7、鋼板、管材檢測

1、第七章 板材、管材超 聲 檢 測,陸志春江蘇特檢院·常州分院2017.10 南京,主要內(nèi)容,7.1鋼板超聲檢測7.2復(fù)合板超聲檢測7.3管材超聲檢測,鋼板的生產(chǎn),7.1鋼板的超聲檢測,轉(zhuǎn)爐煉鋼,二次精煉 Secondary Refining,RH真空設(shè)備,LF爐設(shè)備,7.1鋼板的超聲檢測,鋼板的生產(chǎn),7.1鋼板的超聲檢測,鋼板的生產(chǎn),連鑄 Continuous casting,7.1鋼板的超聲檢測,鋼板的生產(chǎn),冷連軋

2、設(shè)備,熱連軋設(shè)備,軋機 rolling,7.1鋼板的超聲檢測,鋼板的生產(chǎn),軋機 rolling,7.1鋼板的超聲檢測,鋼板的生產(chǎn),7.1鋼板超聲檢測,薄板—常用板波檢測法（5.3.4）；,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δ40mm,常見缺陷：分層、折疊和重皮、白點、裂紋,7.1.1鋼板中常見缺陷,常見缺陷：分層、折疊和重皮、白點、裂紋分層—是板坯中縮孔、夾渣等在軋制過

3、程中未融合而形成的分離層。存在于內(nèi)部危害：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)力作用的強度。原因：這些缺陷有的是鋼水本身產(chǎn)生，如脫氧時加脫氧劑造成，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。 方向：分層是以上缺陷軋制而成，大多與鋼平行，沿壓延方向。為平面狀缺陷，嚴(yán)重時形成完全剝離的層狀裂紋，對小的點狀夾雜物則形成小的局部分層。,7.1.1鋼板中常見缺陷,折疊和重

4、皮—鋼板表面局部形成互相折合的雙層金 屬。原因：在軋制中前段凸起而后碾壓產(chǎn)生分布：存在于表面白點—是鋼板在軋制后冷卻過程中氫原子來不及擴散而形成的，白點的斷裂面呈白色分布 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造成。分布存在于鋼板表面，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。,7.1.1鋼板中常見缺陷,,縱向表面裂紋,板坯中心裂紋：,橫向表面裂紋,,,7.1.2 鋼板常用檢測

5、方法,鋼板中的主要缺陷平行于鋼板表面，為檢測鋼板中的主要缺陷一般使用垂直于板面入射的縱波檢測，如有特殊要求，可輔以其他波型的檢測方式，其耦合方式有直接接觸法和液浸法。,鋼板常用超聲檢測方法,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，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

6、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。,7.1.2鋼板常用檢測方法,采用底波多次反射法探傷應(yīng)滿足下面三條件：1.工件的探傷面與底面互相平行，確保產(chǎn)生多次反射。（如工件加工傾斜就不合適）；2.鋼板材質(zhì)晶粒度必須均勻，保證無缺陷處底面多次反射波次數(shù)的穩(wěn)定。（各次相同）；3.材質(zhì)對超

7、聲波的衰減要小。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。,探頭通過薄層耦合劑與工件接觸進行檢測。當(dāng)探頭位于被檢對象完好區(qū)（無缺陷）時，顯示屏上顯示多次等距離的底波，無缺陷波。,7.1.2.1直接接觸法,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，顯示屏上缺陷回波與底波共存，底波有所下降。,7.1.2.1直接接觸法,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，顯示屏上只

8、有缺陷的多次反射波，底波消失。,7.1.2.1直接接觸法,鋼板檢測波形,無缺陷,缺陷尺寸較大且接近探測面,缺陷尺寸較大且距探測面有一定深度,缺陷較小，缺陷回波和底面回波同時存在,疊加效應(yīng)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，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。,7.1.2.1直接接觸法,,圖中F1只有1條路徑，F(xiàn)2比F1多三條路

9、徑，F(xiàn)3比F1多五條路徑。路徑多，疊加能量多，缺陷回波高。但當(dāng)路徑進一步增加時，衰減也迅速增加，這時衰減的影響比疊加效應(yīng)更大，因此缺陷回波高。但當(dāng)路徑進一步增加時，衰減也迅速增加，這時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來評價缺陷。只有當(dāng)板厚δ＜20mm時，才以F2來評價缺陷，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

