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1、第7章 板材和管材超声检测7.1 钢板超声检测钢板超声检测 7.1.1 钢板加工及常见缺陷钢板加工及常见缺陷 加工方法：由板坯轧制。加工方法：由板坯轧制。常见缺陷：分层、折叠、白点等，裂纹少见。常见缺陷：分层、折叠、白点等，裂纹少见。分层：板坯中缩孔、夹渣等在轧制过程中未熔合而形分层：板坯中缩孔、夹渣等在轧制过程中未熔合而形成的分离层。成的分离层。折叠：钢板表面局部形成互相折合的双层金属。折叠：钢板表面局部形成互相折合的双层金属。白点：钢板在轧制后冷却过程中氢原子来不及扩散。白点：钢板在轧制后冷却过程中氢原子来不及扩散。7.1.2 检测方法检测方法钢板的分类（超声检测的角度）：钢板的分类（超声
2、检测的角度）：薄板：厚度薄板：厚度 6mm检测方法：板波检测法检测方法：板波检测法中厚板：中厚板：6mm，中板：中板：640mm；厚板：；厚板：40mm检测方法：垂直入射法检测方法：垂直入射法中厚板超声检测方法中厚板超声检测方法脉冲反射式垂直入射法；脉冲反射式垂直入射法；耦合方式：直接接触法和水浸法；耦合方式：直接接触法和水浸法；探头：聚焦和非聚焦的单晶直探头、双晶直探头。探头：聚焦和非聚焦的单晶直探头、双晶直探头。单晶直探头检测单晶直探头检测时基线调节，一般采用多次底波反射法，厚板采用一次底时基线调节，一般采用多次底波反射法，厚板采用一次底波或二次底波法。波或二次底波法。一次底波法只考虑钢板
3、界面回波与底波一次底波法只考虑钢板界面回波与底波B1之间的缺陷波。之间的缺陷波。1.直接接触法直接接触法 探头通过薄层耦合剂与工件接触进行检测。探头通过薄层耦合剂与工件接触进行检测。检测波形显示检测波形显示 完好区：显示多次等距离的底波，无缺陷波。完好区：显示多次等距离的底波，无缺陷波。小缺陷：缺陷波与底波共存，底波有所下降。小缺陷：缺陷波与底波共存，底波有所下降。大缺陷：出现缺陷的多次反射波，底波明显下降或消失。大缺陷：出现缺陷的多次反射波，底波明显下降或消失。叠加效应叠加效应板厚较薄且板中缺陷板厚较薄且板中缺陷较小时，各次底波之较小时，各次底波之前的缺陷波开始几次前的缺陷波开始几次逐渐升高
4、再逐渐降低逐渐升高再逐渐降低的现象。的现象。产生原因：由于不同产生原因：由于不同反射路径声波互相叠反射路径声波互相叠加造成的。加造成的。出现叠加效应时，一出现叠加效应时，一般应根据般应根据F1评价缺陷。评价缺陷。当当20mm时，可用时，可用F2评价缺陷。评价缺陷。2.水浸法（充水耦合法）水浸法（充水耦合法）探头与钢板不直接接触，通过一层水耦合。探头与钢板不直接接触，通过一层水耦合。多次重合法多次重合法通过调整水层厚度，使水通过调整水层厚度，使水/钢界面回波分别与钢板的多次钢界面回波分别与钢板的多次底波重合。一般常用四次重合法。底波重合。一般常用四次重合法。重合法水层厚度重合法水层厚度 H 与钢
5、板与钢板 的关系：的关系：可以减少近场区的影响，而且可以根据多次底波衰减情况可以减少近场区的影响，而且可以根据多次底波衰减情况判断缺陷严重程度。判断缺陷严重程度。4 nccnH 钢钢水水7.1.3 探头与扫查方式的选择探头与扫查方式的选择1.探头的选择探头的选择 频率：频率：2.55.0MHz 钢板晶粒细钢板晶粒细 为了获得较高的分辨力，宜选用较高的频率。为了获得较高的分辨力，宜选用较高的频率。晶片直径：晶片直径：10mm 25mm 检测面积大，提高检测效率，宜选用较大直径的探头。检测面积大，提高检测效率，宜选用较大直径的探头。厚度较小的钢板，选用较小晶片直径的探头，减少近场厚度较小的钢板，选
