大棒材超声波探伤方法
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科｛ Ｉ ｌ 技 论 坛
科
大棒 材 超 声波 探 伤 方法
段 丽 霞 李 德 仓
（、 １ 西宁特钢集 团公 司， 青海 西宁 ８０ ０ ２ 兰州交通大学， 肃 兰州 ７ ０７ ） １０ ５ 、 甘 ３ ０ ０
摘 要： 为了保证产品质量和设备安全运行 ， 必须对其进行检验 ， 验时要 想对 工件 、 检 材料 中存在的各种缺陷做 出正确 的判断 ， 出了超声波探 提 伤方法。介 绍了超 声波探伤检测 系统在 大棒材 生产 中的应用，阐述 了超声波探 伤的原理， 并对其产生的波形进行 了详细的定性 分析 。 关键词： 检验 ； 超声波 ； 探伤 ； 大棒材 ； 波形
一
接 触 法 探 伤 采 用 工 作 频 率 为 ２５ ５ Ｚ； 晶 片 直 径 或 边 长 为 ．— ＮＨ
扫 查
３ 测方法 检
现场探伤检测采用纵波和横波接触法 。 纵 波用来检测棒材 内部缺陷 ，适合 于检测棒材 内 部的分层 、 和球状裂纹 ； 夹渣 横波用来检测 棒材 表面和内部 的纵 向线状缺陷。 ３ 仪器 、 ． １ 探头及耦 合剂选用 ３１１ ．．仪器 仪器应符合 Ｊ １３ — ６ 《 Ｂ ８ ４ ７ Ａ型脉冲反射式 超声波探伤仪技术条件》所规定 的技术性 能指 标， 并应具有 衰减器 。 西宁特钢大棒材探伤探测 仪器选用 Ｃ Ｓ２ 伤仪。 Ｔ 一 ２探
１— ０ ０ ２ ＭＭ的直探头 、 双斜探头及线聚 焦探头 。根据需要也可采用其他类型 的探 头 ， 西宁特钢 大棒 材探伤选用 单 晶直探头 和单晶斜探头两种探头。 ３１ ．＿ ３耦合剂 接 触 法探 伤采 用 ２ ＃ ４ ＃机 油 ０－０ 或其他介质作耦合剂。 图 １圆周 、 向 扫 查 图 横 ３２检测方法 ． 不现的方 向上探测 ， 缺陷 回波类似。一般 白点 ， ３ ． 现场 探伤检 测采用 纵波 和横 波接触 ．１ ２ 疏松 ， 密集气孑 等属于密集形缺陷。 Ｌ 法， 选用单晶直探头和单晶斜探头。 ４３根据缺陷波型分析缺陷性质 ． ３ ． 探测仪器选用 Ｃ Ｓ ２ 探伤仪 ．２ ２ Ｔ 一２ 静态波形 ： 单个缺陷一般是独立出现 的， 而 ３２３探伤灵敏度 的调整 ： 据不同规格 的 ．－ 根 密集缺 陷是杂乱 出现且互相彼连。 材料来确定不同的探伤灵敏度 ，并运用 大平底 动态波形 ：不同性质的密集缺 陷的动态波 反射公式 的理 论来计算并获 得其标准灵 敏度 。 形对探头移动的敏感程度不 同。白点对探头移 公 式 ｄ ＝０ Ｂ ２１ ｇ 中Ａ 一波 长 、 一工 件 厚 动很敏感 。但夹渣对探 头的移动不太敏感。 度 、 一缺陷 当量 ； 已知 ； １选用探头 ； 、 ０、 直 ２ ４４根据底波分析缺陷的性质 ． ２ Ｍ 。 缺 陷当量按标准要求 ２ ． Ｃ２ ５ 当量孔 。 工 ３ 工件 内部存在缺陷时 ， 超声波被缺陷反射 件 厚 度 为 ｍｍ。 使底 面的声能减少 ， 波高度降低 ， 至消失 。 底 甚 当缺陷波很强 ， 底波消失时 ， 可认 为是大面积缺 ｚ ｓ ｏ－ ＝ ０ｇ ２１ 一 ｍｓ ｚ ３ １ ×４ ４ ｌ ５ ２． ６ 陷， 夹层 ， 纹等。 如 裂 ４ ．１ ２ ．＝ ３ Ｂ ４ ７ ＝ ０ Ｘ １６ ３ ｄ 当缺陷波与底波共存 时 ，可认为是点状缺 所 以 探 测 ４２ ／ 用 ３ Ｂ灵 敏 度 。 ， ｏｒ ｍ ］ ｎ ３ｄ 陷（ 如气孔 ， 夹渣等 ） 或面积较小 的其他缺陷。 调整底波反射度 为 ８ ％高 ， ０ 此时 面板旋钮 当缺陷波为互相彼连 高低不 同的缺陷波 ， 位置 ， 衰减器 ３ Ｂ 增 益 ５ 抑制 ４ 发射 强度 底波 明显下降时 ， ３ｄ ， ， ， 可认为是密集缺 陷， 白点 ， 如 “ ” 强 。 疏松 ， 密集气孔和夹渣等。 ３ ． 查形 式 ： 探伤检 测扫查 中 ， 整支 ．４ ２ 在 对 当缺陷波和底波都很低 ， 或两者都消失时 ， 钢大于 ２３圆周 、 ／ 横向扫查 ， 方式见 图 ｌ 所示。 可认为是大而倾斜的缺陷或是疏松 。 出现“ 若 林 ４波形的分析 状 回波 ”可认为是 内部组织粗大。 ， 超声波探伤除了确定工件 中缺陷 的位置和 结束语 大小外 ， 还应 尽可能叛定缺 陷的性质 。 同性质 不 在大棒材超声波检验过程 中，发现在伤波 的缺陷危害程度不同 ，例如裂纹就 比气孔危害 显示 中存在大小 、 长度不等的缺陷 ， 中缺陷分 其 大 的多。因此 ， 缺陷定性 十分重要 。 布 于钢 材 的局 部 、 部 或 贯 穿 整 支 钢材 ， 陷伤 头 缺 ４１根据加工工 艺分析缺陷性质 ． 波反射有连续和不连续的形式 ，最后 总结 出了 工件内所形 成的各种缺陷与加工工艺密切 检测方法和缺陷伤波判别定性结果 。 相关 ， 如焊接过程可能是气孔 ， 夹渣 ， 裂纹等 。 铸 参 考 文献 造过程就可能产生缩孔 ， 疏松等 。 锻造过程就可 【］贺霖． １ 中厚钢板 的超声波探伤［冲 国设备 工 Ｊ 】 能产生夹层， 折叠 ， 白点等 。 程 ．０ ７ ２ ０ ４２根据 缺陷的特征分析缺陷性质 ． 『１任 森 智 ， 新 胜 ．我 国钢 结构 焊 缝 无损 检 测 ２ 张 对于平面缺 陷， 在不 同的方 向上探测 ， 回 探 析 ｌＩ 西 建 筑 ，０ ７５ 其 Ｊ．山 ２０． 波高度不 同。 在垂直于缺陷方 向探测 ， 缺陷 回波 【］ ３ 张广纯． 金属材料 的超 声波探 伤［ Ｉ 京： Ｍ． 北 机 高， 在平行 于缺陷方 向探测 ， 缺陷 回波低 ， 甚至 械 工 业 出版 社 。０ ７ ２０ ． 没缺陷回波。一般 的裂纹 ， 夹层 ， 折叠等缺陷就 作 者简 介 ： 丽 霞（９ ９ ， ， 肃镇原 段 １７ ～）女 甘 是平面形 缺陷。 人 ，工程 师 ， 事 无 损 检 测 。 从 对于点状缺陷， 在不 同方 向上探测 ， 缺陷 回 波无明显变化。 一般的气孑 ， Ｌ小夹渣等是点状缺 陷。 对于密集形 缺陷， 缺陷波密集互相彼连 ， 在
．
一
１ — ７
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１概 述 ３１ ．． 头 ２探
西 宁特钢大棒 材探伤 采用超 声波探 伤检 测 系统 ， 根据国家标准规定和用户的要求 ， 不管 是一般用途还是特殊用途 的大棒材钢材基本上 都需要进行超声 波探伤 。随着用户对大棒材产 品 内在质量 、 性能 、 规格要求 的不断提高 ， 对大 棒材 的探伤也越来越要求严格 。那么针对大棒 材钢材进行无损检测 的技术在 目前国内外钢结 构领域应用也比较广泛 。 ２ 超声波探伤原理及特点 超声 波检测是 目前应用 最为 广泛 的无 损 检测方法之一。