10、b 中心部位 c 一般25mm以下（10-25）mm。,7.1.2.1直接接觸法,7.1.2.2液浸法（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2、3、4……次反射波分別與鋼板的第1、2、

11、3……次底波一一重合時，稱為一次重合法；當(dāng)耦合液體/鋼界面的第2、3、4……次反射波分別與鋼板的第2、4、6……次底波重合時，稱為二次重合法。依此類推,7.1.2.2液浸法（充液耦合法）,7.1.2.2液浸法（充液耦合法）,,7.1.2.2液浸法（充液耦合法）,1、界面波與鋼板底波的重合,,,,,,,,,,,,,,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（7.1）式通過計算求得：,,h－耦合液體層厚度

12、n－重合次數(shù)（即一次重合法n=1、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。,7.1.2.2液浸法（充液耦合法）,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，必

13、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聲束直徑 ④ 進出水口位置應(yīng)大于最大水層可調(diào)厚度，且出水口應(yīng)小于進水口，保證水套充滿水。 ⑤ 探傷時應(yīng)及時注意排除水中氣泡?；虿捎孟輨┤コ龤馀?7.1.2.2液浸法（充液耦合法）,7.1.3板材超聲波檢測過程,7.1.3.1表面要求 鋼板檢測時表面為軋制面，當(dāng)表面比較粗糙或氧化皮較為嚴(yán)重時，應(yīng)做適當(dāng)?shù)奶幚?，如用鋼絲刷及打磨等。一般選取鋼

14、板的任意一個軋制面進行檢測，如有需要也可選上下兩個軋制面進行檢測。,7.1.3.2探頭選用 探頭的頻率一般為2.5MHz～5MHz，這是因為鋼板的晶粒比較細，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)符合表的要求。,探頭的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)板厚來確定。板厚較大時，

15、常選用單晶直探頭。板厚較薄時可選用雙晶直探頭，因為雙晶直探頭主要用于檢測厚度6~20mm的鋼板。,1、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；,7.1.3.3試塊選用原則,圖 1 階梯平底試塊,五、雙晶直探頭檢測,2、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。,7.1.3.3試塊選用原則,7.1.3.3試塊選用原則,3、當(dāng)板厚不小于三倍近場區(qū)時，且板材上下兩個表面平

16、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。,7.1.3.3試塊選用原則,7.1.3.4儀器系統(tǒng)的校準(zhǔn),1、檢測范圍的調(diào)整一般根據(jù)板厚來確定檢測范圍接觸法檢測30mm以下的鋼板時，應(yīng)能看到B10，檢測范圍調(diào)到300mm左右板厚在30~80mm時，應(yīng)能看到B5,檢測范圍為40mm左右板厚大于80mm時，可適當(dāng)減少底波的次數(shù)，但檢測范圍仍要保證在400mm左右,2、靈敏度的調(diào)節(jié)

17、 在鋼板檢測中一般用階梯試塊、平底孔試塊、鋼板底波法來進行靈敏度的調(diào)節(jié)。a、 CBⅠ標(biāo)準(zhǔn)試塊法 板厚≤20mm時，利用CBⅠ階梯試塊調(diào)節(jié)檢測靈敏度時，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。,7.1.3.4儀器系統(tǒng)的校準(zhǔn),靈敏度調(diào)節(jié),B1,4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,1,5,b、板厚大于20mm時，利用Φ5平底孔試塊繪制距離波幅曲線

18、，按此曲線作為基準(zhǔn)靈敏度。掃查時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)量時應(yīng)將靈敏度調(diào)回基準(zhǔn)靈敏度。,,7.1.3.4儀器系統(tǒng)的校準(zhǔn),,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達到50%即可。板厚不小于探頭的3倍近場區(qū)時，也可取鋼板無缺陷完好區(qū)域的第一次底波達基準(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7.2要求的靈敏度相一致。,7.1.3.4儀器系

19、統(tǒng)的校準(zhǔn),掃查靈敏度—掃查時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。,1、全面掃查探頭移動方向沿垂直于鋼板壓延方向?qū)︿摪遄?00%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。,7.1.3.5掃查,,,壓延方向,,,,,,,2、列線掃查在鋼板上劃出垂直于

