高級考試課件第7章

超聲檢測7.5管材超聲檢測鋼鐵研究總院范弘7.5管材超聲檢測7.5.1管材加工及常見缺陷7.5.2管材橫波檢測基礎(chǔ)7.5.3管材的接觸法檢測7.5.4管材的水浸法檢測7.5.5厚壁管材檢測7.5.6管材自動檢測7.5.1管材加工及常見缺陷鋼管分類：◆按加工方法分類

無縫鋼管：熱軋、擠壓、熱擴(kuò)、鍛造；冷軋、冷拔。

焊接鋼管：直焊縫、螺旋焊縫；高頻焊、電阻焊、埋弧焊。◆按規(guī)格不同分類

大直徑鋼管：直徑＞100mm。

小直徑鋼管：直徑＜100mm。

薄壁鋼管：厚徑比＜0.2。

厚壁鋼管：厚徑比＞0.2。鋼管缺陷：◆無縫鋼管

熱軋、冷軋、冷拔、擠壓鋼管：裂紋、折疊、分層、夾雜。

鍛軋鋼管：裂紋、白點(diǎn)、重皮?！艉附愉摴?/p>

焊縫缺陷：裂紋、氣孔、夾渣、未焊透。超聲波檢測：

縱向缺陷：與管材軸線平行的徑向缺陷。斜入射橫波周向掃查。

橫向缺陷：與管材軸線垂直的徑向缺陷。斜入射橫波軸向掃查。

分層缺陷：與管材表面平行的周向缺陷。垂直入縱波射檢測。7.5.1管材加工及常見缺陷7.5.2管材橫波檢測技術(shù)基礎(chǔ)1、鋼管檢測的基本方法◆檢測目的：檢出

管材內(nèi)、外壁及內(nèi)部縱向缺陷——橫波檢測

管材內(nèi)、外壁及內(nèi)部橫向缺陷——橫波檢測

管材內(nèi)部分層缺陷——縱波檢測◆檢測方法：

縱傷：波束從鋼管橫截面中心線一側(cè)入射，沿周向呈鋸齒形傳播

橫傷：波束從沿軸向傾斜入射呈鋸齒形傳播。

縱傷檢測橫波周向掃查

橫傷檢測橫波軸向掃查分層檢測縱波垂直檢測

7.5.2管材橫波檢測技術(shù)基礎(chǔ)2、實(shí)現(xiàn)周向橫波檢測的條件◆方法與目的

純橫波檢測：聲束入射角選擇在第一臨界角與第二臨界角之間。

檢測缺陷：管材內(nèi)壁、外壁和壁中的縱向缺陷?！魴z出鋼管內(nèi)部缺陷的條件

D—直徑，t—壁厚，CS2—管材中橫波聲速，CL2—管材中縱波聲速

對于鋼管：CS2＝3230m/s，CL2＝5850m/s，有：7.5.2管材橫波檢測技術(shù)基礎(chǔ)

