超声检测工艺部分二级取证教材.ppt

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1、超 声 检 测,（工艺部分）,概 述,目前，无损检测技术已经在机械制造、冶 金、石油化工、兵器、船舶、航空与航天、核能、电力、建筑、交通等行业获得广泛应用，成为控制产品质量、保证设备安全运行的极为重要的技术手段，在工业领域，目前最常用的有超声波检测、射线检测、渗透检测、涡流检测、磁粉检测等。,.,每一种无损检测方法都有其适用的检测对象与检测能力范围以及局限性，各种方法对缺陷的检出几率既不会是100，也不会完全相同。例如，射线照相检测和超声检测两种方法主要都是用于探测被检物内部的缺陷，射线照相检测适用于探测被检物内部的体积型缺陷，如气孔、夹渣、缩孔、疏松等，超声检测适用于探测被检物内部的面积型缺

2、陷，如裂纹、白点、分层和焊缝中的未熔合等。,.,射线照相检测常被用于检测小型金属工件和焊缝，超声检测常被用于检测金属锻件、型材和焊缝。在对焊缝中危害性较大的缺陷如裂纹的检出能力上，超声检测通常要优于射线照相检测。但是射线照相检测和超声检测，两者对同一被检物的检测结果不会完全一致。又例如涡流检测和磁粉检测是用于探测被检物表面和近表面的缺陷，而渗透检测则只能用于探测被检物表面开口的缺陷。,.,超声波检测的优点是穿透力强、设备轻便、检测成本低、检测效率高，能即时知道检测结果（实时检测），能实现自动化检测，在缺陷检测中对危害性较大的裂纹类缺陷特别敏感等。超声波检测的缺点是通常需要耦合介质使声能透入被检

3、物，需要有参考评定标准，特别是显示的检测结果不直观，因而对操作人员的技术水平有较高要求等，此外，对于小而薄或者形状较复杂，以及粗晶材料等工件检测还存在一定困难，检测结果无直接见证记录。,.,超声检测中评定中的缺陷当量大小，是指缺陷的回波幅度与一定尺寸的人工反射体的回波幅度相同。但是缺陷的实际尺寸与标准人工反射体的尺寸并不相同，这是因为缺陷的回波幅度大小受被检工件的材料以及缺陷本身的性质、大小、形状、取向、表面状态等多种因素的影响，同时还与超声波的自身特性有关，因此引入了“当量”-相当的量这个概念作为定量衡量缺陷大小的标准。,.,此外，根据超声检测的结果判断缺陷的性质（定性）问题尚未很好解决，目

4、前还主要是依靠检测人员的实践经验、技术水平以及对被检工件的材料特性、加工工艺特点、使用状况等的了解来进行综合的主观判断。,超声脉冲反射法检测的一般步骤,超声检测面的选择-当超声束与工件中缺陷延伸方向垂直，或者说与缺陷面垂直时，能获得最佳反射，此时缺陷检出率最高。因此，在被检工件上应选择能使超声束尽量与可能存在的缺陷其延伸方向垂直的工件表面作为检测面.,.,.,检测面的制备-超声波是通过被检工件表面进入工件内部的，检测面光洁度的优劣影响声能的透射效果并可能产生干扰，因而对超声检测结果的准确性与可靠性有很大影响。不同超声检测方法对检测面光洁度的一般要求：接触法纵波检测 3.2m 水浸法纵波检测 6

5、.3m 接触法横波检测 3.2m,.,耦合方法的确定 接触法-超声探头与工件检测面直接接触，其间以机油、变压器油、润滑脂、甘油、水玻璃（硅酸钠Na2SiO3）或者工业胶水、化学浆糊等作为耦合剂，或者是商品化的超声检测专用耦合剂。水浸法-超声探头与工件检测面之间有一定厚度的水层,常用物质20时的声速和声阻抗,.,检测条件的准备-选择适当的超声探伤仪、超声探头、参考标准试块、采用计算法时的计算程序、距离-波幅曲线或AVG曲线制作、灵敏度补偿等，以及在检测前对仪器的校准（时基线校正、起始灵敏度设定等）。,对探伤仪性能要求：频率：0.510MHz。垂直线性：在荧光屏满刻度的80范围内呈线性，误差5。水

6、平线性：误差1。衰减器：80dB以上连续可调，步进级每档2dB，精度为任意相邻12dB误差在1dB以内，最大累计误差1dB。,对探头的要求有：晶片面积一般500mm2，且任一边长原则上25mm。单斜探头声束轴线水平偏离角2，主声束垂直方向不应有明显的双峰。,对超声探伤仪和探头的系统性能要求有：在达到所探工件的最大检测声程时，其有效灵敏度余量应10dB。仪器和探头的组合频率与公称频率误差10。仪器和直探头组合的始脉冲宽度(在基准灵敏度下)的要求有，对于频率为5MHz的探头，宽度10mm；对于频率为2.5MHz的探头，宽度15mm。(4)直探头的远场分辨力应30dB，斜探头的远场分辨力应6dB。,