6、用较小晶片直径的探头，减少近场区的影响。区的影响。结构形式：单晶直探头或双晶直探头结构形式：单晶直探头或双晶直探头 板厚较大，选用单晶直探头板厚较大，选用单晶直探头 板厚较薄，选用双晶直探头，检测厚度为板厚较薄，选用双晶直探头，检测厚度为620mm的的钢板。钢板。承压设备用板材超声检测探头选用规定，表承压设备用板材超声检测探头选用规定，表7-1。2.扫查方式的选择扫查方式的选择 全面扫查：全面扫查：垂直于压延方向划出等距离的平行列线垂直于压延方向划出等距离的平行列线 探头移动方向垂直于钢板压延方向。探头移动方向垂直于钢板压延方向。100%扫查，相邻两次扫查应扫查，相邻两次扫查应10%重复。重复
7、。列线扫查：探头沿等距离的平行列线扫查。列线扫查：探头沿等距离的平行列线扫查。边缘扫查：在钢板边缘一定的范围内作全面扫查。边缘扫查：在钢板边缘一定的范围内作全面扫查。格子扫查格子扫查 在钢板边缘在钢板边缘 50mm范围内作全面扫查。范围内作全面扫查。其余按其余按200mm200mm的格子线扫查。的格子线扫查。3.扫查速度的选择扫查速度的选择 手工扫查手工扫查 速度应不大于速度应不大于0.2m/s。根据使用仪器的性能调整扫查速度，对于响应速度较慢根据使用仪器的性能调整扫查速度，对于响应速度较慢的仪器，应使用较小的扫查速度。的仪器，应使用较小的扫查速度。水浸自动检测水浸自动检测 最大扫查速度与要求
8、检出的最小缺陷尺寸、钢板厚度、最大扫查速度与要求检出的最小缺陷尺寸、钢板厚度、超声检测仪器限定的脉冲重复频率有关。超声检测仪器限定的脉冲重复频率有关。重复频率选择重复频率选择最大重复频率应根据板厚决定；最大重复频率应根据板厚决定；检测时超声脉冲之间的间隔时间，应远大于超声在检测时超声脉冲之间的间隔时间，应远大于超声在材料中传播时间，以避免形成幻象波；材料中传播时间，以避免形成幻象波；高速扫查时，脉冲重复频率应使最小尺寸的缺陷信高速扫查时，脉冲重复频率应使最小尺寸的缺陷信号能够显示。号能够显示。7.1.4 检测范围和灵敏度的调整检测范围和灵敏度的调整1.检测范围的调整检测范围的调整 根据板厚来确
9、定检测范围。根据板厚来确定检测范围。2.灵敏度的调整灵敏度的调整 CB试块法：板厚试块法：板厚 20mm，采用，采用CB试块，使之与试块，使之与工件等厚的第一次底波达满幅度的工件等厚的第一次底波达满幅度的50%，再提高，再提高10dB作作为基准灵敏度。为基准灵敏度。CB试块法：板厚试块法：板厚20mm，采用，采用CB试块，使试块，使 5mm平底孔第一次回波达满幅度的平底孔第一次回波达满幅度的50%作为基准灵敏度。作为基准灵敏度。试块试块编号编号被检钢板被检钢板厚度厚度检测面到检测面到平底孔的平底孔的距离距离s试块试块厚度厚度TCB-120401520CB-140603040CB-3601005
10、065CB-4100016090110CB-5160200140170CB-6200250190220 底波法底波法 利用多次底波调节灵敏度。利用多次底波调节灵敏度。板厚板厚3N，可取钢板无缺陷处的第一次底波达，可取钢板无缺陷处的第一次底波达50%，通，通过计算法来校准灵敏度，其结果应与过计算法来校准灵敏度，其结果应与CB标准试块法标准试块法要求相一致。要求相一致。7.1.5 缺陷的判别与测定缺陷的判别与测定1.缺陷的判别缺陷的判别 根据缺陷波和底波来判别缺陷。根据缺陷波和底波来判别缺陷。JB/T 4730-2005规定：规定：F150%；F150%B1100%，F1/B1 50%；B1100
11、%，F1/B1 50%B1 50%B1 50%2.缺陷的测定缺陷的测定 缺陷位置测定缺陷位置测定缺陷深度：根据示波屏上缺陷波位置对应的刻度确定。缺陷深度：根据示波屏上缺陷波位置对应的刻度确定。平面位置：根据发现缺陷的探头位置来确定，标出和记录平面位置：根据发现缺陷的探头位置来确定，标出和记录缺陷至工件相邻两边界的距离。缺陷至工件相邻两边界的距离。缺陷定量缺陷定量采用测长法测定指示长度和面积。采用测长法测定指示长度和面积。F1 50%：F1达达25%时，探头中时，探头中心移动距离为缺陷指心移动距离为缺陷指示长度，探头中心轨示长度，探头中心轨迹为缺陷边界。迹为缺陷边界。F1/B1 50%（B110