公式推算過程（檢出鋼管內(nèi)部缺陷的條件）產(chǎn)生純橫波條件（≥第一臨界角）：

聲束達(dá)到管材內(nèi)壁條件：

綜合上二式：

管材中為純橫波并到達(dá)內(nèi)壁條件：7.5.3管材的接觸法檢測

手工檢測：效率低；設(shè)備簡單，靈活機(jī)動。1、探傷原理

采用帶有機(jī)玻璃楔塊斜探頭，使晶片產(chǎn)生的超聲縱波傾斜投射到鋼管表面，在有機(jī)玻璃和鋼的界面產(chǎn)生折射和波型轉(zhuǎn)換。

選擇縱波入射角，在鋼管中產(chǎn)生純橫波。

探測縱向缺陷：橫波在管壁中沿周向呈鋸齒形傳播。

探測橫向缺陷：橫波在管壁中沿軸向呈鋸齒形傳播。

無缺陷時，示波屏只顯示始波。

2、入射角的選擇

純橫波檢測：聲束入射角≥第一臨界角。

探測縱傷：折射橫波投射至鋼管內(nèi)壁。

橫波法檢測內(nèi)壁縱向缺陷，入射角允許范圍：

入射角下限為固定值；上限隨鋼管規(guī)格變化。

入射角存在著一個最佳角度范圍。7.5.3管材的接觸法檢測3、缺陷定位與修正

橫波軸向檢測：缺陷定位與板材類似。

橫波周向檢測：聲程修正系數(shù)：跨距修正系數(shù)：一次波檢測內(nèi)壁缺陷定位：二次波檢測外壁缺陷定位：7.5.3管材的接觸法檢測

實(shí)際中缺陷簡單定位方法

①幾何作圖法：根據(jù)管材實(shí)際尺寸，實(shí)測聲程和折射角，通過幾何作圖法對缺陷定位；②對比試樣法：采用與被檢鋼管規(guī)格相同的刻有內(nèi)外表面人工缺陷的對比試樣進(jìn)行對比，對缺陷作近似定位。7.5.3管材的接觸法檢測4、探頭入射點(diǎn)與折射角的測定◆入射點(diǎn)的測定

棱角反射法

◆折射角的測定

棒材法

管材法7.5.3管材的接觸法檢測

公式推算過程（采用“管材法”測定入射角）在三角形ABO中，根據(jù)余弦定理，有：

將下述關(guān)系式代入上式：和經(jīng)過整理后，即可得到：

7.5.3管材的接觸法檢測◆探頭改制方法

楔塊改制之前，使用ⅡW試塊測定入射點(diǎn)和折射角。并在楔塊側(cè)面作好標(biāo)記線。

將有機(jī)玻璃楔塊底面加工成弧形的改制方法：圓弧頂點(diǎn)位于聲束軸線上（A點(diǎn)位于直線BC上）。

改制后，探頭的入射點(diǎn)從C→A，折射角不變。折射角的測定入射點(diǎn)的測定7.5.3管材的接觸法檢測5、接觸法檢測工藝◆縱向缺陷檢測

探頭：晶片≤25mm；頻率2.5～5MHz。

對比試塊：選材：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；不得有≥Φ2當(dāng)量的缺陷；長度滿足檢測要求。人工缺陷：V形槽的位置和尺寸符合JB/T4730.3圖8和表11規(guī)定。

級別長度（mm）深度t占壁厚的百分比（%）Ⅰ405（0.2mm≤t≤1mm）Ⅱ408（0.2mm≤t≤2mm）Ⅲ4010（0.2mm≤t≤3mm）7.5.3管材的接觸法檢測

靈敏度設(shè)置：內(nèi)壁V形槽－滿幅的80％，外壁V形槽→距離-波幅曲線；基準(zhǔn)靈敏度上提高6dB。

掃查：探頭不動/鋼管螺旋前行、探頭軸向移動/鋼管原地旋轉(zhuǎn)、探頭旋轉(zhuǎn)/鋼管軸向前行、探頭螺旋前行/鋼管不動。螺旋線掃查；15％覆蓋率。

評定與驗(yàn)收：缺陷回波高度≥基準(zhǔn)靈敏度，判為不合格品。修磨后滿足公差要求，復(fù)探。7.5.3管材的接觸法檢測

◆橫向缺陷檢測

探頭：晶片尺寸、檢測頻率－同上。

對比試塊：選材、人工缺陷－同上。

靈敏度設(shè)置：內(nèi)、外壁V形槽－同上；

僅有外壁V形槽－滿幅的50％作為基準(zhǔn)靈敏度。

掃查：探頭螺旋掃查（避免漏檢）。

評定與驗(yàn)收：同上。7.5.3管材的接觸法檢測7.5.3管材的接觸法檢測6、接觸法探傷操作要點(diǎn)

探頭：與管材表面接觸良好；楔塊圓弧盡量與管材一致（圓弧稍大于管材可使用，小于管材無法使用）。

耦合劑：用量不宜過多，以免出現(xiàn)假信號。

缺陷波識別：始波后有一簇固定雜波。缺陷波特點(diǎn)：隨探頭移動缺陷波游動，探頭前進(jìn)時，缺陷波靠攏始波，幅度增高；反之，缺陷波遠(yuǎn)離始波，幅度降低。

