板材和管材超聲檢測(cè)

7.1鋼板超聲檢測(cè)

7.1.1鋼板加工及常見(jiàn)缺陷加工方法：由板坯軋制。常見(jiàn)缺陷：分層、折疊、白點(diǎn)等。分層和折疊缺陷大都平行于板面。7.1.2檢測(cè)方法檢測(cè)方法：垂直入射法，中厚板，δ≥6mm。采用一次底波或二次底波法，根據(jù)缺陷波和底波衰減情況來(lái)判定缺陷情況。耦合方式：直接接觸法和水浸法；探頭：聚焦和非聚焦的單晶直探頭、雙晶直探頭。1.直接接觸法耦合方式：探頭通過(guò)薄層耦合劑與工件接觸進(jìn)行檢測(cè)。反射波情況：三種，無(wú)缺陷、小缺陷、大缺陷。疊加效應(yīng)板厚較薄且板中缺陷較小時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，由于不同反射路徑聲波互相疊加造成的。出現(xiàn)疊加效應(yīng)時(shí)，一般應(yīng)根據(jù)F1評(píng)價(jià)缺陷，δ＜20mm時(shí)，用F2評(píng)價(jià)缺陷。2.水浸法（充水耦合法）耦合方式：探頭與鋼板不直接接觸，通過(guò)一層水耦合。多次重合法：通過(guò)調(diào)整水層厚度，使水/鋼界面回波分別與鋼板的多次底波重合。重合法水層厚度H與鋼板δ的關(guān)系：7.1.3探頭與掃查方式的選擇1.探頭的選擇探頭頻率：宜選用較高的頻率，一般為2.5～5.0MHz；晶片直徑：宜選用較大直徑探頭，一般φ10mm～φ25mm；結(jié)構(gòu)形式：根據(jù)板厚確定單晶直探頭或雙晶直探頭。承壓設(shè)備用板材超聲檢測(cè)探頭選用規(guī)定，表7-1。2.掃查方式的選擇全面掃查

100%掃查，相鄰兩次掃查應(yīng)10%重復(fù)。掃查面，探頭移動(dòng)方向垂直于鋼板壓延方向。列線掃查垂直于壓延方向劃出等距離的平行列線，探頭沿列線掃查，一般列線間距不大于100mm。邊緣掃查在鋼板邊緣一定的范圍內(nèi)作全面掃查。格子掃查在鋼板邊緣50mm范圍內(nèi)作全面掃查，其余按200mm×200mm的格子線掃查。3.掃查速度的選擇手工掃查速度應(yīng)不大于0.2m/s。水浸自動(dòng)檢測(cè)最大掃查速度與要求檢出的最小缺陷尺寸、板厚、和儀器限定的脈沖重復(fù)頻率有關(guān)。7.1.4檢測(cè)范圍和靈敏度的調(diào)整1.檢測(cè)范圍的調(diào)整

根據(jù)板厚來(lái)確定底波的次數(shù)。靈敏度的調(diào)整CBⅠ標(biāo)準(zhǔn)試塊法板厚≤20mm，采用CBⅠ試塊，使之與工件等厚的第一次底波達(dá)滿幅度的50%，再提高10dB作為基準(zhǔn)靈敏度。CBⅡ標(biāo)準(zhǔn)試塊法：板厚＞20mm，采用CBⅡ試塊，使φ5mm平底孔第一次回波達(dá)滿幅度的50%作為基準(zhǔn)靈敏度。底波法利用多次底波調(diào)整靈敏度。7.1.5缺陷的判別與測(cè)定1.缺陷的判別根據(jù)缺陷波和底波來(lái)判別缺陷缺陷第一次反射波F1≥50%；第一次底波B1＜100%，第一次反射波F1與第一次底波B1之比F1/B1≥50%；第一次底波B1

＜50%。2.缺陷的測(cè)定缺陷位置測(cè)定缺陷深度：示波屏上缺陷波位置所對(duì)應(yīng)的刻度。平面位置：發(fā)現(xiàn)缺陷的探頭位置。缺陷定量（JB/T4730-2005規(guī)定方法）：采用測(cè)長(zhǎng)法測(cè)定指示長(zhǎng)度和面積。當(dāng)F1≥50%或F1/B1≥50%（B1＜100%）時(shí)，F(xiàn)1達(dá)25%或F1/B1達(dá)50%時(shí)探頭中心移動(dòng)距離為缺陷指示長(zhǎng)度，探頭中心軌跡為缺陷邊界；當(dāng)B1

