第五章板材和管材超声波探伤.ppt

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1、第五章 板材和管材超声波探伤,第一节 板材超声波探伤 一、板材分类 6 20mm薄板 20mm 40mm厚板,二、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

2、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。,三、探伤方法 1.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：,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）。 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）。,材质对超声波的衰减要小。

3、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和板厚关系为： H= ，n为重合次数。 对充水直探头的要求：, 为满足多次重合法要求，水层厚度要连续可调。 调至不同厚度时，必须保证发射的声束与钢板表面垂直。 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。, 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。 探伤时应及时注意排除水中

4、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640mm范围）。 利用F1评价缺陷。 当20mm时用F2评价缺陷减少近场区影响。,三、探头与扫查方式 1.频率2.55MHZ 晶片直径：142

5、5mm 探头形式：单晶直探头 较大，用于20mm以上钢板检测 联合双晶直探头 较薄时，盲区小 一般用=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。,四、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） 80mm B5 （仪器有400mm范围） 80mm时 B2B5由实际情况决定，但B2以上必须出现。,2.灵敏度调整 阶梯试块法： 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。,平底孔试块： 20mm，试块上5平底孔第一次底波50%满幅。 注意：a.

6、 试块钢板与被探钢材质相近。,b. 试块钢板不得有2当量以上缺陷。 c. 试块上5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2 CB标准试块要求。,底波法： 3N，可用B1达50% 当20mm时也可用B5达50%计，但要和5平底孔波作试验比较，使灵敏度一致。,五、缺陷判别与测定 1.缺陷判别按JB/T4730-2005标准要求执行。 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

7、制造工艺综合判断。 波型特点大致为： 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。,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）,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。,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

8、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。,六、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。,第二节 复合材料超声波探伤,一、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： 脱层（脱接）即母材和复合层未粘合牢。

9、 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。,二、探伤方法： 探头：14mm25mm直探头或联合双直探头，纵波检测频率：2.55MHZ，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。,三、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。因此可用试块比较

10、确定缺陷。,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。,3. 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： B（dB）= =,底面不是全反射（即存在第三介质，底面反射率r） B（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）

11、 188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 -4.9,四、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.缺陷测面积 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。 未结合区总面积占复合板总面积的百分比为未结合率。,3.评级 复合钢板质量等级评定按下表：,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

12、级。,第三节 电薄板超声波探伤（板波探伤）,板波产生： 利用纵波斜入射至薄板，为提高效率。 当入射纵波波长L和板波波长B对应时，。,并可得 （CL透声楔中纵波速度，CP板中板波相速度）。 板波衰减： 随传播距离起伏变化，无变化规律，不呈单调。, 与板面清洁有关，板面有水、油时衰减大。 板波在薄板中传播时，遇到板端部或缺陷会产生反射，同时会产生波型转换（即板 波模式波型转换）。,板波探伤程序： 1.方法： 一个探头单收发（用穿透法即二个探头一收一发的也有，不常用）。 2.探伤条件 仪器：0.55MHZ功率较大的探伤仪。 探头：接触式、水浸式或轮胎式单收发探头。 试块：与板材质、板厚相等的板材试块

13、。 反射体：1或2 竖通孔。 尺寸：200300,探伤频率：根据板厚选择f，使板中波长与板厚相当。 板波类型：与入射选择： 端面反射波高，传播距离大，波型单一。 群速度快，易识别缺陷为原则。 仪器调节：利用试块调节扫描线比例和灵敏度。（试块端部或人工孔）,探测与缺陷测定： 探头沿轧制方向移动，声束与轧制方向垂直，先观察端面回波情况，即找出出现端面回波最大距离，然后以此范围将钢板分段检查。,缺陷位置： 可根据扫描线上缺陷波位置估算工件上位置。 也可用手拍打缺陷波来确定工件中位置。 指示长度测定：半波法或全波法。 最后根据指示长度范围确定缺陷面积。,第四节 管材超声波探伤,一、管材制造工艺及常见缺

14、陷 无缝钢管用穿孔法和高速挤压法制成。 穿孔法是将园钢在轧辊滚轧的同时用穿孔机穿孔。穿孔后的管子形状不规整，表面 毛糙，再通过心棒轧管机或心棒减径机，定径机等工艺压延，平整成型。 高速挤压法是通表面润滑的原材料在挤压机中直接挤压成型，加工精度较高。,焊接管：先将原材料卷成管形再焊接，大口径管多用此焊接管。 电阻焊接管： 由经热轧成型的管型卷材送到电阻焊接管成型机中自动卷成管材，在焊口上通以高频,电流，产生电阻热，利用这种热量焊接口，这种焊口都是直的，又称直焊管。 埋弧自动焊接管： 钢板卷成螺旋形或加工成纵向接缝形式。,用埋弧自动焊进行焊接，这种管主要用于大口径管子，如天然气输气管的加工。 大口