7、标准试块,钢板用标准试块有CBI和CB。锻件用标准试块有CSI，CS和CS。焊接接头用标准试块有CSK-A，CSK-A，CSK-A，CSK-A，GS1GS4和T形等。管件用标准试块有：管纵向人工缺陷试块和管横向人工缺陷试块。,对比试块,对比试块的外形尺寸和表面粗糙度应能代表被检工件的特征，试块厚度应与被检工件的厚度相对应。如果涉及到检测两种或两种以上不同厚度部件焊接接头时，试块厚度应由其最大厚度来确定,超声检测灵敏度补偿,耦合补偿：在检测和缺陷定量时，对表面粗糙度引起的耦合损失进行补偿。衰减补偿：检测和缺陷定量时，对材质衰减引起的检测灵敏度下降和缺陷定量误差进行补偿。曲面补偿：对检测面是曲面的

8、工件，采用曲率半径与工件相同或相近的对比试块，通过对比试验进行曲面补偿。,.,检测扫查-在被检工件的检测面上使用超声探头进行扫查，应确保超声束能覆盖所有被检查的区域。,.,缺陷评定-对发现的缺陷进行定位（缺陷在工件中的埋藏深度与水平位置）、定量（缺陷大小、面积、长度）的评定并作出标记，必要时还需要判定缺陷的性质或种类，亦即定性评定。,缺陷类型 缺陷类型主要分为点状、线状、体积状、平面状和多重性五种缺陷缺陷类型识别：一般是通过探头从两个方向扫查(即前后和左右扫查)，观察其回波动态波形来进行的。必要时，宜采用两种以上声束方向作多种扫查，包括前后、左右、转动和环绕扫查，以此对各种超声信息进行综合评定

9、来识别缺陷。,缺陷性质的估判程序,无价信号：凡反射波幅低于评定线或按本部分判断为合格的缺陷信号原则上不予定性。波幅超标信号1 凡可判断为点状的缺陷一般不予定性。波幅超标信号2 凡判定为线状、体积状、平面状或多重性的缺陷，应进一步测定和参考缺陷平面、深度位置、缺陷高度、缺陷各向反射特性、缺陷取向、缺陷波形、动态波形、回波包络线和扫查方法等参数，同时结合工件结构、坡口形式、材料特性、焊接工艺和焊接方法进行综合判断，尽可能定出缺陷的实际性质。,缺陷性质估判的依据,工件结构与坡口形式。母材与焊材种类。焊接方法和焊接工艺。缺陷几何位置。缺陷最大反射回波高度。缺陷定向反射特性。缺陷回波静态波形。缺陷回波动

10、态波形。,.,记录与判断-记录检测结果，对照技术条件和验收标准作出合格与否的判断，得出检测结论，签发检测报告。,.,处理-将检测发现问题的工件作出标记，隔离待处理，对合格工件给予合格标记转入下道生产工序或周转程序。,.,本探伤工艺部分重点介绍板材、钢管、锻件、铸件、焊缝产生的主要缺陷及主要的检测方法。,第七章、板材与管材超声波 探伤,.,第1节、板材超声波探伤.,一、板材分类 薄板：40mm,.,二、钢板中常见内部缺陷 钢板是由板坯轧制而成的，而板坯又是由钢锭轧制或连续浇铸而成的，钢板中常见缺陷有分层、折迭、白点等。,（1）、分层板坯中缩孔、夹渣等在轧制过程中未密合而形成的分离层。分层是钢锭中

11、缩孔、非金属夹杂物、金属氧化物、硫化物以及夹渣在轧制过程中被轧扁而形成.这些缺陷有的是钢水本身产生，如脱氧时加脱氧剂造成，或炼钢炉混入钢水中的耐火材料等，这些缺陷在钢锭中位置没有一定规律，故出现在钢板中位置也无序.分层是以上缺陷轧制而成，大多与钢平行，且具有固定走向。为平面状缺陷，严重时形成完全剥离的层状裂纹，对小的点状夹杂物则形成小的局部分层。,.,（2）、折叠-折迭是钢板表面局部形成互相折合的双层金属。轧制过程中钢板形成的局部凸起被压平。（3）、白点存在于内部，白点是钢板在轧制后冷却过程中氢原子来不及扩散，而形成的白点断裂。钢中氢在加工过程来不及向外扩散，在钢板成型后，氢原子逐渐在钢板中的

12、微缺陷（如非金属夹杂物）旁缓慢地以氢气形式析出，造成氢裂纹（微裂纹群）。其断面呈白色故称白点。常见于锻钢和厚钢板（厚度大于40mm）中。,.,三、探伤方法 接触法、水浸法 钢板制造厂多采用超声局部水浸法检测,压力容器制造厂多采用接触法复验。1.接触法 探头与工件直接接触，探头与工件之间需施加耦合剂（机油、甘油）。,.,（1）多次底波反射法 钢板探伤时采用多次底波反射法是依据底面回波次数，判断钢板有无缺陷和缺陷严重程度的探伤方法。探头通过耦合层直接与钢板接触，当探头位于完好区时，仪器上出现底波多次反射。,多次底波法的优点：多次底波法不仅可以根据缺陷波来判定缺陷情况，而且可以根据底波衰减状况来判定