超声波探伤是利用超声能透人 金属材料的深处 ， 由一截面进入另一截面时 ， 并 在界面边缘发生反射 的特点来检查零件缺陷的 种方法 ，当超声波束 自零件表面由探头通至 金属 内部 ，遇到缺 陷与零件底面时就分别发生 反射波 ， 在荧光屏上形成脉冲波形 ， 这些脉 根据 冲波形来判 断缺陷位置和大小。超声 波检 测与 其他方法相 比 ， 它的主要优点有 ： 穿透能力强 ， 探测深度 可达数米 ； 灵敏度高 ， 可发现与直径约 十分之 几毫米 的空气 隙反 射能力 相 当的反射 体； 在确定 内部 反射体的位 向、 大小 、 形状及性 质等方面较 为准确 ；仅须从一面接近被 检验的 物体 ； 可立 即提供缺陷检验结果 ； 可检测材 料内 部尺寸很 小的缺陷 、可较准确地测 定缺 陷的长 度和深度位 置； 超声波检验 ， 既不破 坏成品 ， 半 成品的完整性 ，又能为产品的质 量提供 可靠 的 依据 ； 还具有设 备轻 便 ， 运用灵活 ， 对人体 及环 境无害 ，可作现场检测 ，被广泛应 用于工业生 产。但超声 波探伤法 由于纵波脉冲反射 法存在 的盲区和缺 陷取 向对检测灵敏度 的影 响 ，对位 于表 面和 近表面的某些缺陷常 常难 以检测 ， 由 于材料的某些 内部组织如晶粒度 、 金相组成 、 非 均匀性 、 非致密性等 ， 会使缺陷检测的灵 敏度 和 信噪 比变差 ，从而不能直观地显示材料 中缺陷 的形态和类型，因此需要操作者具有一定 的工 作经验和完 整的探伤理论知识 ，才能对材 料中 存在 的缺陷进行 正确 的判断 ，从而确定处理的 方法。 因此 ， 对超声 波探 伤中缺陷伤波的正确判 别， 具有很大 的重要意义。
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大棒 材 超 声波 探 伤 方法
段 丽 霞 李 德 仓
（、 １ 西宁特钢集 团公 司， 青海 西宁 ８０ ０ ２ 兰州交通大学， 肃 兰州 ７ ０７ ） １０ ５ 、 甘 ３ ０ ０
摘 要： 为了保证产品质量和设备安全运行 ， 必须对其进行检验 ， 验时要 想对 工件 、 检 材料 中存在的各种缺陷做 出正确 的判断 ， 出了超声波探 提 伤方法。介 绍了超 声波探伤检测 系统在 大棒材 生产 中的应用，阐述 了超声波探 伤的原理， 并对其产生的波形进行 了详细的定性 分析 。 关键词： 检验 ； 超声波 ； 探伤 ； 大棒材 ； 波形
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接 触 法 探 伤 采 用 工 作 频 率 为 ２５ ５ Ｚ； 晶 片 直 径 或 边 长 为 ．— ＮＨ
扫 查
３ 测方法 检
现场探伤检测采用纵波和横波接触法 。 纵 波用来检测棒材 内部缺陷 ，适合 于检测棒材 内 部的分层 、 和球状裂纹 ； 夹渣 横波用来检测 棒材 表面和内部 的纵 向线状缺陷。 ３ 仪器 、 ． １ 探头及耦 合剂选用 ３１１ ．．仪器 仪器应符合 Ｊ １３ — ６ 《 Ｂ ８ ４ ７ Ａ型脉冲反射式 超声波探伤仪技术条件》所规定 的技术性 能指 标， 并应具有 衰减器 。 西宁特钢大棒材探伤探测 仪器选用 Ｃ Ｓ２ 伤仪。 Ｔ 一 ２探