20、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行），一般列線間距不大于50mm，見圖b）。探頭沿這些平行線進行掃查，在發(fā)現(xiàn)缺陷時再在缺陷周圍擴大掃查范圍。,7.1.3.5掃查,,,,3、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）。這個范圍一般由相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范給出。,7.1.3.5掃查,NB/T47013.3規(guī)定,4、格子劃線掃查在鋼板周邊內(nèi)做全面積掃查，其余部分畫成方格子線，一般取100mm×

21、;100mm，探頭沿格子線掃查，在發(fā)現(xiàn)缺陷時再在缺陷周圍擴大掃查范圍。見圖,7.1.3.5掃查,,,,,,,1.缺陷判別 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%。,7.1.3.6缺陷的判別與測定,,,,,,0

22、 5 10,,,,,,0 5 10,,,,,,,0 5 10,,,,,,（1） (F1≥50%),（2） (B1＜100%時 F1/B1≥50%),（3） ( B1＜50%),B 1,B 1,F 1 F2,F1,F1,,,,,B 2,B 2,F2,F2,,B 1,7.1.3.6缺陷的判別與

23、測定,,,,缺陷的判定1、缺陷的第一次反射波（F1）波幅高于距離-波幅曲線，或用雙晶探頭檢測板厚小于等于20mm板材時，缺陷第一次反射波（F1）大于或等于顯示屏滿刻度的50%2、底面第一次反射波（B1）波幅低于顯示屏滿刻度的50%,NB/T47013.3規(guī)定,2.缺陷的測定 檢測中達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：包括缺陷深度和平面位置深度可據(jù)示波屏上缺陷波所對

24、的刻度來確認(rèn)平面位置根據(jù)發(fā)現(xiàn)缺陷的探頭位置來確定，并在工件或記錄紙上標(biāo)出缺陷至工件相鄰邊界的距離,,7.1.3.6缺陷的判別與測定,2）缺陷的定量（ 1）、雙晶直探頭檢測a）板材厚度小于等于20時，移動探頭使缺陷波（F1）下降到基準(zhǔn)靈敏度條件下顯不屏滿刻度的50%，探頭中心為缺陷的邊界點。b）板材厚度為20-60mm時，移動探頭使缺陷波（F1）下降到距離波幅曲線，此時探頭中心為缺陷的邊界點。c）底面第一次反射波（B1）波幅低于

25、顯示屏滿刻度的50%時，移動探頭使缺底波（B1）上升到基準(zhǔn)靈敏度條件下顯不屏滿刻度的50%，或上升到距離波幅曲線，探頭中心為缺陷的邊界點。,7.1.3.6缺陷的判別與測定,,,,50%,,,,50%,,2）缺陷的定量（ 1）、雙晶直探頭檢測d）缺陷邊界確定后，用一邊平行于板材壓延方向矩形框包圍缺陷，其長邊作為缺陷的長度，矩形面積為缺陷的指示面積,7.1.3.6缺陷的判別與測定,,,,2）缺陷的定量（2）單晶直探頭檢測a）移動探頭

26、使缺陷波（F1）下降到距離波幅曲線，此時探頭中心為缺陷的邊界點。b）底面第一次反射波（B1）波幅低于距離波幅曲線時，移動探頭使缺底波（B1）上升到到距離波幅曲線，探頭中心為缺陷的邊界點。在記錄邊界的同時記錄缺陷的波幅,7.1.3.6缺陷的判別與測定,2）缺陷的定量（3）缺陷尺寸的評定方法A）缺陷邊界確定后，用一邊平行于板材壓延方向矩形框包圍缺陷，其長邊作為缺陷的長度，矩形面積為缺陷的指示面積B）a單個缺陷 按其指示的矩形面積作

27、為該缺陷的指示面積 b多個缺陷其相鄰間距小于相鄰較小缺陷的指示長度時，按單個缺陷處理，缺陷指示面積為各缺陷指示面積之和,7.1.3.6缺陷的判別與測定,3.缺陷性質(zhì)的識別：根據(jù)缺陷反射波和底波特點來估計缺陷的性質(zhì)。分層：缺陷波形陡直，底波明顯下降或完全消失。折疊：不一定有缺陷波，但始脈沖加寬，底波明顯下降或消失白點：波形密集尖銳活躍底波明顯降低，次數(shù)減少，重復(fù)性差，移動探頭，回波此起彼伏。,7.1.3.6缺陷的判別與測