15、径管：也有用钢锭经锻造、轧制等加工成。 管材中的缺陷： 无缝钢管中：有裂纹、折迭、夹层、夹杂和翘皮，内壁拉裂等，大多与管轴方向平行，,也有重皮缺陷，但形状不定，对它检验也较困难。 大口径管管材中及直接由锻压方式制成的大口径管中缺陷与锻件类似。有裂纹、白点、砂眼、非金属夹杂等。,钢管中的上述缺陷由下列原因产生： 纵裂纹是由加热不良、热处理加工不当引起。 横向裂纹是由轧制过于剧烈，加热过度或者冷态加工过多而引起。,表面划伤是由加工时的导管和拉模的形状不良以及烧伤等引起，翘皮、折迭是由园钢表面夹入杂质或有偏析或有非金属夹渣物、裂纹缺陷，在穿孔时产生。,夹杂和分层是由园钢内部非金属夹杂物和片状缺陷在穿

16、孔轧制时产生。 焊接管的焊缝中缺陷与焊缝类似，有裂纹、未焊透、气孔、夹渣等。,二、小口径管探伤 外径小于100mm的管材，大多为无缝钢管，对平行于管轴的径向缺陷，即管内纵缺陷：可用横波进行周向扫查检测。 对垂直于管轴的径向缺陷，即管内横向缺陷。用横波进行轴向扫查检测。,探伤前准备： 清理被探管材表面的氧化皮，锈蚀、油污。 考虑管材与探头相对运动的轨迹，相邻探头轨迹间距离考虑声束复盖范围。,为避免由于缺陷取向等原因产生声波反射呈现定向性而发生漏检，应从两个相反方向各探一次。,接触法探伤 适用于手工探伤，特点：管径小，波束扩散，耦合不好。 要采取措施： 有机玻璃斜楔磨成与管子外径曲率相近。 采用接

17、触式聚焦探头。,1.纵向缺陷探测 斜探头晶片一般用810，1012，1214，最长不大于25mm。 频率：2.55MHZ。,试块：检测管子纵向缺陷的对比试块应选取与被检钢管的规格相同，材质、热处理工艺和表面状况相同或相似的钢管制备，对比试块上不得有影响人工缺陷正常指示的自然缺陷。,对比试块上人工缺陷为尖角槽，角度为60，槽深度t分别为管壁厚度的5%（I级，0.2mmt1mm），8%（II级，0.2mmt2mm），10%（III级，0.2mmt3mm），槽长均为40mm，尖角槽可加工在管内壁与外壁，且平行于管轴。,灵敏度：可直接在对比试样上将内壁人工尖角槽的回波高度调到荧光屏满刻度的80%，再移

18、动探头，找出外壁人工尖角槽的最大回波，在荧光屏上标出，连接两点即为该探头的距离-波幅曲线，作为检测的基准灵敏度，在此基准灵敏度基础上一般提高6dB，作为扫查灵敏度。,探头扫查：保证管材100%扫查到。 探头不动，管旋转同时作轴向前进。 探头轴向前进，管转动。 管不动，探头作螺旋运动。 记录：缺陷回波幅基准波高灵敏度的缺陷，不合格。,2.横向缺陷检测 斜探头晶片1012、1214最大不超过25mm。 频率2.55MHZ 试块：检测管子横向缺陷的对比试块应选取与被检钢管规格相同、材质、热处理工艺,相同或相似的钢管，不得有影响人工缺陷显示的缺陷，人工缺陷为V形槽，角度为60，长40mm，槽深度t分别

19、为管壁厚度的5%（I级，最小为0.2mm，最大为1mm），8%（II级，最小为0.2mm，最大为2mm），10%（III级，最小为0.2mm，最大为3mm）。V形槽一般加工在管子外表面，当外径80mm，且壁厚10mm时，应同时在内、外表面加工V形槽。同一块试块内，外表面人工缺陷沿钢管轴向应有足够的间距，以使调节时内、外人工缺陷回波容易分辨。,灵敏度： 只有外表面尖角槽。试块上人工尖角槽回波50%高以此作为基准灵敏度。 内外均有尖角槽，将内表面槽波高调至荧光屏80%，然后再将外表面槽的反射回波幅度点标在荧光屏上作距幅曲线。 检测灵敏度一般比上述基准灵敏度高6dB。,扫查探测： 探头沿管轴线按螺旋

