钢板、管材超声检测课件.ppt
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1、第七章第七章 板材、管材板材、管材超超 声声 检检 测测主要内容主要内容u7.1钢板超声检测u7.2复合板超声检测u7.3管材超声检测钢板的生产7.1钢板的超声检测转炉炼钢二次精炼 Secondary Refining RH真空设备LF炉设备7.1钢板的超声检测钢板的生产7.1钢板的超声检测钢板的生产连铸 Continuous casting 7.1钢板的超声检测钢板的生产冷连轧设备热连轧设备轧机 rolling 7.1钢板的超声检测钢板的生产轧机 rolling 7.1钢板的超声检测钢板的生产7.1钢板超声检测钢板超声检测 薄板常用板波检测法(5.3.4); 中厚板垂直入射法(垂直板面入射的
2、纵波-直探头检测法)板材分类(从超声检测的角度) :薄板40mmu常见缺陷:分层、折叠和重皮、白点、裂纹常见缺陷:分层、折叠和重皮、白点、裂纹7.1.1钢板中常见缺陷钢板中常见缺陷u常见缺陷:分层、折叠和重皮、白点、裂纹常见缺陷:分层、折叠和重皮、白点、裂纹u分层分层是板坯中缩孔、夹渣等在轧制过程中未融合而形成的分离层。存在于内部u危害:分层破坏破坏了钢板的整体连续性整体连续性,影响钢板承受垂直板面的拉应力作用的强度强度。u原因: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。 u方向:分层是以上缺陷
3、轧制而成,大多与钢平行,沿压延方向。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。7.1.1钢板中常见缺陷钢板中常见缺陷u折叠和重皮折叠和重皮钢板表面局部形成互相折合的双层金 属。p原因:在轧制中前段凸起而后碾压产生p分布:存在于表面u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,白点的断裂面呈白色p分布 多出现在厚度大于40mm的钢板中。存在于内部u裂纹轧制工艺和温度不合适时造成。p分布存在于钢板表面,偶尔在内部。裂纹较少见,如轧制工艺稳定,这类缺陷不常见。7.1.1钢板中常见缺陷钢板中常见缺陷纵向表面裂纹纵向表面裂纹板坯中心裂纹:板坯中心裂纹:横向
4、表面裂纹横向表面裂纹7.1.2 钢板常用检测方法钢板常用检测方法 钢板中的主要缺陷平行于钢板表面,为检测钢板钢板中的主要缺陷平行于钢板表面,为检测钢板中的主要缺陷一般使用垂直于板面入射的纵波检测,中的主要缺陷一般使用垂直于板面入射的纵波检测,如有特殊要求,可辅以其他波型的检测方式,其耦合如有特殊要求,可辅以其他波型的检测方式,其耦合方式有直接接触法和液浸法。方式有直接接触法和液浸法。钢板常用超声检测方法纵波检测横波检测接触法水浸法双晶探头双晶探头单晶探头单晶探头 中厚板一般采用脉冲反射式垂直入射法检测,耦合方式有直接接触法和水浸法。采用的探头有聚焦或非聚焦的单晶直探头、双晶直探头。 采用单晶直
5、探头检测,在调节检测仪扫描线时,一般采用多次底波反射法多次底波反射法,即在示波屏上显示多次反射底波。这样不仅可以根据缺陷波来判定缺陷情况,而且可根据底波衰减情况来判定缺陷情况。只有当板厚很大时才采用一次底波或二次底波法。一次底波法示波屏上只出现钢板界面回波与一次底波,只考虑界面回波与底波B1之间的缺陷波。7.1.2钢板常用检测方法钢板常用检测方法采用底波多次反射法探伤应满足下面三条件:1.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);2.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);3.材质对超声波的衰减要小。保证反射底波有足够数量,以
