第7章板材和管材超声检测.ppt

第7章 板材和管材超声检测,7.1 钢板超声检测 7.1.1 钢板加工及常见缺陷,加工方法：由板坯轧制。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成的分离层。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。,7.1.2 检测方法钢板的分类（超声检测的角度）：薄板：厚度 6mm检测方法：板波检测法中厚板：6mm，中板：640mm；厚板：40mm检测方法：垂直入射法中厚板超声检测方法脉冲反射式垂直入射法；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。单晶直探头检测时基线调节，一般采用多次底波反射法，厚板采用一次底波或二次底波法。一次底波法只考虑钢板界面回波与底波B1之间的缺陷波。,直接接触法探头通过薄层耦合剂与工件接触进行检测。检测波形显示完好区：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。大缺陷：出现缺陷的多次反射波，底波明显下降或消失。,叠加效应板厚较薄且板中缺陷较小时，各次底波之前的缺陷波开始几次逐渐升高再逐渐降低的现象。产生原因：由于不同反射路径声波互相叠加造成的。出现叠加效应时，一般应根据F1评价缺陷。当20mm时，可用F2评价缺陷。,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。多次重合法通过调整水层厚度，使水/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。重合法水层厚度 H 与钢板 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判断缺陷严重程度。,7.1.3 探头与扫查方式的选择1.探头的选择频率：2.55.0MHz钢板晶粒细为了获得较高的分辨力，宜选用较高的频率。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。厚度较小的钢板，选用较小晶片直径的探头，减少近场区的影响。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薄，选用双晶直探头，检测厚度为620mm的钢板。承压设备用板材超声检测探头选用规定，表7-1。,2.扫查方式的选择全面扫查：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。100%扫查，相邻两次扫查应10%重复。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。格子扫查在钢板边缘 50mm范围内作全面扫查。其余按200mm200mm的格子线扫查。,3.扫查速度的选择手工扫查速度应不大于0.2m/s。根据使用仪器的性能调整扫查速度，对于响应速度较慢的仪器，应使用较小的扫查速度。水浸自动检测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。重复频率选择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号能够显示。,7.1.4 检测范围和灵敏度的调整1.检测范围的调整 根据板厚来确定检测范围。灵敏度的调整CB试块法：板厚 20mm，采用CB试块，使之与工件等厚的第一次底波达满幅度的50%，再提高10dB作为基准灵敏度。,CB试块法：板厚20mm，采用CB试块，使 5mm平底孔第一次回波达满幅度的50%作为基准灵敏度。,底波法利用多次底波调节灵敏度。板厚3N，可取钢板无缺陷处的第一次底波达50%，通过计算法来校准灵敏度，其结果应与CB标准试块法要求相一致。,7.1.5 缺陷的判别与测定1.缺陷的判别根据缺陷波和底波来判别缺陷。