１— ０ ０ ２ ＭＭ的直探头 、 双斜探头及线聚 焦探头 。根据需要也可采用其他类型 的探 头 ， 西宁特钢 大棒 材探伤选用 单 晶直探头 和单晶斜探头两种探头。 ３１ ．＿ ３耦合剂 接 触 法探 伤采 用 ２ ＃ ４ ＃机 油 ０－０ 或其他介质作耦合剂。 图 １圆周 、 向 扫 查 图 横 ３２检测方法 ． 不现的方 向上探测 ， 缺陷 回波类似。一般 白点 ， ３ ． 现场 探伤检 测采用 纵波 和横 波接触 ．１ ２ 疏松 ， 密集气孑 等属于密集形缺陷。 Ｌ 法， 选用单晶直探头和单晶斜探头。 ４３根据缺陷波型分析缺陷性质 ． ３ ． 探测仪器选用 Ｃ Ｓ ２ 探伤仪 ．２ ２ Ｔ 一２ 静态波形 ： 单个缺陷一般是独立出现 的， 而 ３２３探伤灵敏度 的调整 ： 据不同规格 的 ．－ 根 密集缺 陷是杂乱 出现且互相彼连。 材料来确定不同的探伤灵敏度 ，并运用 大平底 动态波形 ：不同性质的密集缺 陷的动态波 反射公式 的理 论来计算并获 得其标准灵 敏度 。 形对探头移动的敏感程度不 同。白点对探头移 公 式 ｄ ＝０ Ｂ ２１ ｇ 中Ａ 一波 长 、 一工 件 厚 动很敏感 。但夹渣对探 头的移动不太敏感。 度 、 一缺陷 当量 ； 已知 ； １选用探头 ； 、 ０、 直 ２ ４４根据底波分析缺陷的性质 ． ２ Ｍ 。 缺 陷当量按标准要求 ２ ． Ｃ２ ５ 当量孔 。 工 ３ 工件 内部存在缺陷时 ， 超声波被缺陷反射 件 厚 度 为 ｍｍ。 使底 面的声能减少 ， 波高度降低 ， 至消失 。 底 甚 当缺陷波很强 ， 底波消失时 ， 可认 为是大面积缺 ｚ ｓ ｏ－ ＝ ０ｇ ２１ 一 ｍｓ ｚ ３ １ ×４ ４ ｌ ５ ２． ６ 陷， 夹层 ， 纹等。 如 裂 ４ ．１ ２ ．＝ ３ Ｂ ４ ７ ＝ ０ Ｘ １６ ３ ｄ 当缺陷波与底波共存 时 ，可认为是点状缺 所 以 探 测 ４２ ／ 用 ３ Ｂ灵 敏 度 。 ， ｏｒ ｍ ］ ｎ ３ｄ 陷（ 如气孔 ， 夹渣等 ） 或面积较小 的其他缺陷。 调整底波反射度 为 ８ ％高 ， ０ 此时 面板旋钮 当缺陷波为互相彼连 高低不 同的缺陷波 ， 位置 ， 衰减器 ３ Ｂ 增 益 ５ 抑制 ４ 发射 强度 底波 明显下降时 ， ３ｄ ， ， ， 可认为是密集缺 陷， 白点 ， 如 “ ” 强 。 疏松 ， 密集气孔和夹渣等。 ３ ． 查形 式 ： 探伤检 测扫查 中 ， 整支 ．４ ２ 在 对 当缺陷波和底波都很低 ， 或两者都消失时 ， 钢大于 ２３圆周 、 ／ 横向扫查 ， 方式见 图 ｌ 所示。 可认为是大而倾斜的缺陷或是疏松 。 出现“ 若 林 ４波形的分析 状 回波 ”可认为是 内部组织粗大。 ， 超声波探伤除了确定工件 中缺陷 的位置和 结束语 大小外 ， 还应 尽可能叛定缺 陷的性质 。 同性质 不 在大棒材超声波检验过程 中，发现在伤波 的缺陷危害程度不同 ，例如裂纹就 比气孔危害 显示 中存在大小 、 长度不等的缺陷 ， 中缺陷分 其 大 的多。因此 ， 缺陷定性 十分重要 。 布 于钢 材 的局 部 、 部 或 贯 穿 整 支 钢材 ， 陷伤 头 缺 ４１根据加工工 艺分析缺陷性质 ． 波反射有连续和不连续的形式 ，最后 总结 出了 工件内所形 成的各种缺陷与加工工艺密切 检测方法和缺陷伤波判别定性结果 。 相关 ， 如焊接过程可能是气孔 ， 夹渣 ， 裂纹等 。 铸 参 考 文献 造过程就可能产生缩孔 ， 疏松等 。 锻造过程就可 【］贺霖． １ 中厚钢板 的超声波探伤［冲 国设备 工 Ｊ 】 能产生夹层， 折叠 ， 白点等 。 