續(xù)進(jìn)行檢測，以確定缺陷范圍。 b）用雙晶直探頭確定缺陷的邊界范圍或指示長度時(shí)，探頭的移動(dòng)方向應(yīng)與探頭的隔聲層相垂直，并使缺陷波下降到基準(zhǔn)靈敏度條件下顯示屏滿刻度 25%或使缺陷第一次反射波波高與底面第一次反射波高之比為 50%。此時(shí)探頭中心的移動(dòng)距離即為缺陷的指示長度，探頭中心點(diǎn)即為缺陷的邊界點(diǎn)。兩種方法測得的結(jié)果以較嚴(yán)重者為準(zhǔn)。 c）用單直探頭確定缺陷的邊界范圍或指示長度，移動(dòng)探頭使缺陷第一次反射波波 高下降到基準(zhǔn)靈敏度條件下顯示屏滿刻度25%或使缺陷第一次反射波波高與底面第一次反射波高之比為50%。此時(shí)探頭中心的移動(dòng)距離即為缺陷的指示長度，探頭中心點(diǎn)即為缺陷的邊界點(diǎn)。兩種方法測得的結(jié)果以較嚴(yán)重者為準(zhǔn)。 d）按底面第一次反射波（ B1）波高低于滿刻度 50%確定的缺陷在測定缺陷的邊界范圍或指示長度時(shí)，移動(dòng)探頭（單直探頭或雙直探頭）使底面第一次反射波升高到顯示屏滿刻度的 50%。此時(shí)探頭中心的移動(dòng)距離即為缺陷的指示長度，探頭中心點(diǎn)即為缺陷的邊界點(diǎn)。