板材和管材超声检测

7.1钢板超声检测

7.1.1钢板加工及常见缺陷加工方法：由板坯轧制。常见缺陷：分层、折叠、白点等。分层和折叠缺陷大都平行于板面。7.1.2检测方法检测方法：垂直入射法，中厚板，δ≥6mm。采用一次底波或二次底波法，根据缺陷波和底波衰减情况来判定缺陷情况。耦合方式：直接接触法和水浸法；探头：聚焦和非聚焦的单晶直探头、双晶直探头。1.直接接触法耦合方式：探头通过薄层耦合剂与工件接触进行检测。反射波情况：三种，无缺陷、小缺陷、大缺陷。叠加效应板厚较薄且板中缺陷较小时发生的现象，由于不同反射路径声波互相叠加造成的。出现叠加效应时，一般应根据F1评价缺陷，δ＜20mm时，用F2评价缺陷。2.水浸法（充水耦合法）耦合方式：探头与钢板不直接接触，通过一层水耦合。多次重合法：通过调整水层厚度，使水/钢界面回波分别与钢板的多次底波重合。重合法水层厚度H与钢板δ的关系：7.1.3探头与扫查方式的选择1.探头的选择探头频率：宜选用较高的频率，一般为2.5～5.0MHz；晶片直径：宜选用较大直径探头，一般φ10mm～φ25mm；结构形式：根据板厚确定单晶直探头或双晶直探头。承压设备用板材超声检测探头选用规定，表7-1。2.扫查方式的选择全面扫查

100%扫查，相邻两次扫查应10%重复。扫查面，探头移动方向垂直于钢板压延方向。列线扫查垂直于压延方向划出等距离的平行列线，探头沿列线扫查，一般列线间距不大于100mm。边缘扫查在钢板边缘一定的范围内作全面扫查。格子扫查在钢板边缘50mm范围内作全面扫查，其余按200mm×200mm的格子线扫查。3.扫查速度的选择手工扫查速度应不大于0.2m/s。水浸自动检测最大扫查速度与要求检出的最小缺陷尺寸、板厚、和仪器限定的脉冲重复频率有关。7.1.4检测范围和灵敏度的调整1.检测范围的调整

根据板厚来确定底波的次数。灵敏度的调整CBⅠ标准试块法板厚≤20mm，采用CBⅠ试块，使之与工件等厚的第一次底波达满幅度的50%，再提高10dB作为基准灵敏度。CBⅡ标准试块法：板厚＞20mm，采用CBⅡ试块，使φ5mm平底孔第一次回波达满幅度的50%作为基准灵敏度。底波法利用多次底波调整灵敏度。7.1.5缺陷的判别与测定1.缺陷的判别根据缺陷波和底波来判别缺陷缺陷第一次反射波F1≥50%；第一次底波B1＜100%，第一次反射波F1与第一次底波B1之比F1/B1≥50%；第一次底波B1

＜50%。2.缺陷的测定缺陷位置测定缺陷深度：示波屏上缺陷波位置所对应的刻度。平面位置：发现缺陷的探头位置。缺陷定量（JB/T4730-2005规定方法）：采用测长法测定指示长度和面积。当F1≥50%或F1/B1≥50%（B1＜100%）时，F1达25%或F1/B1达50%时探头中心移动距离为缺陷指示长度，探头中心轨迹为缺陷边界；当B1