掃查：管材直徑越大，壁厚越厚，探頭在管材外表面應(yīng)移動范圍越大（聲束傳播能量隨聲程增大而衰減）。

儀器：定時用人工缺陷樣管校驗(yàn)探頭和儀器。及時發(fā)現(xiàn)探頭磨損和儀器故障，避免漏檢。7、小直徑鋼管檢測與大直徑鋼管檢測

小直徑鋼管：曲率半徑小，耦合不良，靈敏度低。改善方法：采用曲面探頭、聚焦探頭。

大直徑鋼管：曲率半徑大，容易實(shí)現(xiàn)良好耦合。

◆大直徑鋼管檢測

縱波垂直入射檢測探頭：單晶直探頭、雙晶直探頭。檢出缺陷：平行鋼管表面的周向缺陷，如分層。缺陷較小時：F波和B波同時出現(xiàn)。根據(jù)F波高評價缺陷當(dāng)量。缺陷較大時：B波消失。利用半波高度法測定缺陷面積。7.5.3管材的接觸法檢測

橫波周向檢測檢出缺陷：縱向缺陷。探頭：橫波單斜探頭、雙斜探頭。單斜探頭：正反二方向（聲束雙向入射）掃查。雙斜探頭：同一缺陷可能顯示為二個缺陷波。探頭移動時，二缺陷波對稱移動。

7.5.3管材的接觸法檢測

橫波橫向檢測探頭：單晶斜探頭、雙晶斜探頭。單晶斜探頭：聲束散射，外壁缺陷靈敏度低。雙晶斜探頭：只要內(nèi)外壁缺陷處于二晶片發(fā)射聲束交集區(qū)，靈敏度基本一致。7.5.3管材的接觸法檢測7.5.4管材的水浸法檢測

◆水浸法特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：可采用聚焦聲束，靈敏度、分辨力及小直徑鋼管檢測能力高；便于實(shí)現(xiàn)自動化檢測；探頭無磨損，廉價耦合劑，成本低。

缺點(diǎn)：由于聲波在水中衰減和在水/鋼界面反射，透入鋼管聲能減弱，使探測范圍減小。1、探傷原理

使用水浸式縱波探頭偏離鋼管的中心線，當(dāng)管偏心距合適時，在鋼管中激發(fā)純橫波（入射方式不同）。

由于入射縱波在水/鋼界面的反射和散射，在始脈沖后面出現(xiàn)多次水/鋼界面回波（顯示不同）。

無缺陷時，示波屏只顯示始波和一、二次界面波。

7.5.4管材的水浸法檢測2、工藝參數(shù)的選擇

◆探頭的選擇

水浸探頭要求密封性好；采用聚焦聲束（改善聲束指向性）。

探頭聲束聚焦方式線聚焦探頭：采用柱面聲透鏡或瓦形晶片聚焦。點(diǎn)聚焦探頭：采用球面聲透鏡聚焦。二種聚焦方式比較檢測速度：線聚焦探頭速度快；點(diǎn)聚焦探頭速度慢。檢測靈敏度：點(diǎn)聚焦探頭回波幅度與缺陷長度無關(guān)（除非缺陷長度小于焦點(diǎn)直徑）；線聚焦探頭回波幅度隨缺陷長度變化（除非缺陷長度大于焦線長度）。

線聚焦探頭①圓形晶片上加裝弧面聲透鏡，曲率半徑：②直接采用弧形晶片，焦距等于晶片曲率半徑。

探頭頻率：2.5～5MHz。7.5.4管材的水浸法檢測◆探頭與鋼管的配置狀態(tài)

偏心距x的選擇滿足：①純橫波；②橫波檢測內(nèi)壁。有：

偏心距變化時，探頭相對于鋼管的垂直距離也發(fā)生變化，因而入射面的聲束寬度和水聲程也發(fā)生變化，將引起管壁中折射聲束的角度、形狀等發(fā)生變化。這些變化影響缺陷回波的幅度和位置。7.5.4管材的水浸法檢測公式推導(dǎo)過程（偏心距x的選擇）：滿足：①純橫波檢測條件；②橫波檢測內(nèi)壁條件。有：或：從圖，有：所以：

水浸檢測鋼管：CL1＝1480mm/s，CL2＝5900mm/s，CS2＝3230mm/s7.5.4管材的水浸法檢測

水層厚度H的選擇應(yīng)大于鋼管中橫波全聲程的1/2（即H＞xS）。

因?yàn)椋篊水＝1480m/s，CS＝3230m/s，C水/CS≈1/2。所以：當(dāng)H＞xS時，二次水/鋼界面回波S2位于一次內(nèi)壁缺陷回波F內(nèi)和二次外壁缺陷回波F外之后。7.5.4管材的水浸法檢測→→