20、线前进扫查。 缺陷波高基准灵敏度波高的缺陷不合格。 （二）水浸探伤 采用水浸纵波聚焦探头，超声纵波在与管轴线垂直的平面内斜入射到管子的管壁 中，当入射角=III范围内时在管壁中产生纯横波。,1.探测参数选择： 实际探伤时，使纵波离开管轴中心一段距离（这段距离称偏心距X）垂直入射到管壁中达到纵波斜入射到壁中的效果。 偏心距X 满足纯横波探测到内壁条件,满足纯横波探测到内壁条件 且 及：,水层厚度H即为探头晶片离开管壁的距离 H大于钢管中横波全程1/2。可使水层波的第二次反射波位于钢管内外壁反射波之后。 设横波全声程为S。,则 因 这样S2次水层波位于SF外后，辨于观察和判别缺陷。 焦距选择 焦点

21、落在与声束轴线垂直的管子中心线上。此时进入管壁中的横波声束基本成平行,声束。使声束边缘与声束中心入射到管壁的入射角基本相等，减少声束发散。 则焦距 式中：R管子外半径，X偏心距。,2探测条件： 探头：线聚焦或点聚焦探头，2.55MHZ。聚焦探头的声透镜曲率半径r与焦距F的 关系为： r=,F 水中焦距 CL1 声透镜中纵波声速 CL2 水中焦距 声耦合：水中加活性剂和防锈剂。 扫查方式：声束沿管壁作螺旋线扫查。可使探头不动，钢管作螺旋运动，或探头沿管子转动，或探头沿管轴转动，管子作直线前进等方式达到扫查目的。,3. 灵敏度与评定 灵敏度调整时，一面用适当速度转动管子，一面将探头慢慢偏心，使对比

22、试样管内、外表面人工缺陷所产生的回波幅度均达到荧光屏满刻度的50%，以此作为基准灵敏度如不能达到此要求，也可在内、外槽设立不同波高的控制基准，作为报警电平。扫查灵敏度比基准灵敏度高6dB，当缺陷回波基准灵敏度波高时的缺陷，就判为不合格。,小口径管子浸探伤步骤： 1. 选合适聚集探头固定在调整架上 2.按 调整水层距离（X偏心距） 3聚集探头对准管轴。 4放入有内、外壁标准人工槽试块，使内壁槽第一次反射波调在34格间，第二次反射波调在68格间。,5. 旋转人工试样，缓慢调节聚焦探头偏心距X，使第一次和第二次水层波出现，并使第二次水层波调在外壁槽反射波后，即第二次反射波调在89格间。 6. 按JB

23、/T4730-2005要求调节灵敏度探测比基准灵敏度高6dB。评定按基准灵敏度，发现缺陷波高基准灵敏度波高时不合格。,三、大口径管探伤： 1. 探测方式 直探头 纵波垂直探伤 双晶直探头 检测缺陷：与管轴平行缺陷（周向，即平行外表面）。当缺陷F较小时，F波与底波B同时存在，当缺陷F较大时，B可能消失。 可用半波法测缺陷面积。,横波周向探伤 单、双斜探头探测 探测缺陷：与管轴平行的径向缺陷。 探测时应从正反两个方向检测。用双斜探头探测时，可能出现同一缺陷有二个回波，要注意区分。 横波轴向探伤： 单斜或双晶斜探头,用双晶在声束交区复盖管子内外壁时，内、外壁缺陷灵敏度基本一致。 检测缺陷：与轴线垂直

24、的径向缺陷。 水浸聚焦探伤 一般用线聚焦探头，焦点落管子中心线上，使声束在管壁内多次反射声束宽基本一致，内外壁检测缺陷基本相同。,2. 大口径管周向探伤缺陷定位 大口径管周向探伤缺陷定位应注意以下几点： 考虑声程修正和跨距修正，其方法与横波外园探测筒体纵向缺陷方法。 当探头磨成和钢管外园的弧面曲率一致时，声束不仅发散，而且入射点改变，入射角也改变。此时入射点和折射角应在专用试块上测定。,四、厚壁管探伤： 管材横波一次扫查到内壁条件： t管壁厚 D管外径。 利管中折射纵波在外壁产生61反射产生较强的变型反射横波，则检测管壁厚t可扩大为：,但变型横波灵敏度较低，一般不宜采用。 管子探伤特点： 垂直

25、于管轴 1. 探测方向声波入射方向二个： 与管成交角,2. 管壁内声束在管内外壁反射时引起声能扩散。 3. 管子壁厚折射横波在内壁上的入射角随管子壁厚改变而改变，并非像平板固定不变。 4. 进行纯横波探伤条件：,入射角Sin-1 CL1第一介质纵波声速。 CL2管材中纵波声速。,5.横波入射到内壁条件 折射角SSin-1 6.能够对整个管壁进行纯横波探伤条件： 钢管和壁厚和外径必须： （r=R-t ，D=2R）,即 （t厚，D外径）。 对钢材 CL2=5850，CS2=3230 则可得，即一般在时，可纯横波探到内壁，故一般标准规定适用于内外径之比大于或等于80%，如用壁厚外半径R和壁厚内径D0表示，则需满足：,