13、缺陷情况。以接触法为例：当探头位于完好区域时，示波屏上显示多次等距离的底波，无缺陷波；当探头位于缺陷较小的区域时，示波屏上显示缺陷波与底波共存，底波有所下降；当探头位于缺陷较大的区域时，示波屏上出现缺陷的多次反射波，底波明显下降或消失。,.,采用底波多次反射法探伤应满足的条件：工件的探伤面与底面互相平行，确保产生多次反射。（如工件加工倾斜就不合适）。钢板材质晶粒度必须均匀，保证无缺陷处底面多次反射波次数的稳定。（各次相同）。材质对超声波的衰减要小。保证反射底波有足够数量。一般碳钢、不锈钢均能满足这些条件,.,（2）一次底波法（或二次底波法）适用于板厚：80mm,.,2.水浸法 探头晶片离开钢板

14、一段距离，通过水耦合。在探伤仪荧光屏上将同时出现水层多次反射和钢板底面多次反射波，探伤时通过调节水层厚度，使水层波（水钢界面）与某次底波重合。,.,.,水层厚度H和钢板厚度关系为：H=，n为重合次数。CL钢=5900m/s CL水=1480m/s CL水/CL钢=1480/59001/4,常用方法：,一次重合法：界面各次回波分别与钢板底波一一重合；二次重合法：界面回波S2与二次底波B2重合；三次重合法：界面回波S2与三次底波B3重合；四次重合法：界面回波S2与四次底波B4重合。,钢板水浸(或局部水浸)探伤时，为避免水/钢界面多次回波与钢板多次底波相互干扰，调整水层厚度时，使水/钢界面回波与某次

15、钢板底波重合，这种方法就称为多次重合法。当界面回波与钢板第二或三、四次底波重合时，则分别称为二次或三、四次重合法。H=n一次重合法时，界面各次回波分别与钢板底波一一重合。此时，由于钢板底波的位置经常有水层界面波存在，探伤过程中，难以观察到钢板底波的衰减或消失情况，因而无法根据底波衰减或消失情况来判定缺陷情况，所以一般不采用一次重合法探伤。常采用四次重合法（计算水层厚度方便）。,.,对充水直探头的要求：为满足多次重合法要求，水层厚度要连续可调。调至不同厚度时，必须保证发射的声束与钢板表面垂直。充水探头内水套管内径必须大于最大水层厚度时声束直径。进出水口位置应大于最大水层可调厚度，且出水口应小于进

16、水口，保证水套充满水。探伤时应及时注意排除水中气泡。或采用消泡剂去除气泡。,3.探伤图形分析：,.(7)大而倾斜缺陷波形,钢板探伤中，引起底波消失的几种情况：（1）表面氧化皮与钢板结合不好（2）近表面有大面积的缺陷（3）钢板中有吸收性缺陷(疏松)（4）钢板中有倾斜的大缺陷。,.,叠加效应：当缺陷比较小时，缺陷回波从第一次开始会随着出现的二次、三次波高逐渐增高，几次以后又逐渐降低，这是由于对同一个小缺陷会产生不同反射路径且互相叠加后造成的一种波形动态现象，随探头移动有所变化。,叠加效应形成的原因及回波变化特征,叠加效应多出现在板厚较薄，缺陷较小且位于板中心附近时。缺陷回波变化特征是：钢板各次底波

17、前的缺陷多次回波F1，F2，F3，F4，F5，到某次回波后，波高又逐渐降低。这种效应的出现是由于不同反射路径的声波互相叠加的结果，随着缺陷回波次数的增加，回波路径逐渐增多，如F2比F1多3条路径，F3比F1多5条路径路径多，叠加能量多，故缺陷回波逐渐升高。但路径进一步增加时，反射损失及衰减也增加，增加到一定程度后，损失和衰减的声能将超过叠加效应。因此缺陷波高到一定程度后又逐渐降低 叠加效应是钢板底波多次反射时可看到的现象,产生叠加效应的条件：（1）板厚:较薄；（2）方法：底波多次反射法；（3）材质衰减小；（4）缺陷位于钢板中部；（5）缺陷小（缺陷小于声束截面）。,.,若出现如下图所示这种现象，

18、当20mm时 利用F1评价缺陷。当20mm时用F2评价缺陷，减少近场区影响。,.,四、探头与扫查方式 1.探头 频率：2.55MHZ 晶片直径：1425mm 探头形式：单晶直探头 用于20mm以上钢板检测 联合双晶直探头 用于=6-20mm钢板。钢板中的分层、折迭等缺陷是在轧制过程中形成的，因此它们基本平行于板面，故一般采用直探头探伤,.,2.扫查方式（1）全面扫查：100%扫查，且10%重叠，移动方向垂直于钢板压延方向。（2）列线扫查：100mm等距离的平行线，探头沿线扫查，移动方向垂直于钢板压延向。（3）边缘扫查：钢板边缘四周50mm范围内，全面扫查。（4）格子扫查：钢板边缘四周50mm范

19、围内，全面扫查，其余按200*200mm的格子线扫查3.扫查速度：手工：0.15m/s,.,五、探测范围和灵敏度调整 1.探测范围调整 80mm B5 80mm时 B2B5 2.灵敏度调整 阶梯试块法：20mm：探伤灵敏度：B150%-10dB-表面补偿,.,平底孔试块：探伤灵敏度：F150%-表面补偿 20mm，试块上5平底孔第一次底波高50%。,底波法：(钢板无缺陷处)3N，可用B1达50%探伤灵敏度：B150%-同距离处B分贝差：=202X/2,.,对试块的基本要求：a.试块钢板与被探钢材材质相近。b.试块钢板不得有2当量以上缺陷。c.试块上5平底孔垂直于表面，平底孔底面与表面平行，光滑

