连铸坯表面缺陷的垂直探伤法检测

连铸坯表面缺陷的垂直探伤法检测

yb-t153-1999年，东钢集团生产的优质碳结构钢和连铸件的截面尺寸为180.220mm2。yb和t153-1999是“优质碳结构钢和合金结构钢的低倍组织和缺陷”。以下简称yb和t159评级图，用于酸蚀评估。由于试样机械加工工作繁重,材耗大,周期长,难于做到逐炉取样检验,而抽样检验又不能进行全过程的质量控制,特别是在连铸投产的开始阶段更是如此,所以超声波预检成为现实可行的方法。但目前尚无连铸坯超声检验的相关标准,研究连铸坯超声检验是生产的需要。由于连铸坯的冶金特性,其超声探伤不能像成品锻轧材那样,一发现裂纹就判超标,而是应该根据裂纹出现的位置、大小及其危害性进行分析,然后对连铸坯的质量进行分级,给上道炼钢工序以质量信息反馈,作为调整改进工艺的依据,也为下道轧钢工序,合理安排生产计划作准备。1缺陷尺寸设计低倍缺陷的评级量化原则是缺陷所占面积与试样断面积之比的大小为依据。对于裂纹则是他的总长度与试样断面积之比值。近表面缺陷,如果距表面≤2mm,则裂纹长度加倍,这是因为表面破裂后扎制难于焊合,《评级图》尺寸为84×84mm2,主要缺陷有9种,中心疏松、中心偏折、缩孔、角部裂纹、中间裂纹、中心裂纹、皮下裂纹、皮下气泡、非金属夹杂。每种缺陷分4级,行业内控标准是:中心疏松,缩孔1、2、3级合格,4级超标,其余七项缺陷,1、2级合格,3、4级超标。2h面的探测和缺陷定量入射如图1,L=180mm,H=220mm,铸坯组织分三区,激冷层,厚约2mm,中间柱状晶区,中心等轴晶区,中心等轴晶区较为疏松,杂质较多。图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是探头在各区域中的中心位置:Ⅰ位置为(1/16)L,探测范围±(1/16)L,Ⅱ位置为(1/4)L,探测范围是±(1/8)L,Ⅲ位置为(1/2)L,探测范围是±(1/4)L,Ⅰ位置探测角部裂纹和皮下裂纹,Ⅱ位置探测中间裂纹,Ⅲ位置探测中心裂纹、缩孔、中心疏松、中心偏折。用双晶斜探头探测皮下气泡和皮下夹渣。在H面的探测与L面完全相同。直探伤用Ф20mm2.5MHZ的直探头,皮下气泡和皮下夹渣用20*15*2,F=10mm,2MHZ双晶斜探头。由第一辐射角sinθ=λ2Rssinθ=λ2Rs可知,为消除侧面对缺陷定量的影响,探头中心距侧面的距离是二次底波B2不受影响,即l≥2HCRsf=104mml≥2ΗCRsf=104mm式中C-纵波声速成,Rs-探头半径,f-中心频率。一次底波B1不受影响的条件是:l≥HCRsf=52l≥ΗCRsf=52mm;缺陷定量入射声场全程不受影响的条件是:l≥HC2Rsf=26l≥ΗC2Rsf=26mm,缺陷定量入射声场近程不受影响的条件是:l≥HC4Rsf=13l≥ΗC4Rsf=13mm。上、下表面声能损失:经实测上表面声能耦合损失16～18dB,下表面声能反射损失2～3dB,总和平均取20dB,材料衰减,Ⅱ区:10～15dB,平均取12dB,Ⅲ区:16～21dB,平均取18db,Ⅰ区受侧壁的影响,使一次底波B1比Ⅱ区高约4dB,为8dB,这是侧壁影响约+2dB,Ⅰ区材质衰减10dB。侧壁对近程缺陷定量影响不大。可探伤条件:在Ⅱ区,信噪比S/N≥16dB,如果杂波较大,可选1.5MHZ探头探测,为保证探伤仪有足够的灵敏度余量,衰减器应在100dB以上,探伤面的氧化层须经粗沙轮子细打磨。从相邻两侧面探测。3缺陷声程所压缺陷根据缺陷出现的位置,连铸坯缺陷定性不困难。探头在Ⅰ位置,缺陷声程接近上、下表面为角裂,缺陷声程在H8＜h＜7H8Η8＜h＜7Η8,为皮下裂纹,探头在Ⅱ位置,缺陷声程有一定深度为中间裂纹,探头在Ⅲ位置,缺陷声程接近中心,为缩孔或中心裂纹。缩孔和中心裂纹的区别:1、缩孔的-6dB探头移动范围较小,而中心裂纹的-6dB探头移动范围较大。2、缩孔是体积缺陷,从相邻两侧面探测回波幅度差别较小,3、缩孔回波根部较宽伴随有小杂波,单纯中心裂纹回波根部较窄无小杂波。皮下气泡和皮下夹渣用双晶斜探头探测。4脉冲波声压rs缺陷定量是探伤的重要内容。连续波声场声压公式为:P=P0sin(K/2)‚K=ωC(R2s+Z2−−−−−−−√−Z)(1)Ρ=Ρ0sin(Κ/2)‚Κ=ωC(Rs2+Ζ2-Ζ)(1)式中ω为探头中心频率,Rs为晶片半径。