6、利探伤观察。一般碳钢、不锈钢均能满足这些条件。 探头通过薄层耦合剂与工件接触进探头通过薄层耦合剂与工件接触进行检测。行检测。当探头位于被检对象完好区(无缺陷)时,显示屏上显示多次等距离的底波,无缺陷波。7.1.2.1直接接触法直接接触法小缺陷 当探头位于缺陷较小的区域(缺陷截面小于声束截面积)时,显示屏上缺陷回波与底波共存,底波有所下降。7.1.2.1直接接触法直接接触法大缺陷 当探头位于缺陷较大区域(缺陷截面大于等于声束截面积)时,显示屏上只有缺陷的多次反射波,底波消失。7.1.2.1直接接触法直接接触法钢板检测波形 无缺陷 缺陷尺寸较大且接近探测面 缺陷尺寸较大且距探测面有一定深度 缺陷较
7、小,缺陷回波和底面回波同时存在 叠加效应叠加效应在钢板检测中值得注在钢板检测中值得注意的是:当板厚较薄意的是:当板厚较薄且板中缺陷较小时,且板中缺陷较小时,各次底波之前的缺陷各次底波之前的缺陷波开始几次逐渐升高,波开始几次逐渐升高,然后在逐渐降低。这然后在逐渐降低。这种现象是由于不同反种现象是由于不同反射路径声波互相叠加射路径声波互相叠加造成的,因此称为叠造成的,因此称为叠加效应,如图所示。加效应,如图所示。7.1.2.1直接接触法直接接触法 图中图中F1只有只有1条路径,条路径,F2比比F1多三条路径,多三条路径,F3比比F1多五条路径。路径多五条路径。路径多,叠加能量多,缺陷回波高。但当路
8、径进一步增加时,衰减也迅速增加,多,叠加能量多,缺陷回波高。但当路径进一步增加时,衰减也迅速增加,这时衰减的影响比叠加效应更大,因此缺陷回波高。但当路径进一步增加这时衰减的影响比叠加效应更大,因此缺陷回波高。但当路径进一步增加时,衰减也迅速增加,这时衰减的影响比叠加效应更大,因此缺陷波升高时,衰减也迅速增加,这时衰减的影响比叠加效应更大,因此缺陷波升高到一定程度后又逐渐降低。到一定程度后又逐渐降低。 在钢板检测中,若出现叠加效应,一般应根据在钢板检测中,若出现叠加效应,一般应根据F1来评价缺陷。只有当来评价缺陷。只有当板厚板厚20mm时,才以时,才以F2来评价缺陷,这主要是为了减小近场区的影响
9、。来评价缺陷,这主要是为了减小近场区的影响。 叠加效应条件叠加效应条件:a 小缺陷 b 中心部位 c 一般25mm以下(10-25)mm。7.1.2.1直接接触法直接接触法7.1.2.2液浸法(充液耦合法)液浸法(充液耦合法)为使钢板上(耦合液体/钢)下(钢板底面)表面的多次反射波不互相干扰,常调整液体层厚度使耦合液体/钢界面的反射波和钢板底面多次反射波重合,这种方法称为多次重合法,如图所示。液浸法是探头与钢板通过一层耦合液体(常用水)来耦合如图所示。 当耦合液体当耦合液体/钢界面的界面波钢界面的界面波S第第2、3、4次反射波分别与钢板的第次反射波分别与钢板的第1、2、3次底波一一重合时,称为
10、一次重合法;当耦合液体次底波一一重合时,称为一次重合法;当耦合液体/钢界面的第钢界面的第2、3、4次反射波分别与钢板的第次反射波分别与钢板的第2、4、6次底波重合时,称为二次底波重合时,称为二次重合法。依此类推次重合法。依此类推7.1.2.2液浸法(充液耦合法)液浸法(充液耦合法)7.1.2.2液浸法(充液耦合法)液浸法(充液耦合法)7.1.2.2液浸法(充液耦合法)液浸法(充液耦合法)1、界面波与钢板底波的重合钢液ccnh一般较为常用的是四次重合法。液浸法超声波检测中,耦合液体层厚度的确定可由(7.1)式通过计算求得:h耦合液体层厚度 n重合次数(即一次重合法n=1、二次重合法n=2) c液