20、。d.平底孔距离应符合JB/T4730-2005标准4.1.3.2表2 要求。,.,六、缺陷判别与测定 1、缺陷的判别 以下三种情况之一即为缺陷：(1)F150%缺陷第一次反射波高大于等于50%；,（2）B1100%而F1/B150%第一次底波小于100%，而第一次缺陷波与第一次底波之比大于等于50%；,（3）B150%第一次底波小于50%。底波下降严重，为倾斜、吸收性缺陷。,.,2、缺陷的测定 A、定位；位置的确定。B、定量；大小的确定。C、定性；估判性质。（1）位置的测定A、深度依据示波屏缺陷波所对的刻度及扫描比例来确定。B、平面位置可根据直探头在钢板上的位置画出在板材表面的位置。最后记录

21、在报告上。,（2）缺陷定量：指示长度；缺陷面积。A、F150%F1=25%B、B1100%，F1/B150%F1/B1=50%C、B150%B1=50%,F150%F1=25%,B1100%，F1/B150%F1/B1=50%,B150%B1=50%,.,(3)缺陷性质估判：结合波型特点和钢板制造工艺综合判断，波型特点大致为：分层 缺陷波形整齐均匀、波峰陡直，大面积分层只有缺陷回波，无底波，指示长度长；小面积分层有缺陷波，底波降低或消失，有一定长度。分层大多在钢板中部，平行于钢板表面.测定方向性很强，垂直检测时（从钢板侧面）不易探到。,白点 小裂纹（白点）反射波密集、波峰强烈尖锐、移动探头时波

22、峰此起彼伏，十分活跃，有底波，但明显降低；大裂纹时缺陷反射波强烈，无底波。裂纹是沿钢板金属组织的晶界延伸扩展，对探伤方向性要求不强，从钢板四面都能探测到缺陷，且在板厚方向对称。,.,折迭 存在于钢板表面或近表面.在探测面附近时不一定直接产生缺陷波，对底波多次反射波减少次数，并使多次反射波位置改变，始波加宽，有时使底波消失。在底面附近时反射条件变差，使底波位置前移。（缩短声波路程）.,.分散夹杂物：缺陷位置无规律性。缺陷分布有一定范围，呈分散性。缺陷特点：位置不一定，一片片出现，无序变化，不一定影响底波多次反射次数,.,七、质量等级判定：非危险缺陷评定按JB/T4730-2005标准4.1.7

23、条规定评定，白点、裂纹等危险缺陷评级。1.缺陷的评定方法 缺陷指示长度、单个缺陷指示面积、缺陷面积占有率 1）.缺陷指示长度的评定规则 单个缺陷按其指示的最大长度为该缺陷 的指示长度，指示长度小于40毫米不计。,.,2）.单个缺陷指示面积的评定规则 A、一个缺陷指示的面积作为缺陷的单个指示面积；B、多个缺陷，相邻间距100mm或间距小于相邻较小缺陷的指示长度，以各块面积之和作为单个缺陷指示面积。3）.缺陷面积占有率的评定规则 在1m2检测面积内，缺陷面积所占百分比来确定。,.,2.质量分级（1）非危险缺陷按JB/T4730-2005标准4.1.8规定评级（2）白点、裂纹等危险缺陷评级,.,例1

24、：某一钢板，经超声波检测，在1m2内存在402的非危险缺陷2个，间距为80mm；302，8个，间距为100mm；按JB4730-2005评定级别?解:(1)单个缺陷评级 402、2个，间距80mm100mm 单个缺陷最大面积：F=40*2=802 8021002 评为级（2）缺陷面积占有率评级 缺陷总面积：F总=40*2+30*8=3202 百分比：320/10000*100%=3.2%3.2%5%评为级 答:该钢板按JB4730-2005评为级。,钢板超声波探伤小结,例：T=24mm,直接接触法，单晶片直探头，2.5P20Z.(特殊要求：100%扫查）1.检测面准备 清除钢板表面锈蚀、氧化皮

25、，油污等。2.调节扫描速度 一般要求3-5次底波，探头放在T=24mm 的钢板上，调节旋钮（水平），使B1、B2、B3、B4、分别对准仪器荧光屏面板水平刻度24、48、72、96，这时扫描速度为1：1.数字机根据钢板厚度标度声程，分别显示B1、B2、B3、B4、B5,3.灵敏度调整(1)CB试块，B1 50%-10dB;(2)CBS试块，550%F1 模拟机型用衰减器调整，数字机用增益调整。4.探测扫查 100%全面扫查，出现以下三种情况之一者，即判定为缺陷。(1)F150%；(2)B1100%，F1/B150%；(3)B150%,5.缺陷的测定(1)缺陷埋藏深度由缺陷波所对应的仪器荧光屏面板