＜50%时，使B1达50%时探头中心移动距离为缺陷指示长度，探头中心轨迹为缺陷边界。3.缺陷性质的估计分层、折叠、白点的波形特征。分层缺陷波形陡直，底波明显下降或消失。折叠不一定有缺陷波，但底波明显下降，次数减少或消失，始波加宽。白点波形密集尖锐活跃，底波明显降低，次数减少，重复性差，移动探头，回波此起彼伏。7.1.6钢板质量级别判定（JB/T4730-2005规定）JB/T4730-2005规定：根据缺陷指示长度与缺陷指示面积不同将钢板质量分为五个等级。单个缺陷指示长度：缺陷指示最大长度尺寸。单个缺陷指示长度小于40mm可不作记录。缺陷指示面积缺陷边界范围内的面积。间距小于100mm或小于相邻较小缺陷指示长度（取其最大值）的多个缺陷，以各缺陷面积之和作为单个缺陷指示面积。7.2铝及铝合金、钛及钛合金板材超声检测7.2.1铝及铝合金板加工及常见缺陷由板材轧制而成。常见缺陷：气孔、夹杂、微细裂纹。7.2.2铝及铝合金、钛及钛合金板材检测方法检测方法特点检测方法与钢板检测基本相同。探头与扫查方式的选择探头：可选用较高的频率，2.5～5.0MHz。扫查方式：主要扫查方式为全面扫查、列线扫查、边缘扫查和格子扫查。列线扫查探头沿垂直于板材压延方向、间距不大于40mm的平行线。扫查速度：与钢板基本相同。检测范围和灵敏度的调整检测范围：根据板厚来确定。灵敏度的调整：将探头置于待检板材完好部位，调节第一次底波高度为满刻度80%。7.2.3缺陷的判别与测定1.缺陷的判别

根据缺陷波和底波来判别缺陷：缺陷第一次反射波F1≥40%。第一次反射波F1＜40%，第一次反射波F1与第一次底波B1之比F1/B1≥100%。第一次底波B1

＜5%。2.缺陷边界范围或指示长度的测定方法当F1≥40%或F1

＜40%且F1/B1≥100%时，移动探头（使用双晶直探头，探头移动方向应与探头的隔声层垂直）使F1达20%或F1/B1达100%时，探头中心移动距离为缺陷指示长度，探头中心轨迹为缺陷边界；确定底波降低缺陷的边界或指示长度，使B1达40%时探头中心移动距离为缺陷指示长度，探头中心轨迹为缺陷边界。7.2.4缺陷的评定方法1.缺陷指示长度

按其指示的最大长度作为该缺陷的指示长度，单个缺陷指示长度小于25mm可不作记录。若两个缺陷相邻间距小于25mm，其指示长度为两单个缺陷的指示长度再加间距之和。2.缺陷指示面积

按其指示的最大面积作为该缺陷的单个指示面积。多个缺陷其相邻间距小于相邻较小缺陷的指示长度（取其较大值）时，以各缺陷面积之和作为单个缺陷指示面积。7.2.5质量级别判定

JB/T4730-2005规定：根据缺陷指示长度与缺陷指示面积不同将板材质量分为四个等级。7.3复合板超声检测7.3.1复合材料中常见缺陷复合材料：由母材与复合层粘合。在碳钢或低合金钢母材上，粘接不锈钢、钛、铝、铜合金等复合层。制造方法：轧制、爆炸、堆焊等。常见缺陷：脱层（脱接），即复合层与母材在界面处复合不良。7.3.2检测方法检测方法：纵波检测；探头：单晶直探头或双晶直探头，探头直径不大于Φ25mm；检测频率：2.5～5.0MHz。检测灵敏度：复合板完好区的第一次底波B1调至示波屏满刻度的80%；入射面：母材侧或复合层侧。7.3.3缺陷的判别1.两种复合材料声阻抗相近时（1）母材侧检测：复合良好区：基本无界面回波，只有底波B1；不完全脱接：在B1前不远处F波出现多次彼连，底波B1降低；完全脱接：缺陷回波F较强，底波消失。（2）复合材料侧检测：复合良好区：基本无界面回波，只有底波B1；不完全脱接：底波B1降低，F波多次彼连，并紧随始波T与底波B1之后；完全脱接：F波多次彼连，宽度增加，底波消失。2.两种复合材料声阻抗相差较大时

复合良好区也会出现界面波，缺陷波判别困难，常用试块来比较，根据复合界面反射波S的宽度L、高度和底波B1变化来判别。复合材料侧检测：复合良好：L工件小于L试块，B1工件工件高于B1试块。母材侧检测：复合良好：S工件低于S试块，B1工件高于B1试块。3.未结合区缺陷的测定