11、耦合液体中的声速 c钢钢中的声速 T钢板厚度例例1:用超声波水浸法检测厚度为:用超声波水浸法检测厚度为32mm的钢板,若采用四次重合法的钢板,若采用四次重合法检测,求水层厚度?检测,求水层厚度? 应用水浸多次重合法检测不仅可以减小近场区减小近场区的影响,而且可以根据多次底波衰减情况来判断缺陷严重程度判断缺陷严重程度,一般常用四次重合法。7.1.2.2液浸法(充液耦合法)液浸法(充液耦合法)n对充水直探头的要求:对充水直探头的要求:n 为满足多次重合法要求,水层厚度要连续可调。为满足多次重合法要求,水层厚度要连续可调。n 调至不同厚度时,必须保证发射的声束与钢板表面垂直调至不同厚度时,必须保证发
12、射的声束与钢板表面垂直n 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n 进出水口位置应大于最大水层可调厚度,且出水口应小于进出水口位置应大于最大水层可调厚度,且出水口应小于进水口,保证水套充满水。进水口,保证水套充满水。n 探伤时应及时注意排除水中气泡。或采用消泡剂去除气泡探伤时应及时注意排除水中气泡。或采用消泡剂去除气泡7.1.2.2液浸法(充液耦合法)液浸法(充液耦合法)7.1.3板材超声波检测过程板材超声波检测过程 7.1.3.1表面要求表面要求 钢板检测时表面为轧制面,当表面比较粗糙或氧化皮较为严重时,应做适当的处理,如用钢丝刷
13、及打磨等。一般选取钢板的任意一个轧制面进行检测,如有需要也可选上下两个轧制面进行检测。 7.1.3.2探头选用探头选用 探头的频率一般为2.5MHz5MHz,这是因为钢板的晶粒比较细,较高的频率可以获得较高的分辨力较高的频率可以获得较高的分辨力。一般探头的直径为10mm30mm,对于较大面积的钢板为提高工作效率可采用较大直径的探头,对于较薄的钢板为减小近场区影响应使用双晶直探头或采用小直径的探头, 探头选用应符合表的要求。 探头的结构形式主要根据板厚来确定。板厚较大时板厚较大时,常选用单晶直探头。板厚较薄时板厚较薄时可选用双晶直探头,因为双晶直探头主要用于检测厚度620mm的钢板。 1、板材检
14、测使用的标准试块CB阶梯试块,适用于板厚小于等于20mm钢板检测;7.1.3.3试块选用原则试块选用原则 图图 1 阶梯平底试块阶梯平底试块五、双晶直探头检测五、双晶直探头检测 2、板材检测使用的标准试块CB平底孔试块,适用于板厚大于20mm的钢板检测。7.1.3.3试块选用原则试块选用原则试块试块编号编号板材厚度板材厚度 t检测面到平底孔的距离检测面到平底孔的距离 S试块厚度试块厚度 T试块宽度试块宽度 b1204010、20、3040302406015、30、45604036010015、30、45、60、8010040410015015、30、45、60、80、110、140150605
15、15020015、30、45、60、80、110、140、18020060620025015、30、45、60、80、110、140、180、23025060注注 1:板材厚度大于:板材厚度大于 40mm 时,试块也可用厚代薄。时,试块也可用厚代薄。注注 2:为减轻单个试块尺寸和重量,声学性能相同或相似的试块上的平底孔可加工在不同厚:为减轻单个试块尺寸和重量,声学性能相同或相似的试块上的平底孔可加工在不同厚度试块上。度试块上。7.1.3.3试块选用原则试块选用原则 3、当板厚不小于三倍近场区时,且板材上下两个表面平行也可取钢板无缺陷完好部位的第一次底波来校准灵敏度,其结果应与平底孔试块校准灵敏