28、定,,鋼板探傷中，引起底波消失的幾種可能情況:1.表面氧化皮與鋼板結(jié)合不好；2.近表面有大面積的缺陷；3.鋼板中有吸收性缺陷（如疏松或密集小夾層）；4.鋼板中有傾斜的大缺陷。,7.1.3.7缺陷的評定與質(zhì)量分級,一 板材質(zhì)量分級1、根據(jù)缺陷性質(zhì)定級 檢測人員能確認(rèn)板材中有白點、裂紋等可定為IV級2、按單個缺陷指示面積、缺陷密集度、鋼板中部、鋼板邊緣分級鋼板中部檢測區(qū)域質(zhì)量分級,,評價缺陷密集程度時，如鋼板面積不足1m&#

29、215;1m時按比例折算允許個數(shù),,7.2復(fù)合鋼板超聲波檢測,7.2.1復(fù)合鋼板的加工及主要缺陷,復(fù)合板是由基板和復(fù)合層板組成的?；逋ǔ２捎锰间?、低合金鋼板或不銹鋼板，復(fù)合層板通常采用不銹鋼、鈦及鈦合金、鋁及鋁合金、鎳及鎳合金、銅及銅合金板。復(fù)合層板用來提高耐磨、耐腐蝕等性能，基板用來保證復(fù)合板的強度。,基板和復(fù)合層板的結(jié)合采用軋制法、爆炸復(fù)合法和堆焊法等。,復(fù)合板中的缺陷主要是復(fù)合層板和基板結(jié)合層界面上的未結(jié)合，未結(jié)合部分的缺陷呈完

30、全脫開或不完全脫開狀態(tài)。超聲波檢測主要是檢測基板和復(fù)合層板結(jié)合狀態(tài)的。 脫層（脫接） 復(fù)合不良,7.2.2復(fù)合鋼板的超聲波檢測過程,7.2.2.1探頭選用探頭的選用應(yīng)按表7.1的規(guī)定進行。常用單晶直探頭或雙晶直探頭進行縱波檢測 ，檢測頻率2.5—5.0MHz，探頭直徑一般不大于Φ25mm。,7.2.2.2耦合方式,耦合方式可采用直接接觸法或液浸法。,7.2.2.3檢測面,一般從基板側(cè)表面進行檢測，需要時也可以從復(fù)合板材側(cè)

31、進行檢測。,7.2.2.4掃查方式,a) 掃查方式可采用100%掃查或沿鋼板寬度方向，間隔為50mm的平行線掃查；b) 根據(jù)合同、技術(shù)協(xié)議書或圖樣的要求，采用其他掃查形式；c) 在坡口預(yù)定線兩側(cè)各50mm內(nèi)應(yīng)作100%掃查。,7.2.2.5基準(zhǔn)靈敏度的確定,將探頭置于復(fù)合鋼板完全結(jié)合部位，調(diào)節(jié)第一次底波高度為顯示屏滿刻度的80%。以此作為基準(zhǔn)靈敏度。,7.2.2.6未結(jié)合區(qū)的測定,第一次底波高度低于顯示屏滿刻度的5%，且明顯有

32、未結(jié)合缺陷反射波存在時（≥5%），該部位稱為未結(jié)合區(qū)。移動探頭，使第一次底波升高到顯示屏滿刻度的40%，以此時探頭中心作為未結(jié)合區(qū)邊界點。,：,7.2.2復(fù)合鋼板的超聲波檢測過程,7.2.2.7未結(jié)合缺陷的評定和質(zhì)量分級不同的標(biāo)準(zhǔn)對未結(jié)合缺陷的評定與質(zhì)量分級有不同要求，NB/T 47013.3-2015標(biāo)準(zhǔn)對未結(jié)合缺陷的評定和質(zhì)量分級的規(guī)定如下1.缺陷指示長度的評定未結(jié)合指示長度的評定規(guī)則 未結(jié)合邊界范圍確定后，用一邊平行于板