26、水平刻度读出。缺陷的平面位置，由探头在钢板的平面位置确定。（2）缺陷边界测定方法a.双晶直探头：F1=25%或 B1/F1=50%B.单晶直探头：F1=25%或 B1/F1=50%B1=50%,6.缺陷记录,L1-缺陷左端至试件左边线距离；L2-缺陷下端至试件下边线距离；L3-缺陷的指示长度S-单个缺陷的指示面积（cm2)H-缺陷埋藏深度7.根据JB4730-2005标准4.1.8条款评定等级。,双晶直探头仪器调试(视频）,.,双晶直探头钢板探伤（视频）,.,单直探头钢板探伤仪器调试（视频）,.,单直探头钢板探伤（视频）,.,第二节 复合材料超声波探伤,一、复合板材常见缺陷复合板材是由母材与复

27、合层粘合而成。常见的复合板材是在碳钢或低合金母材上粘接不锈钢、钛、铝、铜合金等复合层，以提高钢板的耐腐蚀性。1.制造方法：轧制、爆炸、堆焊等。基材炭钢或低合金钢或不锈钢板复合层不锈钢、钛及钛合金、铜及铜合金，铝及铝合金，镍及镍合金等2.常见缺陷：复合板材中常见的缺陷是脱层(脱接)，即复合层与母材在界面处复合不良。,二、探伤原理,超声波从金属入射到空气界面，入射波介质声阻抗远大于透射波介质声阻抗，声压反射率趋于-1，透射率趋于0，即声压几乎趋于全反射无透射。,.,三、探伤方法：探头：14mm25mm直探头或联合双直探头，纵波检测频率：2.5-5MHZ，一般采用5MHZ较好。探伤灵敏度：复合板完好

28、区第一次底波B1达80%满幅高。探测面：母材一侧，也可以从复合层一侧。扫查方式：a)100%扫查或沿钢板宽度方向（垂直于钢板压延方向），间隔为50mm的平行线扫查。b)坡口预定线两侧各50mm内100%扫查。,.,四、缺陷判别 1、两种材料声阻抗相近（1）基材（母材）侧探测：无缺陷波，只有底波B1，复合完好；B1，底波降低，在底波前出现缺陷波，不完全未接合；底波消失，只有缺陷波，完全脱接区，未接合。,（2）复合层侧探测,无缺陷波，只有底波B1，复合良好；底波B1下降，始波、底波之后有缺陷波，不完全脱接；底波消失，在始波之后缺陷波宽度增大，完全脱接。,2、两种材料声阻抗相差较大,若Z2-Z1，声

29、压反射率高，r，复合良好，也会出现界面回波 S 两介质声阻抗差别大，界面回波大，底波降低，不易检查。方法：用试块来比较复合界面反射波宽度、高度与工件复合界面反射波宽度、高度的变化来判断。,（1）复合层侧探测,在复合良好部位，取复合板制作试块，在母材上开一个槽，槽宽与探头直径的关系：,复合层侧探测试块,复合层侧探测图形,.,应记录试块界面波S的宽度L和试块底波B1高度。方法：依据试块、工件界面反射波S宽度L 和底波B1高度H来判别。若：L工件L试块，B1工件B1试块，复合 良好。若：L工件L试块，B1工件B1试块脱接、未复合好。,（2）母材侧探测,在复合良好部位，取复合板制作试块，在复合层上开槽

30、，槽宽与探头直径的关系：,母材侧探测试块,母材侧探测图形,.,示波屏上同时存在两个波，一个界面波S，一个底波B1，应记录好试块上的两个波高，才能比较判断。方法：依据试块、工件界面反射波S高度，和底波B1高度，来判断。若：S工件S试块，B1工件B1试块则 复合良好 若：S工件S试块，B1工件B1试块，则 复合不良或脱接。,碳钢和几种常用复合材料的界面回波dB值,复合材料 界面波/底波（比例）界面波/底波（分贝）188不锈钢 0.0035-49.1 镍 0.0755-22.5 铜 0.155-16.2 钛 0.270-11.4 铝 0.570-4.9,JB/T4730-2005标准未结合区定义：,

31、当第一次底波高度低于荧光屏满刻度的5%，且明显有未结合缺陷反射波存在，且波高5%，则该部位称为未结合区。JB/T4730-2005标准未结合区尺寸大小测定方法：移动探头，使第一次底波升高到荧光屏满刻度的40，以此时探头中心作为未结合区边界点。,五、缺陷的评定规则,按JB/T4730-2005标准4.4.6条规定评定。1.缺陷指示长度：按该缺陷最大长度作为其指示长度。单个缺陷指示长度小于25mm时不作记录。(L25mm)2.缺陷面积评定 多个相邻的未结区，当其最小间距20mm时，应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.未结合率的评定 未结合区总面积占复合板总面积的百分比为未结合

32、率,六、缺陷的评级,按JB/T4730-2005标准4.4.7表10规定。,第三节、管材超声波探伤,一、管材制造工艺及常见缺陷 无缝钢管用穿孔法和高速挤压法制成。管材中的缺陷：无缝钢管中：有裂纹、折迭、夹层、夹杂等，大多与管轴方向平行，也有重皮缺陷，但形状不定，对它检验也较困难。大口径管管材中及直接由锻压方式制成的大口径管中缺陷与锻件类似。有裂纹、白点、砂眼、非金属夹杂等。,钢管中缺陷产生的原因:,纵裂纹是由加热不良、热处理加工不当引起。横向裂纹是由轧制过于剧烈，加热过度或者冷态加工过多而引起。夹杂和分层是由圆钢内部非金属夹杂物和片状缺陷在穿孔轧制时产生。焊接管的焊缝中缺陷与焊缝类似，有裂纹、

