板材的超声波检测

2020-11-25 17:51
板材的超声波检测   

前言:

板材是经过铸锭开坯、多次轧制(包括热轧、冷轧)而制成的。铸锭中原有的冶金缺陷在轧制过程中被压延形成沿轧制方向延伸并与版面平行的面积形成缺陷一分层,这是板材中缺陷的主要特征。此外,还可能因为轧制不当、轧辊故障等原因产生折叠、翘皮、裂纹等缺陷。


在一般情况下,板材的超声波检测以垂直入射纵波探测分层缺陷为主,必要时还应辅以横波探查有无垂直于板面取向的裂纹存在。


一般把板材按厚度分成后半、中厚板和薄板。


厚板与中厚板的超声波检测

一、垂直入射纵波法检测

1. 单直平探头接触法检测

这种方法与一般锻件的垂直入射纵波检测法基本相同,采用以平底孔为反射体的对比试块调整检测灵敏度和定标。由于板材中往往可能存在较大面积的缺陷,甚至造成底波下降或消失,因此板材的超声波检测验收标准通常包括单个缺陷的延伸长度、面积(以半波高度法或6dB法从不同方向测长来够花出缺陷在板材表面的平面投影形状)、板材单位面积内缺陷的数量、累积缺陷以及单位面积内缺陷面积所占百分比等来评价板材质量外,还特别给出底波下降或消失的评价指标。


使用单直平探头一般以板材的一个轧制面为探测面,当需要鉴别缺陷或有近表面分辨率要求时,还要求作双面探测。

2.单直平探头接触法多次底波法检测

对于厚度较薄的板材,考虑到近表面分辨率及近场长度的限制,不容易进行上面所述的缺陷回波法时,可以采用多次底波法检测,根据底面回波次数的变化或某次底波幅度的变化来评价板材质量。


对无缺陷且冶金组织良好的板材,其底面回波次数较多,幅度也高,多次回波幅度呈指数规律单调下降。在检测时,可以把合格板材的底面回波次数或某次底波的幅度调整为一定值作为检测灵敏度,当板材中有缺陷存在,或者冶金组织不良时,由于缺陷的反射以及冶金结构的散射,必然导致底波次数、幅度变小,他们的变化程度与缺陷数量、大小,以及冶金组织状况相关。


在检测时,还应注意板材表面状况对检测结果的影响,例如冷轧板材与热轧板材的表面状态常常有显著的不同,经过退火处理或正火处理的板材也有不同的表面状态,经过砂轮打磨或表面有锈层或漆层等对超声波检测也有不同的影响,探头对板材的耦合状况,如接触压力、耦合剂等也都存在影响。


因此,必须注意采用与被检板材同材质、同状态且无缺陷的正常板材制作对比试块,还要保证有相同的耦合状态,以避免对检测结果的干扰。


在利用多次底波法检测时,常常可以在底波之间观察到有缺陷回波高度变化的现象存在,特别是在板厚较薄的情况下,常常可以见到第二、三、四甚至第五次缺陷回波比第一次缺陷回波的幅度要高,逐渐递增,然后在铸件下降的现象(如图4-4-1)。


这主要是由于反射声路、波长的关系形成反射叠加效应的结果,当利用缺陷回波幅度评定缺陷大小时,应注意到这一点。


一般应以第一次缺陷回波的幅度进行评定,只有在考虑到板厚较薄及近场长度影响,或者探头的始波占宽较大而妨碍对第一次缺陷回波的观察等情况时,也可以采用第二次缺陷回波的幅度进行评定,但是必须对比试块上进行相应的比较修正。

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3.水浸法检测

与一般锻件水浸法检测一样,第二次界面回波不应进入第一次界面回波与第一次底面回波之间,一面造成干扰。不过,在板材检测中,有时为了方便观察多次底面反射而又不致与界面回波混淆,常采用第二次界面回波与某次底波位置重合的方式,亦即所谓的多次底波重合法:


(1)一次重合法:第二次界面回波与第一次底波重合,则第三次界面回波将于第二次底波重合,以下类推。


(2)二次重合法:第二次界面回波与第二次底波重合,则第三次界面回波将于第四次底波重合,以下类推。


(3)三次重合法:第二次界面回波与第三次底波重合,则第三次界面回波将于第六次底波重合,以下类推。


(4)四次重合法:第二次界面回波与第四次底波重合,则第三次界面回波将于第六次底波重合,以下类推。


同理,还可以有五次、六次……重合法,在实际检测中比较常用的是四次重合法(图4-4-2)。

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当采用多次重合法时,水距的选择应按下式确定:

H=n·t·(C/CL),


式中:H为水距;t为板材厚度;

C为水中纵波声速

CL为板材中的纵波声速;n为重合次数。

4.组合双晶直探头接触法检测

如同锻件检测一样,可以使用入射角为3°,5°,6°,7°直至12°的组合双晶直探头在板材轧制面上做接触法检测以保证良好的近表面分辨率要求,也适合检测较薄的板材。


检测时有以下注意事项:

(1)定标。


使用平底孔试块,通过调整超声波检测仪上的水平旋钮和深度细调旋钮,使示波屏的时基线上出现的平底孔回波前沿与试块底面回波的前沿相距等于平底孔的孔深(即平底孔底面到钻制平底孔的试块底面的距离),然后用水平旋钮将平底孔回波前沿平移到平底孔的埋藏深度(即平底孔底面到试块探测面的距离)处,即实现1:1深度定标,此时水平刻度的零点相应于板材的入射面。


(2)扫查。


组合双晶直探头的隔声层应与板材轧制方向平行,这与锻件上检测时,应与锻件流线方向相同是一样的,这样有利于发现缺陷,如图4-4-3(a)


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对板材作纵波垂直入射检测的以上4种方法,除了对例如航空、航天器件或特殊应用(例如超高压)等质量要求较高的板材需要做100%覆盖扫查外,一般工业用板材的检测多采用格线扫查[图4-4-3(b)]或行扫查[图4-4-3(c)].


当板材的四边将用作例如压力容器等的焊接坡口位置时,板材的四周边一定宽度范围内(例如50mm或100mm)需要做100%扫查,或者板材将被裁切并用作焊接坡口的位置,则裁切线两侧一定宽度范围内也需要做100%扫查,这样做的目的是防止有板材中的缺陷(例如分层)暴露到坡口从而造成焊接缺陷。


格线扫查与行扫查的间距、板材周边100%覆盖扫查的宽度范围,按具体验收标准规定。在扫查过程中一旦发现缺陷,则应在发现缺陷处周围进行100%覆盖扫查以确定缺陷的位置与面积大小、延伸长度等。


还要说明的是,由于板材厚度多处于探头声场的近场区,在近场区内的声压分布是不均匀的,因此在获得缺陷最大回波时,缺陷的中心位置未必一定正好处在探头中心的正下方,在欲取位做解剖分析时应注意到这一点。