16、度的要求相一致。 7.1.3.3试块选用原则试块选用原则7.1.3.4仪器系统的校准仪器系统的校准n1、检测范围的调整n一般根据板厚来确定检测范围n接触法检测30mm以下的钢板时,应能看到B10,检测范围调到300mm左右n板厚在3080mm时,应能看到B5,检测范围为40mm左右n板厚大于80mm时,可适当减少底波的次数,但检测范围仍要保证在400mm左右n2、灵敏度的调节、灵敏度的调节 在钢板检测中一般用阶梯试块、平底孔试块、钢板底在钢板检测中一般用阶梯试块、平底孔试块、钢板底波法来进行灵敏度的调节。波法来进行灵敏度的调节。na、 CB标准试块法标准试块法 板厚板厚20mm时,利用时,利用
17、CB阶梯试块调节检测灵敏度时,探头对准试块与工件阶梯试块调节检测灵敏度时,探头对准试块与工件等厚(或不小于钢板板厚的近似厚度)处将第一次等厚(或不小于钢板板厚的近似厚度)处将第一次底波高度调整到满刻度的底波高度调整到满刻度的50%,再提高,再提高10dB作为作为基准灵敏度。基准灵敏度。7.1.3.4仪器系统的校准仪器系统的校准灵敏度调节B14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 15nb、板厚大于、板厚大于20mm时,利用时,利用5平底孔试块绘制距离波幅曲线,按此平底孔试块绘制距离波幅曲线,按此曲线作为基准灵敏度。曲线作为基准灵敏度。扫查时扫查灵敏度一般在基准灵敏度的基础上提高扫查时扫查灵
18、敏度一般在基准灵敏度的基础上提高6dB,在测定缺陷,在测定缺陷当量时应将灵敏度调回基准灵敏度。当量时应将灵敏度调回基准灵敏度。7.1.3.4仪器系统的校准仪器系统的校准 c、底波法底波法 还可利用多次底波来调节灵敏度,例如要求示波屏上出现五次底波,那么B5达到50%即可。板厚不小于探头的3倍近场区时,也可取钢板无缺陷完好区域的第一次底波达基准波高(一般为显示屏满刻度的50%),但底波法调节的灵底波法调节的灵敏度应与表敏度应与表7.2要求的灵敏度相一致要求的灵敏度相一致。7.1.3.4仪器系统的校准仪器系统的校准扫查灵敏度扫查灵敏度扫查时扫查灵敏度一般在基准灵敏度的基础上提高6dB,在测定缺陷当
19、量时应将灵敏度调回基准灵敏度。 扫查方式:常用的扫查方式有全面扫查、列线扫查、边缘扫查、格子扫查。 1、全面扫查、全面扫查探头移动方向沿垂直于钢板压延方向对钢板做100%的全面积扫查,相邻两次扫查的覆盖面积一般不小于探头直径的15%,见图a)。对于要求较高的钢板常采用这种扫查方式。 7.1.3.5扫查扫查压延方向2、列线扫查、列线扫查在钢板上划出垂直于钢板压延方向的等间距的平行线(在钢板上划出垂直于钢板压延方向的等间距的平行线(如有需要也可沿平行于钢板的压延方向进行),一般列线间如有需要也可沿平行于钢板的压延方向进行),一般列线间距不大于距不大于50mm,见图,见图b)。探头沿这些平行线进行扫
20、查,)。探头沿这些平行线进行扫查,在发现缺陷时再在缺陷周围扩大扫查范围在发现缺陷时再在缺陷周围扩大扫查范围。7.1.3.5扫查扫查3、边缘扫查、边缘扫查在钢板边缘的一定范围内做全面积扫查,见图c)。这个范围一般由相关的标准、规范给出。 7.1.3.5扫查扫查NB/T47013.3规定规定4、格子划线扫查、格子划线扫查在钢板周边内做全面积扫查,其余部分画成方格子线,一般取100mm100mm,探头沿格子线扫查,在发现缺陷时再在缺陷周围扩大扫查范围。见图 7.1.3.5扫查扫查n1.缺陷判别缺陷判别 在钢板检测中一般根据缺陷波和底波来判别钢板中的缺陷情况,满足下列条件之一的均作为缺陷予以标识和记录