33、未焊透、气孔、夹渣等。,无缝钢管缺陷分布的方向,A.平行于钢管轴线的径向分布B.垂直于钢管轴线的径向分布C.平行于钢管表面的层状分布,二、小口径管探伤,外径小于100mm的管材，大多为无缝钢管，对平行于管轴的径向缺陷，即管内纵缺陷：可用横波进行周向扫查检测。对垂直于管轴的径向缺陷，即管内横向缺陷。用横波进行轴向扫查检测。,一、探伤前准备：,清理被探管材表面的氧化皮，锈蚀、油污。考虑管材与探头相对运动的轨迹，相邻探头轨迹间距离考虑声束复盖范围。为避免由于缺陷取向等原因产生声波反射呈现定向性而发生漏检，应从两个相反方向各探一次。,二、探伤方法,接触法探伤适用于手工探伤，特点：管径小，波束扩散，耦合

34、不好。要采取措施：有机玻璃斜楔磨成与管子外径曲率相近。采用接触式聚焦探头。常用聚焦探头克服表面曲率引起超声散焦,1.纵向缺陷探测,斜探头晶片一般用810，1012，1214，最长不大于25mm。频率：2.55MHZ。试块：检测管子纵向缺陷的对比试块应选取与被检钢管的规格相同，材质、热处理工艺和表面状况相同或相似的钢管制备，对比试块上不得有影响人工缺陷正常指示的自然缺陷。,.,对比试块上人工缺陷为尖角槽，角度为60，槽深度t分别为管壁厚度的（I级，0.2mmt1mm 5%t）;（II级，0.2mmt2mm 8%t）;（III级，0.2mmt3mm 10%t）;槽长均为40mm，尖角槽可加工在管内

35、壁与外壁，且平行于管轴。试块尺寸见JB4730-2005标准4.5.2.2图8及表11,灵敏度：,可直接在对比试样上将内壁人工尖角槽的回波高度调到荧光屏满刻度的80%，再移动探头，找出外壁人工尖角槽的最大回波，在荧光屏上标出，连接两点即为该探头的距离-波幅曲线，作为检测的基准灵敏度，在此基准灵敏度基础上一般提高6dB，作为扫查灵敏度。,探头扫查：,探头扫查：保证管材100%扫查到。探头不动，管旋转同时作轴向前进。探头轴向前进，管转动。管不动，探头作螺旋运动。记录：缺陷回波幅基准波高灵敏度的缺陷，不合格。注：钢管作手工接触法周向探伤时，应从顺、逆时针两个方向各探伤一次。,钢管横波周向探测，最大壁

36、厚的确定：,当声束轴线与管内壁相切时，对应的壁厚为最大探测厚度当管壁厚度大于Tm时，声束扫查不到管内壁，产生漏检。Tm TM(1-Sin）D/2 式中：Tm可探测的最大壁厚 D-钢管的外径,.,例：用K1.0斜探头探测外径D=600mm的钢 管，其最大探测壁厚为多少？解：Tm 87.8 mm答：最大探测壁厚为87.8 mm。,.,例:用K3.0斜探头探测外径D=300mm的钢管,壁厚T=15mm，问能否探测到钢管的内壁？解：Tm 7.68 mm 答：实际壁厚T=15mm大于Tm 所以不能探测到管内壁。,2.横向缺陷检测,斜探头晶片1012、1214最大不超过25mm。频率2.55MHZ试块：对

37、比试块上人工缺陷为尖角槽，角度为60，槽深度t分别为管壁厚度的（I级，0.2mmt1mm 5%t）;（II级，0.2mmt2mm 8%t）;（III级，0.2mmt3mm 10%t）;槽长均为40mm，尖角槽可加工在管内壁与外壁，且垂直于管轴。V形槽一般加工在管子外表面，当外径80mm，且壁厚10mm时，应同时在内、外表面加工V形槽。同一块试块内，外表面人工缺陷沿钢管轴向应有足够的间距，以使调节时内、外人工缺陷回波容易分辨。,灵敏度：,只有外表面尖角槽。试块上人工尖角槽回波50%高以此作为基准灵敏度。内外均有尖角槽，将内表面槽波高调至荧光屏80%，然后再将外表面槽的反射回波幅度点标在荧光屏上作

38、距离-波幅曲线。检测灵敏度一般比上述基准灵敏度高6dB。,.,扫查探测：探头沿管轴线按螺旋线前进扫查。缺陷波高基准灵敏度波高的缺陷不合格。,（二）水浸探伤,利用纵波水浸探头，管内折射横波进行检测。采用水浸纵波聚焦探头，超声纵波在与管轴线垂直的平面内斜入射到管子的管壁中，当入射角=III范围内时在管壁中产生纯横波。,.,探测参数选择：小管水浸法探伤应确定的三个参数：X偏心距；H水层厚度；F焦距。,偏心距X,入射角随偏心距X增大而增大，通过调整偏心距X达到调整入射角，达到钢管内纯横波探伤，声束又能探测到内壁的目的。,实现横波探伤的条件：,（L=90O、S=90O）偏心距的范围，由下面两个条件决定：