＜50%時(shí)，使B1達(dá)50%時(shí)探頭中心移動(dòng)距離為缺陷指示長(zhǎng)度，探頭中心軌跡為缺陷邊界。3.缺陷性質(zhì)的估計(jì)分層、折疊、白點(diǎn)的波形特征。分層缺陷波形陡直，底波明顯下降或消失。折疊不一定有缺陷波，但底波明顯下降，次數(shù)減少或消失，始波加寬。白點(diǎn)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(dòng)探頭，回波此起彼伏。7.1.6鋼板質(zhì)量級(jí)別判定（JB/T4730-2005規(guī)定）JB/T4730-2005規(guī)定：根據(jù)缺陷指示長(zhǎng)度與缺陷指示面積不同將鋼板質(zhì)量分為五個(gè)等級(jí)。單個(gè)缺陷指示長(zhǎng)度：缺陷指示最大長(zhǎng)度尺寸。單個(gè)缺陷指示長(zhǎng)度小于40mm可不作記錄。缺陷指示面積缺陷邊界范圍內(nèi)的面積。間距小于100mm或小于相鄰較小缺陷指示長(zhǎng)度（取其最大值）的多個(gè)缺陷，以各缺陷面積之和作為單個(gè)缺陷指示面積。7.2鋁及鋁合金、鈦及鈦合金板材超聲檢測(cè)7.2.1鋁及鋁合金板加工及常見(jiàn)缺陷由板材軋制而成。常見(jiàn)缺陷：氣孔、夾雜、微細(xì)裂紋。7.2.2鋁及鋁合金、鈦及鈦合金板材檢測(cè)方法檢測(cè)方法特點(diǎn)檢測(cè)方法與鋼板檢測(cè)基本相同。探頭與掃查方式的選擇探頭：可選用較高的頻率，2.5～5.0MHz。掃查方式：主要掃查方式為全面掃查、列線掃查、邊緣掃查和格子掃查。列線掃查探頭沿垂直于板材壓延方向、間距不大于40mm的平行線。掃查速度：與鋼板基本相同。檢測(cè)范圍和靈敏度的調(diào)整檢測(cè)范圍：根據(jù)板厚來(lái)確定。靈敏度的調(diào)整：將探頭置于待檢板材完好部位，調(diào)節(jié)第一次底波高度為滿刻度80%。7.2.3缺陷的判別與測(cè)定1.缺陷的判別

根據(jù)缺陷波和底波來(lái)判別缺陷：缺陷第一次反射波F1≥40%。第一次反射波F1＜40%，第一次反射波F1與第一次底波B1之比F1/B1≥100%。第一次底波B1

＜5%。2.缺陷邊界范圍或指示長(zhǎng)度的測(cè)定方法當(dāng)F1≥40%或F1

＜40%且F1/B1≥100%時(shí)，移動(dòng)探頭（使用雙晶直探頭，探頭移動(dòng)方向應(yīng)與探頭的隔聲層垂直）使F1達(dá)20%或F1/B1達(dá)100%時(shí)，探頭中心移動(dòng)距離為缺陷指示長(zhǎng)度，探頭中心軌跡為缺陷邊界；確定底波降低缺陷的邊界或指示長(zhǎng)度，使B1達(dá)40%時(shí)探頭中心移動(dòng)距離為缺陷指示長(zhǎng)度，探頭中心軌跡為缺陷邊界。7.2.4缺陷的評(píng)定方法1.缺陷指示長(zhǎng)度

按其指示的最大長(zhǎng)度作為該缺陷的指示長(zhǎng)度，單個(gè)缺陷指示長(zhǎng)度小于25mm可不作記錄。若兩個(gè)缺陷相鄰間距小于25mm，其指示長(zhǎng)度為兩單個(gè)缺陷的指示長(zhǎng)度再加間距之和。2.缺陷指示面積

按其指示的最大面積作為該缺陷的單個(gè)指示面積。多個(gè)缺陷其相鄰間距小于相鄰較小缺陷的指示長(zhǎng)度（取其較大值）時(shí)，以各缺陷面積之和作為單個(gè)缺陷指示面積。7.2.5質(zhì)量級(jí)別判定