JB/T 4730-2005规定：F150%；,F150%,B1100%，F1/B1 50%；,B1100%，F1/B1 50%,B1 50%,B1 50%,2.缺陷的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。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。缺陷定量采用测长法测定指示长度和面积。,F1 50%：F1达25%时，探头中心移动距离为缺陷指示长度，探头中心轨迹为缺陷边界。,F1/B1 50%（B1100%）：F1/B1达50%时，探头中心移动距离为缺陷指示长度，探头中心轨迹为缺陷边界。,B1 50%：使B1达50%时，探头中心移动距离为缺陷指示长度，探头中心轨迹为缺陷边界。,缺陷性质的估计分层缺陷波形陡直底波明显下降或消失折叠不一定有缺陷波，但底波明显下降、次数减少或消失，始波加宽。白点波形密集尖锐活跃，底波明显降低、次数减少，重复性差，移动探头，回波此起彼伏。,7.1.6 钢板质量级别判定（JB/T 4730-2005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个等级，级最高，级最低。单个缺陷指示长度缺陷指示的最大长度尺寸。单个缺陷指示长度小于40mm，可不作记录。缺陷指示面积缺陷边界范围内的面积。间距小于100mm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、裂纹等危害性缺陷存在时，应直接评为级。,表7-3 钢板质量分级,例题：钢板质量评级,7.3 复合板超声检测7.3.1 复合材料中常见缺陷复合材料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、钛、铝、铜合金等复合层。制造方法：轧制、爆炸、堆焊等常见缺陷复合层与母材在界面处复合不良。脱层（脱接）,7.3.2 检测方法检测方法：纵波检测。探头单晶直探头或双晶直探头；探头直径25mm；频率：2.55.0MHz。检测灵敏度：复合板完好区的底波B1调至示波屏满刻度的80%。检测面：母材侧或复合层侧,7.3.3 缺陷的判别1.两种复合材料声阻抗相近时不锈钢碳钢复合板 从母材侧检测复合良好区：基本无界面回波，只有底波B1；不完全脱接：B1前不远处F波出现多次彼连，B1降低；完全脱接：缺陷回波F较强，底波消失。,从复合材料侧检测复合良好区：基本无界面回波，只有B1；不完全脱接：B1降低，F波多次彼连，并紧随始波T与B1之后；完全脱接：F波多次彼连，宽度增加，底波消失。,2.两种复合材料声阻抗相差较大时钛/碳钢复合板复合良好区也出现界面波，缺陷波判别困难。检测方法：利用试块比较的方法，根据复合界面反射波的宽度、高度和底波变化来判别。,从复合材料侧检测根据复合界面反射波宽度 L 和底波 B1高度判别。复合良好：L工件 L试块，B1工件 B1试块。,从母材侧检测：根据复合界面反射波S 和底波 B1高度判别。复合良好：S工件 S试块，B1工件 B1试块。,3.未结合区缺陷的测定（JB/T 4730-2005规定）未结合区底波 B1高度低于荧光屏满刻度的 5%未结合缺陷反射波存在（5%）。未结合区边界点移动探头，使底波 B1升高到荧光屏满刻度40%时的探头中心位置。重要的复合材料可以结合底波与复合界面反射波高度的dB差来判别，将实测值与理论计算值比较，当实测值明显大于理论计算值时，复合材料存在脱接。当二者相差甚小时，复合良好。,7.3.4 缺陷评定和质量分级（JB/T 4730-2005规定）1.缺陷指示长度按其指示的最大长度作为该缺陷的指示长度。单个缺陷的指示长度小于25mm可不作记录。2.缺陷面积多个相邻的未结合区，其最小间距小于或等于20mm时，作为单个未结合区处理，其面积为各个未结合区面积之和。3.未结合率未结合区总面积占复合板总面积的百分比。