连续波声压在近场误差大,不能用,必须采用脉冲波声压公式:P=P01+e−2Kωτ−2e−2Kωτ⋅cosK−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√(2)Ρ=Ρ01+e-2Κωτ-2e-2Κωτ⋅cosΚ(2)式中τ为时间常数,定义为半波宽脉冲下降至1/10幅值所需时间,τ=0.127ΔT。对于发射波宽度,用薄板回波测得ΔT1=12mm(钢中纵波),对于缺陷回波,用Φ2mm平底孔测得ΔT2=8mm,于是:τ1=0.44×10-6s,τ2=0.29×10-6s,(1)式当τ→∞时,过渡到连续波声压公式。在近场,(1)式更接近实际情况。由于缺陷当量半径较小,为简化计算,回波可作连续波远场处理。(1)补偿分红计数设标准试块平底孔半径R1,声程Z1实测分贝数dB1,连铸坯缺陷的当量半径R2,声程Z2,实测分贝数dB2,则有:20lg1+e−2k2ωτ−2e−k2ωτ⋅cosk21+e−2k1ωτ−2e−k1ωτ⋅cosk1−−−−−−−−−−−−−−√⋅πR22/λZ2πR21/λZ1=20lg1+e-2k2ωτ-2e-k2ωτ⋅cosk21+e-2k1ωτ-2e-k1ωτ⋅cosk1⋅πR22/λΖ2πR12/λΖ1=dB2-dB1+ΔB(3)式中k1=ωc(Rs2+Z12−−−−−−−−√−Z1)‚k2=ωc(Rs2+Z22−−−−−−−−√−Z2)‚ΔBk1=ωc(Rs2+Ζ12-Ζ1)‚k2=ωc(Rs2+Ζ22-Ζ2)‚ΔB为补偿分贝数,包括表面耦合损失和材质衰减损失之和。ΔΒ由实测确定。由(2)式可计算出。这种定量方法由于要测定补偿分贝数ΔΒ,操作较繁琐,但在生产实验阶段,为较准确积累实验数据是必要的。(2)go在生产工艺和产品质量稳定后,为了提高探伤速度,用粗探伤法定量。对比试块厚度25mm,用无缺陷的连铸坯加工而成。近似认为对比试块与试样的表面粗糙度及材质衰减系数相同。对比试块上钻有φ3mm横瞳孔,设对比试块上钻有φ3mm横孔声程Z1,实测分贝数dB1,连铸坯缺陷的当量半径R2,声程Z2,实测分贝数dB2,则有:20lg1+e−2k2ωτ−e−k2ωτ⋅cosk21+e−2k1ωτ−2e−k1ωτ⋅cosk1−−−−−−−−−−−−−−√⋅πR22/λZ2πR1√/λZ1√=20lg1+e-2k2ωτ-e-k2ωτ⋅cosk21+e-2k1ωτ-2e-k1ωτ⋅cosk1⋅πR22/λΖ2πR1/λΖ1=dB2-dB1(4)可计算出缺陷当两半径R2。不同声程由(3)式计算的D3和φ3如表1所示:由文献(3)可知,用Ds=20mm,f=2.5MHZ,直探头,测得φ3mm横通孔相当的平底孔直径D随声程Z的变化如表2。此结果与表1基本一致。5孔中心位置误差取与待检连铸坯相同的无缺陷坯样加工成厚度25mm上面钻有5孔φ3的对比试块,尺寸如图2所示。1、2、3孔中心在对角线的1/16、1/2、3/4上,孔4距表面深12mm,孔5距表面深7mm。5孔中心位置误差±0.5mm,孔径误差±0.1mm。底面加工成光洁面,其粗糙度R0=1.8μm,其余三面未加工,保持原来的表面状态。6连铸件的质量分类(1)酸浸复验鉴定在图1的Ⅱ、Ⅲ位置,测得缺陷回波信号,DF≤3mm,属缺陷轻微或无缺陷,评为一级坯。3mm<DF<6mm,且同类缺陷只有一处,评为二级坯。凡有下列情况之一者,须返回酸浸复验:①DF≥6mm,②3mm≤DF≤6mm,且同类缺陷发现二处以上。③-6dB指示长度在40mm以上的单条裂纹。④一次底波B1比正常值下降12dB以上。酸浸复检试样,按YB/T153-99《评级图》评级,符合评级图1-2级评为合格坯(中心疏松和缩孔可为3级);符合评级图3～4级(中心疏松和缩孔可为4级)评为等外坯,可作为改判降级处理。(2)《dfdm”级坯在图一的Ⅰ位置,测得角部裂纹和皮下裂纹,DF≤2mm,评为一级坯,2mm<DF<4mm,且同类缺陷只有一处,评为二级坯。凡有下列情况之一者,返回酸浸复验。①DF≥4mm②2mm<DF<4mm,且同类缺陷发现二处以上。③一次底波B1比正常值下降12dB以上。酸浸复验试样,评级方法同1。(3)皮下气泡，皮下沉积物皮下气泡,皮下夹渣属严控缺陷,DF≤2mm,认为缺陷轻微或无缺陷,评为一级坯,DF>2mm,一律返回酸浸复验,复验试样评级方法同1。(4)回波波形及回波长度中心疏松,中心偏折与缩孔同处中心部分,单凭缺陷所在位置难于区分它们。由于中心疏松,中心偏折属连续性缺陷,回波较低,这类缺陷级别高时,可以从回波波形上分析,其特点是回波根部较宽,且伴有小杂波。评判时,DF≤2mm评为一级坯,3mm<DF<6mm,评为二级坯,DF≥6MM返回酸复验。复验试样评级