39、（1）纯横波探测折射定律：Sin/CL1=SinL/CL2当L=90OSin-1,（2）横波探测内壁条件,与内壁相切的条件，不是第二临界角。限制角的目的是使折射横波与管内壁相切，防止漏检。折射定律：Sin/CL1=SinS/CS2 Sin=r/R Sin-1*,同时满足以上二个条件：,Sin-1 Sin-1*=Sin-1Sin-1 Sin-1 Sin-1*整理：*RX*r,.,CL1=1480m/sCL2=5900m/sCS2=3230m/s代入得：0.251*RX0.458*r平均值:=(0.251*R+0.458*r)/2R外半径r内半径,水层厚度的选择：,水层厚度H即为探头晶片离开管壁的

40、距离。H大于钢管中横波全程1/2。可使水层波的第二次反射波位于钢管内外壁反射波后。,设横波全声程为S。,H=F-F=2.2r r为透镜曲半径 见图7-33,焦距选择:,焦点落在与声束轴线垂直的管子中心线上。此时进入管壁中的横波声束基本成平行声束。使声束边缘与声束中心入射到管壁的入射角基本相等，减少声束发散。F=H+,例、水浸聚焦探测60*8钢管，声透镜曲率半径r为36mm，求偏心距（平均）和水层厚度？,解：（1）平均偏心距 R=30mmr=30-8=22mm=(0.251*R+0.458*r)/2=(0.251*30+0.458*22)/2=8.8mm,.,（2）求焦距声透镜半径与焦距的关系：

41、F=2.2*r=2.2*36=79.2mm（3）求水层厚度 H=F-=79.2-=50.5mm答：平均偏心距8.8mm,水层厚度50.5mm。,探测条件:,探头：线聚焦或点聚焦探头，2.55MHZ。聚焦探头的声透镜曲率半径r与焦距F的关系为：F=2.2*r声耦合：水中加活性剂和防锈剂。扫查方式：声束沿管壁作螺旋线扫查。可使探头不动，钢管作螺旋运动，或探头沿管子转动，或探头沿管轴转动，管子作直线前进等方式达到扫查目的。,灵敏度调整:,灵敏度调整时，一面用适当速度转动管子，一面将探头慢慢偏心，使对比试样管内、外表面人工缺陷所产生的回波幅度均达到荧光屏满刻度的50%，以此作为基准灵敏度如不能达到此要

42、求，也可在内、外槽设立不同波高的控制基准，作为报警电平。扫查灵敏度比基准灵敏度高6db.,.,缺陷评定：当缺陷回波基准灵敏度波高时的缺陷，就判为不合格。注：钢管水浸探伤时，如钢管中无缺陷，荧光屏上只有始波和界面波。,小口径管子水浸探伤步骤：,1.选合适聚集探头固定在调整架上2.按 调整水层距离（X偏心距）3聚集探头对准管轴。4放入有内、外壁标准人工槽试块，使内壁槽第一 次反射波调在34格间，第二次反射波调在68格间。5.旋转人工试样，缓慢调节聚焦探头偏心距X，使第一次和第二次水层波出现，并使第二次水层波调在外壁槽反射波后，即第二次反射波调在89格间。6.按JB/T4730-2005要求调节灵敏

43、度探测比基准灵敏度高6dB。评定按基准灵敏度，发现缺陷波高基准灵敏度波高时不合格。,小径管探伤特点：1、横波探伤2.、不适用于分层缺陷的检测 3、采用尖角槽作对比试块的人工缺陷,若缺陷回波比尖角槽回波高时,则判为不合格。,三、大口径管探伤(D100mm),1.探测方式（1）纵波直探头法；（2）横波周向探测；（3）横波轴向探测；（4）水浸聚焦法。,.,纵波垂直探伤 直探头 双晶直探头检测缺陷：与管轴平行缺陷（周向，即平行外表面）。当缺陷F较小时，F波与底波B同时存在，当缺陷F较大时，B可能消失。,.,横波周向探伤单、双斜探头探测探测缺陷：与管轴平行的径向缺陷。探测时应从正反两个方向检测。用双斜探

44、头探测时，可能出现同一缺陷有二个回波，要注意区分。,.,横波轴向探伤：单斜或双晶斜探头用双晶在声束交区复盖管子内外壁时，内、外壁缺陷灵敏度基本一致。检测缺陷：与轴线垂直的周向缺陷。,水浸聚焦探伤一般用线聚焦探头，焦点落在管子中心线上，使声束在管壁内多次反射声束宽基本一致，内外壁检测缺陷基本相同。大口径管探伤灵敏度调整、缺陷评定同上述小径管。,第八章 锻件与铸件超声波探伤,.,锻件的锻造过程：加热、形变、成型和冷却 一、锻件中常见的主要缺陷有：（1）铸造（原材料）缺陷：缩孔、疏松、夹杂、裂纹；（2）锻造缺陷：折叠、白点、裂纹；（3）热处理缺陷：裂纹。,.,缩孔-钢锭中的缩孔未切除干净带入锻坯中成