,质量分级表7-4 复合钢板质量分级在坡口的预定线两侧各50mm的范围内，未结合的指示长度大于或等于25mm时，定级为级。,7.5 管材超声检测7.5.1 管材加工及常见缺陷管材种类按加工方法分类：无缝钢管和焊接管按材料分类：金属管和非金属管按管径分类：小径管和大径管管材加工方法无缝钢管：穿孔法、高速挤压法厚壁大口径管：由钢锭经锻造、轧制工艺加工焊接管：由板材卷成管形焊接而成管材主要缺陷 无缝钢管：裂纹、折叠、分层、夹杂等；锻轧管：裂纹、白点、重皮等；焊接管：裂纹、气孔、夹渣、未焊透等。,从超声检测角度分类大直径管：外径大于100mm；小直径管：外径小于100mm；薄壁管与厚壁管以折射横波是否可以到达管材内壁进行区分；薄壁管：壁厚与管外径之比不大于0.2；厚壁管：壁厚与管外径之比大于0.2。,管材超声检测方法沿管材外圆作周向扫查的横波检测（主要方式）管材中的缺陷大多数与管材轴线平行检测以沿管材外径作周向扫查沿管材轴线方向的横波检测管材中可能产生与管材轴线相垂直的缺陷检测以沿管材轴线方向作纵向扫查垂直入射的纵波检测管材中可能产生与管材表面平行的缺陷检测以垂直于管材的圆周面扫查,7.5.2 管材横波检测技术基础1.实现横波周向检测的条件声束入射角在第一临界角和第二临界角之间，管材中只存在纯横波。在管材中产生纯横波的条件下，使声束能够检测到内壁缺陷的条件。,（r为内半径，R为外半径）,由第一临界角公式可知，产生纯横波的条件：()结合上面两个条件，管材中为纯横波并到达内壁，入射角必须满足以下条件：,临界状态：当 1=90时，声束轴线与管子内壁相切，声束到达内壁。声束到达内壁的条件：,。,上述公式成立的条件：管材中为纯横波的条件下，声束可到达内壁的前提条件：,钢管，c L=5.85km/s，c S=3.2 km/s，=0.23估计金属管材可用横波检测的判据：管材壁厚与外径之比是否小于0.2。,3.探头入射点与折射角的测定检测管材中，将探头修磨为与管材曲率半径相同的曲面，探头的入射点和折射角的测定要用特殊的方法和试块。入射点的测定探头楔块的圆弧置于试块的棱角上，前后移动探头，使棱角反射波最高。试块棱角处对应的点为探头的入射点。,折射角的测定在与管材的材质曲率半径相同的实心圆柱体试块上测定。BAC 为探头的折射角,在管材试块上测定：在OBA中，由余弦定理得探头的折射角为：,7.5.3 小直径薄壁管检测纵向缺陷（主要缺陷）检测纵向缺陷为平行于管轴的径向缺陷。检测方法：横波周向扫查检测。横向缺陷检测横向缺陷为垂直于管轴的径向缺陷。检测方法：横波轴向扫查检测。,1.接触法检测探头通过薄层耦合介质与钢管直接接触的检测方法。常规横波探头与管材接触面小、耦合不良，波束严重扩散，灵敏度低。常将斜楔加工成与管材表面相吻合的曲面，以改善耦合条件。实际检测中，斜楔磨损较大，会引起入射角变化，使检测灵敏度降低。,（1）纵向缺陷检测 1）探头横波斜探头，楔块表面加工与工件表面吻合良好。探头晶片尺寸视管径和壁厚情况选择，其长度或直径 25mm。频率2.55.0MHz。,2）试块,与被检钢管规格相同，材质、热处理工艺和表面状况相同或相似的钢管制备。人工缺陷为纵向尖角槽。,按JB/T 4730.3-2005标准规定，试块中槽深分为3个级别尺寸。,3）灵敏度调节按验收级别要求选择对比试块。基准灵敏度调节探头置于对比试块上作周向扫查，将试块上内壁尖角槽的最高回波调至满幅度的80%，并找到外壁尖角槽的最高回波；二者波峰的连线为距离波幅曲线。扫查灵敏度：在基准灵敏度基础上再提高6dB。,4）扫查探头沿径向按螺旋线进行扫查，四种扫查方式：探头不动，管材旋转的同时作轴向移动。探头作轴向移动，管材转动。管材不动，探头沿螺旋形运动。探头旋转，管材作轴向移动。螺旋线的间距要保证超声波束对管材进行100%扫查，并有不小于15%的覆盖。5）探头沿周向扫查，使声束在管壁内沿周向呈锯齿形传播。,6）评定和验收评定：缺陷回波幅度基准灵敏度为不合格品。不合格品允许在公差范围内采取修磨方法处理，再复检。,（2）横向缺陷检测1）探头横波斜探头，楔块表面加工与工件表面吻合良好。