33、材壓延方向矩形框包圍該未結(jié)合，長邊作為其指示長度。若單個未結(jié)合的指示長度小于25mm時，可不做記錄,7.2.2復(fù)合鋼板的超聲波檢測過程,2、單個未結(jié)合面積的評定規(guī)則：a） 一個未結(jié)合按其指示的矩形面積作為其該單個未結(jié)合面積；b） 多個未結(jié)合其相鄰間距小于 20mm 時，按單個未結(jié)合處理，其面積為各個未結(jié)合面積之和。3、未結(jié)合率的評定任一 1m×1m 檢測面積內(nèi)，按未結(jié)合區(qū)面積所占百分比來確定。,7.2.2復(fù)合鋼板的超

34、聲波檢測過程,4、質(zhì)量分級1）在復(fù)合板邊緣或剖口預(yù)定線兩側(cè)作 100%掃查的區(qū)域內(nèi)，未結(jié)合的指示長度大于或等于25mm 時，定級為 IV 級。 表 8 復(fù)合板超聲檢測質(zhì)量分級,7.2.2復(fù)合鋼板的超聲波檢測過程,7.2.3復(fù)合鋼板超聲波檢測的反射波分析,復(fù)合板的基板和復(fù)合層板即使完全結(jié)合，由于復(fù)合層板的聲阻抗和基板的聲阻抗一般不相同，因此對復(fù)合板作縱波垂直檢測時，在基板和復(fù)合

35、層板的結(jié)合界面上會產(chǎn)生反射波，超聲波檢測儀顯示屏上同時收到界面反射波和底面反射波。,復(fù)合板縱波垂直檢測時超聲波的傳播路徑和檢測圖形見示意圖，圖中I、I1為界面反射波， I2為界面多次反射波；B為底面反射波，B1的傳播路徑較為復(fù)雜：一條是I1經(jīng)復(fù)合板表面反射然后在界面處透射，而后經(jīng)基板底面反射，這個反射波在界面處透射最后回到復(fù)合板表面；另一條是B經(jīng)復(fù)合板表面反射后，在界面處再次反射并回到復(fù)合板表面。設(shè)界面的聲壓反射率（取決對值）為r,按第

36、二章第六節(jié)講述的理論，即：,鈦復(fù)合鋼板縱波垂直檢測時的超聲傳播路徑和反射波示意圖 7.4,7.2.3復(fù)合鋼板超聲波檢測的反射波分析,,,,表7.5表示由計算得出的基板和幾種復(fù)合層材料組成的界面的聲壓反射率。這里基材（鋼）的聲阻抗取46×106kg/m2s。,表7.5 基板（鋼）和復(fù)合層板的界面聲壓反射率,在圖7.5中,如以I1/B或I/B作表示界面反射波大小的指標(biāo),則其間關(guān)系如下:,7.2.3復(fù)合鋼板超聲波檢測的反射波分析

37、,用表7.4中的數(shù)值用式（5-3）計算I/B,結(jié)果見表7.5,表7.5 界面反射波的大小,由此表可知, 復(fù)合層板是18-8不銹鋼的復(fù)合板,界面反射波極小,幾乎看不到.而復(fù)合層板是鋁和鈦的 復(fù)合板,界面反射波就相當(dāng)大.圖7.4是按復(fù)合層板是鈦的情況畫出來的,7.2.3復(fù)合鋼板超聲波檢測的反射波分析,7.3 無縫鋼管超聲波檢測,鋼管按其加工方法分為無縫鋼管和焊接管，無縫鋼管加工有熱軋和冷拔兩種方法，焊接管加工有螺旋焊縫和直縫電焊鋼管兩種

38、方法，本節(jié)介紹碳鋼和低合金鋼及奧氏體不銹鋼無縫鋼管的超聲波檢測。,7.3.1無縫鋼管的常見缺陷,無縫鋼管加工方法有熱軋（擠壓無縫鋼管）和冷拔，無縫鋼管中缺陷與加工方法有關(guān)。無縫鋼管中常見缺陷有裂紋、折迭、分層等；折迭屬表面缺陷；裂紋存在于無縫鋼管的內(nèi)部和表面；分層屬內(nèi)部缺陷，本節(jié)介紹的超聲波檢測方法不適用于分層缺陷的檢測。,7.3.2無縫鋼管的常用檢測方法,無縫鋼管中缺陷按其方向有縱向缺陷和橫向缺陷，鋼管的檢測主要針對縱向缺陷。檢測縱向