JB/T4730-2005規(guī)定：根據(jù)缺陷指示長(zhǎng)度與缺陷指示面積不同將板材質(zhì)量分為四個(gè)等級(jí)。7.3復(fù)合板超聲檢測(cè)7.3.1復(fù)合材料中常見(jiàn)缺陷復(fù)合材料：由母材與復(fù)合層粘合。在碳鋼或低合金鋼母材上，粘接不銹鋼、鈦、鋁、銅合金等復(fù)合層。制造方法：軋制、爆炸、堆焊等。常見(jiàn)缺陷：脫層（脫接），即復(fù)合層與母材在界面處復(fù)合不良。7.3.2檢測(cè)方法檢測(cè)方法：縱波檢測(cè)；探頭：?jiǎn)尉е碧筋^或雙晶直探頭，探頭直徑不大于Φ25mm；檢測(cè)頻率：2.5～5.0MHz。檢測(cè)靈敏度：復(fù)合板完好區(qū)的第一次底波B1調(diào)至示波屏滿刻度的80%；入射面：母材側(cè)或復(fù)合層側(cè)。7.3.3缺陷的判別1.兩種復(fù)合材料聲阻抗相近時(shí)（1）母材側(cè)檢測(cè)：復(fù)合良好區(qū)：基本無(wú)界面回波，只有底波B1；不完全脫接：在B1前不遠(yuǎn)處F波出現(xiàn)多次彼連，底波B1降低；完全脫接：缺陷回波F較強(qiáng)，底波消失。（2）復(fù)合材料側(cè)檢測(cè)：復(fù)合良好區(qū)：基本無(wú)界面回波，只有底波B1；不完全脫接：底波B1降低，F(xiàn)波多次彼連，并緊隨始波T與底波B1之后；完全脫接：F波多次彼連，寬度增加，底波消失。2.兩種復(fù)合材料聲阻抗相差較大時(shí)

復(fù)合良好區(qū)也會(huì)出現(xiàn)界面波，缺陷波判別困難，常用試塊來(lái)比較，根據(jù)復(fù)合界面反射波S的寬度L、高度和底波B1變化來(lái)判別。復(fù)合材料側(cè)檢測(cè)：復(fù)合良好：L工件小于L試塊，B1工件工件高于B1試塊。母材側(cè)檢測(cè)：復(fù)合良好：S工件低于S試塊，B1工件高于B1試塊。3.未結(jié)合區(qū)缺陷的測(cè)定

JB/T4730-2005規(guī)定：未結(jié)合區(qū)：底波B1高度低于熒光屏滿刻度的5%，且有未結(jié)合缺陷反射波存在（≥5%）。未結(jié)合區(qū)邊界點(diǎn)：移動(dòng)探頭，使底波B1升高到熒光屏滿刻度40%時(shí)的探頭中心位置。重要的復(fù)合材料還可以結(jié)合底波與復(fù)合界面反射波高度的dB差來(lái)判別，將實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值比較，當(dāng)實(shí)測(cè)值明顯大于理論計(jì)算值時(shí)，復(fù)合材料存在脫接。當(dāng)二者相差甚小時(shí)，復(fù)合良好。7.3.4缺陷評(píng)定和質(zhì)量分級(jí)（JB/T4730-2005規(guī)定）1.缺陷指示長(zhǎng)度

按其指示的最大長(zhǎng)度作為該缺陷的指示長(zhǎng)度，單個(gè)缺陷的指示長(zhǎng)度小于25mm可不作記錄。2.缺陷面積

多個(gè)相鄰的未結(jié)合區(qū)，其最小間距小于或等于20mm時(shí)，作為單個(gè)未結(jié)合區(qū)處理，其面積為各個(gè)未結(jié)合區(qū)面積之和。3.未結(jié)合率