JB/T4730-2005规定：未结合区：底波B1高度低于荧光屏满刻度的5%，且有未结合缺陷反射波存在（≥5%）。未结合区边界点：移动探头，使底波B1升高到荧光屏满刻度40%时的探头中心位置。重要的复合材料还可以结合底波与复合界面反射波高度的dB差来判别，将实测值与理论计算值比较，当实测值明显大于理论计算值时，复合材料存在脱接。当二者相差甚小时，复合良好。7.3.4缺陷评定和质量分级（JB/T4730-2005规定）1.缺陷指示长度

按其指示的最大长度作为该缺陷的指示长度，单个缺陷的指示长度小于25mm可不作记录。2.缺陷面积

多个相邻的未结合区，其最小间距小于或等于20mm时，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

未结合区总面积占复合板总面积的百分比。质量分级根据未结合指示长度、未结合区面积与未结合率不同将复合板质量分为四个等级。在坡口的预定线两侧各50mm的范围内，未结合的指示长度大于或等于25mm时，定级为Ⅳ级。7.5管材超声检测7.5.1管材加工及常见缺陷管材种类：无缝钢管和焊接管；金属管和非金属管；小径管和大径管。超声检测角度分类：大直径管：外径大于100mm；小直径管：外径小于100mm薄壁管：壁厚与管外径之比不大于0.2；厚壁管：壁厚与管外径之比大于0.2。管材主要缺陷：无缝钢管：裂纹、折叠、分层、夹杂等；锻轧管：裂纹、白点、重皮等；焊接管：裂纹、气孔、夹渣、未焊透等。周向扫查的斜入射横波检测（主要方式）管材中的缺陷大多数与管材轴线平行检测以沿管材外径作周向扫查沿管材轴线方向的斜入射检测管材中可能产生与管材轴线相垂直的缺陷检测以沿管材轴线方向作纵向扫查垂直入射检测管材中可能产生与管材表面平行的缺陷检测以垂直于管材的圆周面扫查7.5.2管材横波检测技术基础1.实现横波周向检测的条件管材检测的主要方式：沿外圆作周向扫查的横波检测。声束入射角在第一临界角和第二临界角之间，管材中只存在纯横波。在管材中产生纯横波的条件下，使声束能够检测到内壁缺陷的条件。当θ1=90º时，声束轴线与管子内壁相切，声束到达内壁的临界状态。从几何关系上推导得到声束到达内壁的条件：由第一临界角公式可知，纯横波的条件：结合上面两个条件，要在管材中得到纯横波并到达内壁，入射角必须满足以下条件：管材中为纯横波的条件下，声束可到达内壁的前提条件：周向检测缺陷定位与修正声程修正系数μ和跨距修正系数m

一次波检测发现内壁缺陷时，缺陷定位计算公式为：二次波检测发现外壁缺陷时，缺陷定位计算公式为：3.探头入射点与折射角的测定检测管材中，将探头修磨为与管材曲率半径相同的曲面，探头的入射点和折射角的测定要用特殊的方法和试块。入射点的测定：探头楔块的圆弧置于试块的棱角上，前后移动探头，使棱角反射波最高时试块棱角处对应的点为探头的入射点。折射角的测定：在与管材的材质曲率半径相同的实心圆柱体试块上测定实际折射角。实心圆柱体试块上测定：

在管材试块上测定：7.5.3小直径薄壁管检测纵向缺陷：平行于管轴的径向缺陷（主要缺陷），采用横波进行周向扫查检测；横向缺陷：垂直于管轴的径向缺陷，采用横波进行轴向扫查检测。

检测方法：接触法、水浸法。1.接触法检测探头通过薄层耦合介质与钢管直接接触进行检测的方法。探头与管材接触面小、耦合不良，波束严重扩散，灵敏度低。探头斜楔加工成与管材表面相吻合的曲面，改善耦合条件。采用接触聚焦探头检测，提高检测灵敏度。