39、缺陷時超聲聲束應(yīng)由鋼管外圓橫截面中心線一側(cè)傾斜入射，在管壁內(nèi)沿周向呈鋸齒形傳播（如圖7.6所示）。,圖7.6 管壁內(nèi)聲束的周向傳播,7.3.2無縫鋼管的常用檢測方法,檢測橫向缺陷時超聲聲束應(yīng)沿軸向傾斜入射呈鋸齒形傳播（如圖7.7所示）。 在實際檢測時，通常希望管材中存在的波形單一，形成的A型顯示波形清晰簡單，以便于缺陷信號的正確判斷和解釋。因此將管材檢測的傾斜入射聲束入射角選擇在第一臨界角和第二臨界角之間，使管材中只存在橫波

40、進行檢測且聲束軸線能掃查到內(nèi)壁。 無縫鋼管檢測按耦合方式分為接觸法和液浸法，下面介紹兩種方法的特點。,圖7.7 管壁內(nèi)聲束的軸向傳播,7.3.2.1接觸法檢測,接觸法檢測使用與鋼管表面吻合良好的斜探頭。管材曲率半徑小時，接觸法檢測耦合不良，聲束嚴(yán)重擴散，靈敏度低，一般采用聚焦探頭、將有機玻璃斜楔塊加工成與管材表面吻合良好的曲面,也可在探頭前加裝與管材吻合良好的滑塊（見圖7.8）等方法提高檢測靈敏度。接觸法檢測效率低、探頭損

41、耗大適用于單件小批量及規(guī)格多的情況。,,圖7.8探頭前加裝滑塊,圖7.9管材接觸法檢測,接觸法檢測斜探頭的折射角按下面方法確定：1.管材內(nèi)只有橫波 ：2.橫波檢測到管材內(nèi)壁： ；3. 滿足管材內(nèi)只有橫波并檢測到內(nèi)壁的條件為： （7.4）,式中：CL有—有機玻璃中的

42、縱波聲速 CS鋼—鋼中的橫波聲速 r—檢測的管內(nèi)徑 R—檢測的管外徑,例題1：用單斜探頭直接接觸法檢測Φ325×40mm無縫鋼管，求探頭的最大K值？,已知：D0=325mm T=40mm求: 解: 滿足橫波檢測到管材內(nèi)壁的最大折射角：答:探頭的最大K值為1.15。,探

43、頭入射點與折射角的測定 　 管材探傷為了實現(xiàn)良好的常將探頭修磨成與管材曲率相同的曲面，這時探頭的入射點和折射角都發(fā)生了變化，需要重新測定入射點。,⑶圓管試塊法測定折射角,如圖：折射角還可以用管形試塊來測定，WS=b-a由余弦定理可得探頭的折射角β=arccos[t/Ws(1-t/D)+Ws/D],如圖：移動探頭，使孔的回波最高由b=AB*cosβ 得β=arccosb/D,如圖移動探頭，使反射回波最高，此時棱角對應(yīng)

44、的點即入射點。,⑴棱角反射測定入射點,⑵圓柱試塊法測定折射角,7.3.2.2液浸法,將液浸縱波探頭置于液體中，利用縱波傾斜入射到液體/鋼界面，當(dāng)入射角α在第一臨界角和第二臨界角之間時，在管材內(nèi)對縱向缺陷進行全橫波檢測，見圖7.10（圖中所示反射波表示的是相對位置，實際檢測中它們不會同時出現(xiàn)在顯示屏上）。 液浸法耦合效果好、檢測速度快、靈敏度高、探頭損耗小、特別適用于對小徑管的全周長自動化檢測。這里簡單介紹一下液浸法的幾個工