未結(jié)合區(qū)總面積占復(fù)合板總面積的百分比。質(zhì)量分級(jí)根據(jù)未結(jié)合指示長(zhǎng)度、未結(jié)合區(qū)面積與未結(jié)合率不同將復(fù)合板質(zhì)量分為四個(gè)等級(jí)。在坡口的預(yù)定線兩側(cè)各50mm的范圍內(nèi)，未結(jié)合的指示長(zhǎng)度大于或等于25mm時(shí)，定級(jí)為Ⅳ級(jí)。7.5管材超聲檢測(cè)7.5.1管材加工及常見(jiàn)缺陷管材種類：無(wú)縫鋼管和焊接管；金屬管和非金屬管；小徑管和大徑管。超聲檢測(cè)角度分類：大直徑管：外徑大于100mm；小直徑管：外徑小于100mm薄壁管：壁厚與管外徑之比不大于0.2；厚壁管：壁厚與管外徑之比大于0.2。管材主要缺陷：無(wú)縫鋼管：裂紋、折疊、分層、夾雜等；鍛軋管：裂紋、白點(diǎn)、重皮等；焊接管：裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等。周向掃查的斜入射橫波檢測(cè)（主要方式）管材中的缺陷大多數(shù)與管材軸線平行檢測(cè)以沿管材外徑作周向掃查沿管材軸線方向的斜入射檢測(cè)管材中可能產(chǎn)生與管材軸線相垂直的缺陷檢測(cè)以沿管材軸線方向作縱向掃查垂直入射檢測(cè)管材中可能產(chǎn)生與管材表面平行的缺陷檢測(cè)以垂直于管材的圓周面掃查7.5.2管材橫波檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)1.實(shí)現(xiàn)橫波周向檢測(cè)的條件管材檢測(cè)的主要方式：沿外圓作周向掃查的橫波檢測(cè)。聲束入射角在第一臨界角和第二臨界角之間，管材中只存在純橫波。在管材中產(chǎn)生純橫波的條件下，使聲束能夠檢測(cè)到內(nèi)壁缺陷的條件。當(dāng)θ1=90o時(shí)，聲束軸線與管子內(nèi)壁相切，聲束到達(dá)內(nèi)壁的臨界狀態(tài)。從幾何關(guān)系上推導(dǎo)得到聲束到達(dá)內(nèi)壁的條件：由第一臨界角公式可知，純橫波的條件：結(jié)合上面兩個(gè)條件，要在管材中得到純橫波并到達(dá)內(nèi)壁，入射角必須滿足以下條件：管材中為純橫波的條件下，聲束可到達(dá)內(nèi)壁的前提條件：周向檢測(cè)缺陷定位與修正聲程修正系數(shù)μ和跨距修正系數(shù)m

一次波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁缺陷時(shí)，缺陷定位計(jì)算公式為：二次波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)外壁缺陷時(shí)，缺陷定位計(jì)算公式為：3.探頭入射點(diǎn)與折射角的測(cè)定檢測(cè)管材中，將探頭修磨為與管材曲率半徑相同的曲面，探頭的入射點(diǎn)和折射角的測(cè)定要用特殊的方法和試塊。入射點(diǎn)的測(cè)定：探頭楔塊的圓弧置于試塊的棱角上，前后移動(dòng)探頭，使棱角反射波最高時(shí)試塊棱角處對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為探頭的入射點(diǎn)。折射角的測(cè)定：在與管材的材質(zhì)曲率半徑相同的實(shí)心圓柱體試塊上測(cè)定實(shí)際折射角。實(shí)心圓柱體試塊上測(cè)定：

在管材試塊上測(cè)定：7.5.3小直徑薄壁管檢測(cè)縱向缺陷：平行于管軸的徑向缺陷（主要缺陷），采用橫波進(jìn)行周向掃查檢測(cè)；橫向缺陷：垂直于管軸的徑向缺陷，采用橫波進(jìn)行軸向掃查檢測(cè)。

檢測(cè)方法：接觸法、水浸法。1.接觸法檢測(cè)探頭通過(guò)薄層耦合介質(zhì)與鋼管直接接觸進(jìn)行檢測(cè)的方法。探頭與管材接觸面小、耦合不良，波束嚴(yán)重?cái)U(kuò)散，靈敏度低。探頭斜楔加工成與管材表面相吻合的曲面，改善耦合條件。采用接觸聚焦探頭檢測(cè)，提高檢測(cè)靈敏度。

試塊：與被檢鋼管規(guī)格相同，材質(zhì)、熱處理工藝和表面狀況相同或相似的鋼管制備。人工缺陷為縱向尖角槽。按JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試塊中槽深分為3個(gè)級(jí)別尺寸。1)探頭：橫波斜探頭，楔塊表面加工與工件表面吻合良好，探頭晶片尺寸視管徑和壁厚情況選擇，其長(zhǎng)度或直徑不大于25mm，頻率2.5～5.0MHz。（1）縱向缺陷檢測(cè)：3）靈敏度調(diào)節(jié)：按技術(shù)規(guī)范規(guī)定的驗(yàn)收級(jí)別要求選擇對(duì)比試塊?；鶞?zhǔn)靈敏度：探頭置于對(duì)比試塊上作周向掃查，將試塊上內(nèi)壁尖角槽的最高回波調(diào)至滿幅度的80%，并找到外壁尖角槽的最高回波，二者波峰的連線為距離—波幅曲線。掃查靈敏度：在基準(zhǔn)靈敏度基礎(chǔ)上再提高6dB。4)掃查:（人工方法檢測(cè)）探頭沿徑向進(jìn)行周向掃查，使聲束在管壁內(nèi)沿周向呈鋸齒形傳播。探頭掃查的間距要保證超聲波束對(duì)管材進(jìn)行100%掃查，并有不小于15%的覆蓋。5)評(píng)定和驗(yàn)收：對(duì)掃查中發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行評(píng)定，缺陷回波幅度≥基準(zhǔn)靈敏度為不合格。不合格品允許在公差范圍內(nèi)采取修磨方法進(jìn)行處理，然后再?gòu)?fù)檢。（2）橫向缺陷檢測(cè)：1)