21、:na) 缺陷第一次反射波F150%;nb)第一次底波B1100%,第一次缺陷反射波F1与第一 次底波B1之比F1/ B150%;nc)第一次底波B150%。7.1.3.6缺陷的判别与测定缺陷的判别与测定 0 5 0 5 10100 5 100 5 100 5 0 5 1010(1) (F150%)(2) (B1100%时时 F1/B150%)(3) ( B150%) B 1 B 1 F 1 F2 F1 F1 B 2 B 2 F2 F2 B 1 7.1.3.6缺陷的判别与测定缺陷的判别与测定 缺陷的判定缺陷的判定1、缺陷的第一次反射波(、缺陷的第一次反射波(F1)波幅高于距离)波幅高于距离-波
22、幅曲线,波幅曲线,或用双晶探头检测板厚小于等于或用双晶探头检测板厚小于等于20mm板材时,缺陷第板材时,缺陷第一次反射波(一次反射波(F1)大于或等于显示屏满刻度的)大于或等于显示屏满刻度的50%2、底面第一次反射波(、底面第一次反射波(B1)波幅低于显示屏满刻度的)波幅低于显示屏满刻度的50%NB/T47013.3规定规定n2.缺陷的测定缺陷的测定 检测中达到要求记录水平的缺陷应测定其位置、大小、并估判缺陷的性质。 n1)缺陷位置测定:n包括缺陷深度和平面位置n深度可据示波屏上缺陷波所对的刻度来确认n平面位置根据发现缺陷的探头位置来确定,并在工件或记录纸上标出缺陷至工件相邻边界的距离 7.1
23、.3.6缺陷的判别与测定缺陷的判别与测定 n2)缺陷的定量)缺陷的定量n( 1)、双晶直探头检测)、双晶直探头检测na)板材厚度小于等于)板材厚度小于等于20时,移动探头使缺陷波(时,移动探头使缺陷波(F1)下)下降到基准灵敏度条件下显不屏满刻度的降到基准灵敏度条件下显不屏满刻度的50%,探头中心,探头中心为缺陷的边界点。为缺陷的边界点。nb)板材厚度为)板材厚度为20-60mm时,移动探头使缺陷波(时,移动探头使缺陷波(F1)下降到距离波幅曲线,此时探头中心为缺陷的边界点。下降到距离波幅曲线,此时探头中心为缺陷的边界点。nc)底面第一次反射波()底面第一次反射波(B1)波幅低于显示屏满刻度)
24、波幅低于显示屏满刻度的的50%时,移动探头使缺底波(时,移动探头使缺底波(B1)上升到基准灵敏度)上升到基准灵敏度条件下显不屏满刻度的条件下显不屏满刻度的50%,或上升到距离波幅曲线,或上升到距离波幅曲线,探头中心为缺陷的边界点。探头中心为缺陷的边界点。7.1.3.6缺陷的判别与测定缺陷的判别与测定 50%50%n2)缺陷的定量)缺陷的定量n( 1)、双晶直探头检测)、双晶直探头检测nd)缺陷边界确定后,用一边平行于板材压延方向矩形框)缺陷边界确定后,用一边平行于板材压延方向矩形框包围缺陷,其长边作为缺陷的长度,矩形面积为缺陷的指包围缺陷,其长边作为缺陷的长度,矩形面积为缺陷的指示面积示面积7
25、.1.3.6缺陷的判别与测定缺陷的判别与测定 n2)缺陷的定量)缺陷的定量n(2)单晶直探头检测)单晶直探头检测na)移动探头使缺陷波()移动探头使缺陷波(F1)下降到距离波幅曲线,此时)下降到距离波幅曲线,此时探头中心为缺陷的边界点。探头中心为缺陷的边界点。nb)底面第一次反射波()底面第一次反射波(B1)波幅低于距离波幅曲线)波幅低于距离波幅曲线时,移动探头使缺底波(时,移动探头使缺底波(B1)上升到到距离波幅曲线,)上升到到距离波幅曲线,探头中心为缺陷的边界点。探头中心为缺陷的边界点。n在记录边界的同时记录缺陷的波幅在记录边界的同时记录缺陷的波幅7.1.3.6缺陷的判别与测定缺陷的判别与
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