程 ．０ ７ ２ ０ ４２根据 缺陷的特征分析缺陷性质 ． 『１任 森 智 ， 新 胜 ．我 国钢 结构 焊 缝 无损 检 测 ２ 张 对于平面缺 陷， 在不 同的方 向上探测 ， 回 探 析 ｌＩ 西 建 筑 ，０ ７５ 其 Ｊ．山 ２０． 波高度不 同。 在垂直于缺陷方 向探测 ， 缺陷 回波 【］ ３ 张广纯． 金属材料 的超 声波探 伤［ Ｉ 京： Ｍ． 北 机 高， 在平行 于缺陷方 向探测 ， 缺陷 回波低 ， 甚至 械 工 业 出版 社 。０ ７ ２０ ． 没缺陷回波。一般 的裂纹 ， 夹层 ， 折叠等缺陷就 作 者简 介 ： 丽 霞（９ ９ ， ， 肃镇原 段 １７ ～）女 甘 是平面形 缺陷。 人 ，工程 师 ， 事 无 损 检 测 。 从 对于点状缺陷， 在不 同方 向上探测 ， 缺陷 回 波无明显变化。 一般的气孑 ， Ｌ小夹渣等是点状缺 陷。 对于密集形 缺陷， 缺陷波密集互相彼连 ， 在
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１概 述 ３１ ．． 头 ２探
西 宁特钢大棒 材探伤 采用超 声波探 伤检 测 系统 ， 根据国家标准规定和用户的要求 ， 不管 是一般用途还是特殊用途 的大棒材钢材基本上 都需要进行超声 波探伤 。随着用户对大棒材产 品 内在质量 、 性能 、 规格要求 的不断提高 ， 对大 棒材 的探伤也越来越要求严格 。那么针对大棒 材钢材进行无损检测 的技术在 目前国内外钢结 构领域应用也比较广泛 。 ２ 超声波探伤原理及特点 超声 波检测是 目前应用 最为 广泛 的无 损 检测方法之一。超声波探伤是利用超声能透人 金属材料的深处 ， 由一截面进入另一截面时 ， 并 在界面边缘发生反射 的特点来检查零件缺陷的 种方法 ，当超声波束 自零件表面由探头通至 金属 内部 ，遇到缺 陷与零件底面时就分别发生 反射波 ， 在荧光屏上形成脉冲波形 ， 这些脉 根据 冲波形来判 断缺陷位置和大小。超声 波检 测与 其他方法相 比 ， 它的主要优点有 ： 穿透能力强 ， 探测深度 可达数米 ； 灵敏度高 ， 可发现与直径约 十分之 几毫米 的空气 隙反 射能力 相 当的反射 体； 在确定 内部 反射体的位 向、 大小 、 形状及性 质等方面较 为准确 ；仅须从一面接近被 检验的 物体 ； 可立 即提供缺陷检验结果 ； 可检测材 料内 部尺寸很 小的缺陷 、可较准确地测 定缺 陷的长 度和深度位 置； 超声波检验 ， 既不破 坏成品 ， 半 成品的完整性 ，又能为产品的质 量提供 可靠 的 依据 ； 还具有设 备轻 便 ， 运用灵活 ， 对人体 及环 境无害 ，可作现场检测 ，被广泛应 用于工业生 产。但超声 波探伤法 由于纵波脉冲反射 法存在 的盲区和缺 陷取 向对检测灵敏度 的影 响 ，对位 于表 面和 近表面的某些缺陷常 常难 以检测 ， 由 于材料的某些 内部组织如晶粒度 、 金相组成 、 非 均匀性 、 非致密性等 ， 会使缺陷检测的灵 敏度 和 信噪 比变差 ，从而不能直观地显示材料 中缺陷 的形态和类型，因此需要操作者具有一定 的工 作经验和完 整的探伤理论知识 ，才能对材 料中 存在 的缺陷进行 正确 的判断 ，从而确定处理的 方法。 因此 ， 对超声 波探 伤中缺陷伤波的正确判 别， 具有很大 的重要意义。