焦距F的選擇應(yīng)使探頭焦距落在與聲束軸線垂直的管心線上。

F－焦距（mm）

H－聲程厚度（mm）

R－鋼管半徑（mm）

x－偏心距（mm）7.5.4管材的水浸法檢測7.5.4管材的水浸法檢測

焦點(diǎn)位置的選擇當(dāng)聲束在水中的焦點(diǎn)進(jìn)入鋼管的尺寸太大或太小時，折射聲束的折射角相差較大，因而管壁中的聲束都會發(fā)散，造成內(nèi)外表面探傷靈敏度差別較大。

線焦距探頭：焦點(diǎn)調(diào)整在鋼管中心線上。橫波聲束在管壁中多次反射，產(chǎn)生多次聚斂發(fā)散，聲束寬度基本一致。特點(diǎn)：檢測靈敏度高；內(nèi)外壁缺陷靈敏度大致相同。◆掃查方式

四種掃查方式；螺距≤探頭聲束有效寬度，且有15％覆蓋率。

探頭相對移動速度：v＝n?l（n為相對轉(zhuǎn)速，l為螺距）

當(dāng)鋼管彎曲時，保證探頭偏心距、水層厚度不變是關(guān)鍵?！魴z測靈敏度調(diào)整和質(zhì)量評定

靈敏度設(shè)置：內(nèi)外壁人工槽達(dá)滿幅的50％；基準(zhǔn)靈敏度上提高6dB。

評定與驗(yàn)收：缺陷回波高度≥基準(zhǔn)靈敏度，判為不合格品。修磨后滿足公差要求，復(fù)探。

7.5.4管材的水浸法檢測3、水浸法探傷操作要點(diǎn)

為顯示缺陷波，適當(dāng)調(diào)節(jié)儀器“水平”和“掃描時間”旋鈕，使始波盡量左移，使一、二次界面波得到顯示并使其間隔足夠大。

探傷機(jī)械設(shè)備應(yīng)有良好精度和穩(wěn)定度。界面波的位置和幅度應(yīng)無顯著變化，以使周向靈敏度波動盡量減小。

保持探頭聲透鏡表面潔凈和耦合用水清潔。

采用水浸法多通道自動探傷設(shè)備時，應(yīng)注意探頭選擇、設(shè)備調(diào)試和定時校驗(yàn)，以保證各通道具有相同的探傷靈敏度。

探傷中應(yīng)注意隨時排除各種干擾信號。7.5.4管材的水浸法檢測7.5.5厚壁管材檢測◆變型橫波斜入射

檢測方法α≤αⅠ入射；折射橫波檢測鋼管外壁；折射縱波在鋼管外壁反射，經(jīng)波型轉(zhuǎn)換為橫波檢測鋼管內(nèi)壁

取α＝12.7°有β＝60°則反射橫波角度：外壁縱波-橫波反射率可達(dá)97％7.5.5厚壁管材檢測

適用范圍：

計算：經(jīng)換算◆縱波斜入射

適用范圍：當(dāng)經(jīng)厚徑比更大時采用。

檢測方法：α≤αⅠ入射；利用折射縱波和反射縱波進(jìn)行檢測。

特點(diǎn)：折射橫波在內(nèi)壁反射，波型復(fù)雜。與變形橫波檢測相比，靈敏度低。7.5.6管材自動檢測◆自動檢測設(shè)備分類

探頭旋轉(zhuǎn)：探頭旋轉(zhuǎn)/鋼管軸向前行—適用于中小直徑鋼管

鋼管旋轉(zhuǎn)：探頭不動/鋼管螺旋前行—適用于中大直徑鋼管探頭軸向移動/鋼管原地旋轉(zhuǎn)—適用于超大直徑鋼管旋轉(zhuǎn)水腔式

局部水浸式

接觸式

7.5.6管材自動檢測7.5.6管材自動檢測7.5.6管材自動檢測7.5.6管材自動檢測1、自動檢測設(shè)備系統(tǒng)

◆設(shè)備系統(tǒng)組成

檢測主機(jī)系統(tǒng)：檢測臺、探頭及跟蹤系統(tǒng)、前后夾持裝置。

傳輸輥道系統(tǒng)：直行傳輸輥道、螺旋前行傳輸輥道。

上下料臺架系統(tǒng)：待檢臺架和上料機(jī)構(gòu)、合格品槽、廢品槽和下料分選機(jī)構(gòu)。◆檢測工藝流程

上料：將待檢