探头晶片尺寸视管径和壁厚选择，其长度或直径 25mm。频率2.55.0MHz。2）试块,与被检钢管规格相同，材质、热处理工艺和表面状况相同或相似的钢管制备。人工缺陷为周向尖角槽。,JB/T 4730.3-2005标准规定，试块中槽深分为3个级别尺寸。,3）灵敏度调节按规定的验收级别要求选择对比试块。基准灵敏度调节只有外表面人工缺陷的试块，直接将试块上的人工缺陷最高回波调至50%；内外表面均有人工缺陷的试块，将试块上内表面人工缺陷的最高回波调至满幅度的80%，并找到外表面人工缺陷的最高回波，二者波峰的连线为距离波幅曲线。扫查灵敏度：在基准灵敏度基础上再提高6dB。,4）扫查探头沿轴向按螺旋线进行扫查。声束在管壁内沿轴向呈锯齿形传播。,5）评定和验收：对发现的缺陷进行评定，缺陷回波幅度基准灵敏度为不合格品。不合格品允许在公差范围内采取修磨方法进行处理，修磨后复检。,2.水浸检测使用水浸探头检测。利用纵波倾斜入射到水/钢界面，当入射角 时，在钢管内实现纯横波检测。（1）探头的选择小径管水浸检测，一般采用聚焦探头。一般钢管采用线聚焦探头。薄壁管可采用点聚焦探头。频率：2.55.0MHz。聚焦探头透镜的曲率半径 r：有机玻璃声透镜 的曲率半径：r=0.46F。,（2）检测参数的选择 1）偏心距的选择偏心距：探头声束轴线与管材中心轴线的水平距离。决定偏心距范围的条件：纯横波检测条件：横波检测内壁条件：综合、有：,水浸检测钢管的偏心距x：0.251R x 0.458r取平均值：,2）水层厚度的选择因钢中c水/c s 1/2，当水层厚度H大于钢管中横波全声程的1/2（即Hx S），水/钢界面的第二次回波S2将位于管子的缺陷波 F内（一次波）、F外（二次波）之后，有利于对缺陷的判断。,3）焦距的选择探头的焦点落在与声束轴线垂直的管心线上。,（3）扫查方式四种扫查方式（自动扫查）螺旋线扫查，螺距应小于或等于探头声束有效宽度且应有15%的覆盖率。探头偏心距（超声波入射角）、水层厚度不发生变化，是保证检测结果的关键。（4）检测灵敏度的调整与质量评定基准灵敏度调整对比试块：同接触法，用于调整检测灵敏度。转动水中试块，使内外壁人工槽回波均达50%基准高。扫查灵敏度：比基准灵敏度高6dB。质量评定：缺陷回波 基准灵敏度时，判为不合格。,7.5.4 大直径薄壁管检测大口径管：外径大于100mm的管材。成型方法：穿孔法、高速挤压法、锻造法和焊接法。缺陷分布平行于轴线的径向、轴向缺陷；垂直于轴线的径向缺陷。检测方法的选择纵波垂直入射法：探测平行于轴向的周向缺陷；横波周向法：探测平行于轴线的径向缺陷；横波轴向法：探测垂直于轴线的径向缺陷。,采用接触法检测，当管径不大时，探头斜楔磨制成与管材表面相吻合的曲面，或加装与表面相吻合的滑块，以实现更好的耦合。,（1）纵波垂直入射检测法采用纵波单晶直探头或双晶直探头检测。检测与管轴平行的周向缺陷小缺陷：缺陷波 F 与底波 B 同时出现，根据缺陷波 F 的幅度评价缺陷的当量大小。大缺陷：底波 B 消失，采用半波高度法测定缺陷的尺寸。,（2）横波周向检测法检测与管轴平行的径向缺陷。采用横波单斜探头或双斜探头周向检测，应考虑缺陷的不同取向。单斜探头检测，作正反两个方向全面扫查。双斜探头检测，两个探头为单独收发，同一缺陷在示波屏上可能同时出现处于180两侧对称位置的两个缺陷波。当探头作周向移动时，两缺陷波在180两侧作对称移动。,（3）横波轴向检测法检测与管轴垂直的径向缺陷。采用横波单斜探头或双晶斜探头轴向检测单斜探头检测，声束在内壁的反射波进一步发散，声能损失大，外壁缺陷的检测灵敏度较低。双晶斜探头检测，内外壁缺陷处于两晶片发射声场交集区内，内外壁缺陷检测灵敏度基本一致。,（4）水浸聚焦检测法聚焦探头声束敛聚，能量集中，灵敏度高。一般采用线聚焦探头检测焦点调在管材中心线上；横波声束在管内外壁多次反射，产生多次敛聚发散。在整个管子截面上形成平均宽度基本一致的声束，检测灵敏度高，且内外壁检测灵敏度大致相同。,