12、0%）：）：F1/B1达达50%时，时，探探头中心移动距离为缺头中心移动距离为缺陷指示长度，探头中陷指示长度，探头中心轨迹为缺陷边界。心轨迹为缺陷边界。B1 50%：使使B1达达50%时，探头时，探头中心移动距离为缺陷中心移动距离为缺陷指示长度，探头中心指示长度，探头中心轨迹为缺陷边界。轨迹为缺陷边界。3.缺陷性质的估计缺陷性质的估计 分层分层 缺陷波形陡直缺陷波形陡直 底波明显下降或消失底波明显下降或消失 折叠折叠 不一定有缺陷波，但底波明显下降、次数减少或消失，不一定有缺陷波，但底波明显下降、次数减少或消失，始波加宽。始波加宽。白点白点 波形密集尖锐活跃，底波明显降低、次数减少，重复波形密
13、集尖锐活跃，底波明显降低、次数减少，重复性差，移动探头，回波此起彼伏。性差，移动探头，回波此起彼伏。7.1.6 钢板质量级别判定钢板质量级别判定（JB/T 4730-2005规定规定）根据缺陷指示长度与缺陷指示面积不同将钢板质量分为五根据缺陷指示长度与缺陷指示面积不同将钢板质量分为五个等级，个等级，级最高，级最高，级最低。级最低。单个缺陷指示长度单个缺陷指示长度 缺陷指示的最大长度尺寸。缺陷指示的最大长度尺寸。单个缺陷指示长度小于单个缺陷指示长度小于40mm，可不作记录。，可不作记录。缺陷指示面积缺陷指示面积 缺陷边界范围内的面积。缺陷边界范围内的面积。间距小于间距小于100mm或小于相邻较小
14、缺陷指示长度（取其或小于相邻较小缺陷指示长度（取其最大值）的多个缺陷，以各缺陷面积之和作为单个缺最大值）的多个缺陷，以各缺陷面积之和作为单个缺陷指示面积。陷指示面积。在检测过程中，检测人员如确认钢板中有白点、裂纹等危在检测过程中，检测人员如确认钢板中有白点、裂纹等危害性缺陷存在时，应直接评为害性缺陷存在时，应直接评为级。级。等级等级单个缺陷单个缺陷指示长度指示长度cm单个缺陷单个缺陷指示面积指示面积cm2在任一在任一1mm1mm检测面积内存在的缺检测面积内存在的缺陷面积百分比陷面积百分比%以下单个缺以下单个缺陷指示面积陷指示面积不计不计cm280253910050515120100102515
15、01001025超超 过过 级级 者者表表7-3 钢板质量分级钢板质量分级例题：钢板质量评级例题：钢板质量评级7.3 复合板超声检测复合板超声检测7.3.1 复合材料中常见缺陷复合材料中常见缺陷 复合材料复合材料由母材与复合层粘合而成。由母材与复合层粘合而成。常见的复合材料：在碳钢或低合金钢母材上，粘接不锈钢、常见的复合材料：在碳钢或低合金钢母材上，粘接不锈钢、钛、铝、铜合金等复合层。钛、铝、铜合金等复合层。制造方法：轧制、爆炸、堆焊等制造方法：轧制、爆炸、堆焊等 常见缺陷常见缺陷复合层与母材在界面处复合不良。复合层与母材在界面处复合不良。脱层（脱接）脱层（脱接）7.3.2 检测方法检测方法
16、检测方法：纵波检测。检测方法：纵波检测。探头探头单晶直探头或双晶直探头；单晶直探头或双晶直探头；探头直径探头直径25mm；频率：频率：2.55.0MHz。检测灵敏度：复合板完好区的底波检测灵敏度：复合板完好区的底波B1调至示波屏满刻度的调至示波屏满刻度的80%。检测面：母材侧或复合层侧检测面：母材侧或复合层侧7.3.3 缺陷的判别缺陷的判别1.两种复合材料声阻抗相近时两种复合材料声阻抗相近时 不锈钢碳钢复合板不锈钢碳钢复合板 从母材侧检测从母材侧检测 复合良好区：基本无界面回波，只有底波复合良好区：基本无界面回波，只有底波B1；不完全脱接：不完全脱接：B1前不远处前不远处F波出现多次彼连，波出现多次彼连，B1降低；降低；完全脱接：缺陷回波完全脱接：缺陷回波F较强，底波消失。较强，底波消失。00350r.9930m21.ZZ 9930m21.ZZ 从复合材料侧检测从复合材料侧检测 复合良好区：基本无界面回波，只有复合良好区：基本无界面回波，只有B1；不完全脱接：不完全脱接：B1降低，降低，F波多次彼连，并紧随始波波多次彼连，并紧随始波T与与B1之后；之后；完全脱接：完全脱接：F波多次彼连