45、为残余缩孔（也称缩孔残余、缩管残余）,.,疏松-金属液体在锭模中冷却凝固的过程中，由许多杂质和气体聚集形成的显微孔隙，这是金属组织不致密的表现，多出现在锭体的中心或中、上部（最后凝固的部位）。,.,非金属夹杂物-这主要是指冶炼时氧化与脱氧过程中化学反应的产物，例如氧化物、硫化物、磷化物、氮化物以及硅酸盐等，它们未随熔渣排掉而残留在钢锭内。,.,异金属夹杂-冶炼炉料中混入了非该冶炼金属成分的金属元素材料，或者虽然是该金属成分元素但未能完全熔化而单独残留下来，或者冶炼时的脱氧剂（例如锰铁、硅铁、铝块等）未完全熔化而残留下来等等，它们在钢锭就称为异金属夹杂。,.,裂纹-金属在压力加工过程中产生的裂纹

46、是多种多样且产生原因也是多方面的，主要有：a.因为加热速度太快，使金属坯料的内外温差太大，产生了巨大的热应力而造成开裂，称为热应力裂纹，俗称烧裂。,.,b.金属加热不均匀（俗称未烧透或未热透），变形应力过大，或者变形速度过快、变形不均匀等，以及金属坯料温度不够，将使金属的塑性性能承受不了变形力的作用而导致脆性开裂，称为锻裂。,.,c.金属材料经过热压力加工后冷却速度过快，或者各部分冷却速度不同，产生冷收缩应力过大或不均匀而引起的开裂。称为冷裂,.,d.原材料缺陷引起的开裂-铸锭或金属坯料锻制前原有的冶金缺陷在后继的压力加工过程中因变形力作用导致扩展而开裂。,.,折叠-在锻造过程中，坯料上的一部

47、分表面金属被迫卷入、压入或折入锻件本体内，形成重叠层状的缺陷，在外观上多为带有弧形的细线，与裂纹相似，但从纵剖面来看，则是呈直线（见图下左）或弧线状斜向（见图下右）深入锻件内部。,.,白点（又称发裂）-钢锭中未逸出的氢原子聚集在显微空隙中并转成分子状态时，由于体积膨胀而对钢产生较大的内应力，在热压力加工过程中经受变形力以及随后的冷却过程中显微组织转变时产生的组织应力共同作用下导致内部的局部开裂。,.,白点的纵向端口特征及白点的定义：白点的纵向端口特征是呈圆形或椭圆形的银白色斑点，因此取名“白点”，他实际上是存在于钢中的片状裂纹群。白点的纵向端口有以下四个特征:a)形状为斑点状、圆形、椭圆形伸长

48、的雪片状及其它形状。b)颜色一般是银白色的，随化学成分及加工条件不同也可能是灰色的。c)白点的大小由于钢种及形成条件不同而差别很大,从零点几毫米到几十毫米，白点面积大小与白点裂纹长短相对应，白点裂纹的宽度极小。d)白点在锻件中的分布特征,饼型和厚壁管（筒形）锻件白点分布,轴类锻件白点分布,方形锻件白点分布,二、探伤方法概述,锻件一般分为轴类、饼、碗类、筒类 轴类锻件的锻造工艺主要以拔长为主，因此大部分缺陷的取向与轴类平行。饼、碗类锻件的锻造工艺主要以镦粗为主，缺陷的分布主要平行于端面。筒类锻件的锻造工艺是先镦粗，后冲孔，再滚压，其缺陷的主要取向与筒体的外圆表面平行。,1、轴类锻件 A、直探头径

49、向探测为主；B、直探头轴向；C、斜探头周向；D、斜探头轴向。C B A D周向检测应顺、逆时针二个方向探。轴向检测应正、反二个方向检测可探测锻件全体。,2、饼类、碗类锻件,A、直探头端面为主；B、直探头侧面；C、厚度T400mm，直探头两端面。具有平行平面锻件和饼型锻件采用纵波在两个平行面探测，当厚度较大时也可在锻件厚度方向侧面探测碗型锻件探头可置于碗形锻件内部或外部探测。,3、筒类锻件和环形锻件,A、直探头筒体外圆为主；B、直探头端面；C、双晶直探头；D、斜探头轴向探测；E、斜探头周向探测。D A,三、探测条件选择,1.探头选择：频率：双晶直探头为5MHZ，单晶直探头为2MHZ5MHZ，对晶

50、粒粗大锻件可适当降低频率，可用12.5MHZ。晶片尺寸：1425mm，常用20mm。双晶直探头检测近表面缺陷。探头晶片面积不小于150mm2。斜探头晶片面积为140mm2400mm2，频率为2.5MHZ。,.,2.表面要求与耦合剂：表面要求：检测面表面要求平整，最好经机加工，表面粗糙度Ra应小于6.3m。耦合剂：机油、浆糊、甘油等。,.,扫查方式：直探头、双晶直探头：互相垂直两个方向，100%扫查。斜探头：周向、轴向各正、反二个方向。扫查复盖面积探头直径尺寸15%。扫查速度150mm/s。,.,4.材质衰减测定锻件中的粗大晶粒可能引起：噪声或杂波增大、超声严重衰减、底波降低或消失。在锻件上选定