试块：与被检钢管规格相同，材质、热处理工艺和表面状况相同或相似的钢管制备。人工缺陷为纵向尖角槽。按JB/T4730.3-2005标准规定，试块中槽深分为3个级别尺寸。1)探头：横波斜探头，楔块表面加工与工件表面吻合良好，探头晶片尺寸视管径和壁厚情况选择，其长度或直径不大于25mm，频率2.5～5.0MHz。（1）纵向缺陷检测：3）灵敏度调节：按技术规范规定的验收级别要求选择对比试块。基准灵敏度：探头置于对比试块上作周向扫查，将试块上内壁尖角槽的最高回波调至满幅度的80%，并找到外壁尖角槽的最高回波，二者波峰的连线为距离—波幅曲线。扫查灵敏度：在基准灵敏度基础上再提高6dB。4)扫查:（人工方法检测）探头沿径向进行周向扫查，使声束在管壁内沿周向呈锯齿形传播。探头扫查的间距要保证超声波束对管材进行100%扫查，并有不小于15%的覆盖。5)评定和验收：对扫查中发现的缺陷进行评定，缺陷回波幅度≥基准灵敏度为不合格。不合格品允许在公差范围内采取修磨方法进行处理，然后再复检。（2）横向缺陷检测：1)

探头：横波斜探头，楔块表面加工使之与工件表面吻合良好，探头晶片尺寸视管径和壁厚情况选择，其晶片长度或直径不大于25mm，频率2.5～5.0MHz。

试块：与被检钢管规格相同，材质、热处理工艺和表面状况相同或相似的钢管制备。人工缺陷为周向尖角槽。按JB/T4730.3-2005标准规定，试块中槽深分为3个级别尺寸。

5）评定和验收：对扫查中发现缺陷进行评定，缺陷回波幅度≥基准灵敏度为不合格。不合格品允许在公差范围内采取修磨方法进行处理，然后在复检。4）扫查（人工方法检测）：探头沿轴向进行扫查，使声束在管壁内沿轴向呈锯齿形传播。3）灵敏度调节：按技术规范规定的验收级别要求选择对比试块。基准灵敏度：只有外表面人工缺陷的试块，直接将试块上的人工缺陷最高回波调至50%；内外表面均有人工缺陷的试块，将试块上内表面人工缺陷的最高回波调至满幅度的80%，并找到外表面人工缺陷的最高回波，二者波峰的连线为距离—波幅曲线。扫查灵敏度：在基准灵敏度基础上再提高6dB。2.水浸检测利用纵波倾斜入射到水/钢界面，当入射角αⅠ≤α≤αⅡ时，在钢管内实现纯横波检测。聚焦探头：线聚焦和点聚焦两种。频率一般为2.5～5.0MHz。聚焦探头透镜的曲率半径r：有机玻璃声透镜r=0.46F。（1）探头1)偏心距的选择偏心距：探头声束轴线与管材中心轴线的水平距离。决定偏心距范围的条件：a.纯横波检测条件：b.横波检测内壁条件：综合a、b：（2）检测参数的选择偏心距x的选择条件：0.251R≤x≤0.458r取平均值：2）水层厚度的选择水层H大于钢管中横波全声程的1/2（H＞xS）。水/钢界面的第二次回波S2位于管子的缺陷波F内（一次波）、F外（二次波）之后。3）焦距的选择探头的焦点落在与声束轴线垂直的管心线上。（3）扫查方式四种扫查方式探头不动，管材旋转的同时作轴向移动；探头作轴向移动，管材转动；管材不动，探头沿螺旋线运动探头旋转，管材作轴向移动。螺旋线扫查，螺距应小于或等于探头声束有效宽度且应有15%的覆盖率。（4）检测灵敏度的调整与质量评定基准灵敏度：转动水中试样使内外壁人工槽回波均达50%基准高。扫查灵敏度：比基准灵敏度高6dB。质量评定：缺陷回波≥基准灵敏度时，判为不合格。7.5.4大直径薄壁管检测大口径：外径大于100mm的管材。成型方法：穿孔法、高速挤压法、锻造法和焊接法。缺陷取向：平行于轴向的径向和周向缺陷；垂直于轴线的径向缺陷。检测方法：纵波垂直入射检测法横波周向