探頭：橫波斜探頭，楔塊表面加工使之與工件表面吻合良好，探頭晶片尺寸視管徑和壁厚情況選擇，其晶片長(zhǎng)度或直徑不大于25mm，頻率2.5～5.0MHz。

試塊：與被檢鋼管規(guī)格相同，材質(zhì)、熱處理工藝和表面狀況相同或相似的鋼管制備。人工缺陷為周向尖角槽。按JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試塊中槽深分為3個(gè)級(jí)別尺寸。

5）評(píng)定和驗(yàn)收：對(duì)掃查中發(fā)現(xiàn)缺陷進(jìn)行評(píng)定，缺陷回波幅度≥基準(zhǔn)靈敏度為不合格。不合格品允許在公差范圍內(nèi)采取修磨方法進(jìn)行處理，然后在復(fù)檢。4）掃查（人工方法檢測(cè)）：探頭沿軸向進(jìn)行掃查，使聲束在管壁內(nèi)沿軸向呈鋸齒形傳播。3）靈敏度調(diào)節(jié)：按技術(shù)規(guī)范規(guī)定的驗(yàn)收級(jí)別要求選擇對(duì)比試塊。基準(zhǔn)靈敏度：只有外表面人工缺陷的試塊，直接將試塊上的人工缺陷最高回波調(diào)至50%；內(nèi)外表面均有人工缺陷的試塊，將試塊上內(nèi)表面人工缺陷的最高回波調(diào)至滿幅度的80%，并找到外表面人工缺陷的最高回波，二者波峰的連線為距離—波幅曲線。掃查靈敏度：在基準(zhǔn)靈敏度基礎(chǔ)上再提高6dB。2.水浸檢測(cè)利用縱波傾斜入射到水/鋼界面，當(dāng)入射角αⅠ≤α≤αⅡ時(shí)，在鋼管內(nèi)實(shí)現(xiàn)純橫波檢測(cè)。聚焦探頭：線聚焦和點(diǎn)聚焦兩種。頻率一般為2.5～5.0MHz。聚焦探頭透鏡的曲率半徑r：有機(jī)玻璃聲透鏡r=0.46F。（1）探頭1)偏心距的選擇偏心距：探頭聲束軸線與管材中心軸線的水平距離。決定偏心距范圍的條件：a.純橫波檢測(cè)條件：b.橫波檢測(cè)內(nèi)壁條件：綜合a、b：（2）檢測(cè)參數(shù)的選擇偏心距x的選擇條件：0.251R≤x≤0.458r取平均值：2）水層厚度的選擇水層H大于鋼管中橫波全聲程的1/2（H＞xS）。水/鋼界面的第二次回波S2位于管子的缺陷波F內(nèi)（一次波）、F外（二次波）之后。3）焦距的選擇探頭的焦點(diǎn)落在與聲束軸線垂直的管心線上。（3）掃查方式四種掃查方式探頭不動(dòng)，管材旋轉(zhuǎn)的同時(shí)作軸向移動(dòng)；探頭作軸向移動(dòng)，管材轉(zhuǎn)動(dòng)；管材不動(dòng)，探頭沿螺旋線運(yùn)動(dòng)探頭旋轉(zhuǎn)，管材作軸向移動(dòng)。螺旋線掃查，螺距應(yīng)小于或等于探頭聲束有效寬度且應(yīng)有15%的覆蓋率。（4）檢測(cè)靈敏度的調(diào)整與質(zhì)量評(píng)定基準(zhǔn)靈敏度：轉(zhuǎn)動(dòng)水中試樣使內(nèi)外壁人工槽回波均達(dá)50%基準(zhǔn)高。掃查靈敏度：比基準(zhǔn)靈敏度高6dB。質(zhì)量評(píng)定：缺陷回波≥基準(zhǔn)靈敏度時(shí)，判為不合格。7.5.4大直徑薄壁管檢測(cè)大口徑：外徑大于100mm的管材。成型方法：穿孔法、高速擠壓法、鍛造法和焊接法。缺陷取向：平行于軸向的徑向和周向缺陷；垂直于軸線的徑向缺陷。檢測(cè)方法：縱波垂直入射檢測(cè)法橫波周向