45、藝參數(shù)的選擇：,1.偏心距：探頭聲束軸線與管材中心軸線的水平距離?？刂破木嗑涂梢钥刂迫肷浣铅?。,偏心距的范圍由兩個條件決定，一是保證聲束軸線能夠檢測到管材內(nèi)壁，二是保證全橫波檢測。,1.偏心距,聲束軸線檢測內(nèi)壁的條件：,全橫波檢測的條件：,同時滿足上述條件時：,∵,∴,偏心距的范圍,耦合液體如果用水，將水和鋼中的聲速代入有,實際工作總常取偏心距的平均值即,式中：cL液－液體中縱波聲速,cL鋼－鋼中縱波聲速,cS鋼－鋼中橫波聲速,R－小

46、徑管外半徑,r－小徑管內(nèi)半徑,X－偏心距,1.偏心距,2.液體層厚度,3.焦距f:,4.聚焦探頭聲透鏡的曲率半徑,：,聚焦探頭聲透鏡的曲率半徑以有機玻璃探頭水耦合為例,7.3.3無縫鋼管的超聲波檢測過程,管材的超聲波檢測以縱向缺陷為主，一般當(dāng)合同雙方有約定或技術(shù)文件有規(guī)定時才進行橫向缺陷的檢測。這里主要介紹縱向缺陷的檢測。,7.3.3.1探頭選用：液浸法檢測使用線聚焦或點聚焦縱波探頭。接觸法檢測使用與鋼管表面吻合良好的斜探頭或聚焦斜

47、探頭。單個探頭壓電晶片長度或直徑小于或等于25mm。探頭頻率為2.5MHz～7.0MHz。,7.3.3.2試塊選用,選用與被檢管材規(guī)格相同，材質(zhì)、熱處理及表面狀態(tài)相同或相似的管材制成，試塊上不得有影響人工反射體顯示的缺陷。對比試塊上的人工反射體為尖角槽，尖角槽的位置和尺寸如圖3.27和表7.7所示。,表7.7 鋼管超聲波檢測縱向缺陷的人工試塊上的人工反射體尺寸,7.3.3.3基準(zhǔn)靈敏度的確定 1、直接接觸法橫波基準(zhǔn)靈敏度的

48、確定，可直接在對比試樣上將內(nèi)壁人工V形槽的反射波高度調(diào)到顯示屏滿刻度的80%，再移動探頭，找出外壁人工V形槽的最大反射波，在顯示屏上標(biāo)出，連接兩點即為距離-波幅曲線，作為檢測時的基準(zhǔn)靈敏度。,,,,,,t,2t,7.3.3.3基準(zhǔn)靈敏度的確定2、液浸法基準(zhǔn)靈敏度按下述方法確定：1）水層距離應(yīng)根據(jù)橫波在鋼中的聲程和聚焦探頭的焦距（ ）來確定；,2）調(diào)整時，一面用適當(dāng)?shù)乃俣绒D(zhuǎn)動管子，一面將探頭慢慢

49、偏心，使對比試樣管內(nèi)、外表面人工反射體所產(chǎn)生的反射波幅度均達到顯示屏滿刻度的50%，以此作為基準(zhǔn)靈敏度。如不能達到此要求，也可在內(nèi)、外槽設(shè)立不同的報警電平。,2、液浸法基準(zhǔn)靈敏度按下述方法確定：,,7.3.3.4掃查方式 探頭沿徑向按螺旋線進行掃查。一種是探頭作軸向移動，管材作轉(zhuǎn)動；一種是管材不動，探頭沿螺旋線運動。探頭相對鋼管螺旋進給的螺距應(yīng)保證超聲聲束對鋼管進行100%掃查時，有不小于15%的覆蓋率,7.3

50、.3.5靈敏度設(shè)定掃查時在基準(zhǔn)靈敏度的基礎(chǔ)上提高6dB作為掃查靈敏度。每根管材應(yīng)從管材兩端沿相反方向各檢查一次。7.3.3.6無縫鋼管驗收要求管材檢測的驗收級別由供需雙方或相關(guān)的技術(shù)文件確定。在檢測中當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時，儀器應(yīng)調(diào)回到基準(zhǔn)靈敏度，對于缺陷反射波幅度≥基準(zhǔn)靈敏度，則該管材為不合格。不合格品允許在公差范圍內(nèi)進行修磨，修磨后復(fù)檢。,,缺陷記錄1 直接接觸法檢測時，回波幅度大于或等于相應(yīng)的對比試塊人工反射體距離-波幅曲線 5