鋼板超聲波探傷缺陷成因及控制分析

【摘要】本文首先介紹了在鋼板中應(yīng)用超聲波探傷檢測的工作原理，然后又對常見的一些探傷缺陷以及其成因進(jìn)行了簡要探討，并就鋼板超聲波探傷的主要控制因素進(jìn)行了相應(yīng)闡述。

【關(guān)鍵詞】超聲波探傷；控制分析；缺陷成因

引言

在我國的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中，明確地規(guī)定了壓力容器板、建筑結(jié)構(gòu)、鍋爐板、船板等特殊用途的鋼板，必須進(jìn)行有關(guān)的超聲波探傷實(shí)驗(yàn)。超聲波探傷技術(shù)，可分為手動探傷和自動探傷這兩種方式。手動的探傷，具有靈活性強(qiáng)、投資低等優(yōu)點(diǎn)，因此，在我國的大多數(shù)中厚型鋼板中，多采用這種探傷方法。但是，在手動探傷中，仍然存在著生產(chǎn)效率低、探傷速度慢、探傷時間長、勞動強(qiáng)度大、易造成漏探和誤探、占用生產(chǎn)場地多等缺點(diǎn)。而自動探傷技術(shù)則包含了占用生產(chǎn)場地少、效率高、速度快等優(yōu)點(diǎn)；而且自動探傷技術(shù)還采用了在線的方式進(jìn)行探傷，基本上不會存在鋼板的重復(fù)搬運(yùn)以及占用生產(chǎn)場地的問題。

1、超聲波探傷的原理

超聲波探傷技術(shù)，主要是通過其探頭發(fā)射一定的超聲波信號，這些信號進(jìn)入到鋼板的內(nèi)部之后，鋼板如果存在某些的缺陷，那么其聲阻抗就會發(fā)生相應(yīng)的變化，反射率、透射率進(jìn)而也會產(chǎn)生一些相應(yīng)的變化，在這種情況下，探傷儀上的波形也會發(fā)生變化。所以，只要通過反射波的形狀、強(qiáng)弱、多少、冶煉軋制工藝、分布范圍以及底波狀況等因素，就可以判斷分析出鋼板發(fā)生缺陷的大小、性質(zhì)和位置等。

在超聲波探傷中，采用不同波形和頻率的超聲波，會在測試材料上返回不同的波形，因此，一般采用的都是頻率高于20kHz的超聲波。當(dāng)超聲波進(jìn)入待測材料后，會產(chǎn)生一些機(jī)械振動。由于超聲波會在不同的材料中，呈現(xiàn)出不同的特性，因此，可以利用超聲波探傷，檢測出不同特性的測試材料。

在一般鋼板的超聲波探傷中，是通過橫波和縱波這兩種形式的波形來完成測試過程的；橫波是用來檢測鋼板內(nèi)部以及其表面的縱向線狀缺陷的；而縱波則是更適合于檢測鋼板內(nèi)部的球狀裂紋、夾渣、分層等內(nèi)部缺陷。

2、鋼板常見缺陷及其成因

2.1鋼板常見的探傷缺陷

（1）分層。分層主要是由于硫化物、金屬氧化物、非金屬夾雜物以及板坯縮孔殘余等，沒有在軋制工程中，被完全的軋扁焊合而形成的；其缺陷大多與板面基本平行，出現(xiàn)在鋼板偏中部或者是正中部。

（2）裂紋。裂紋主要是指熱處理或者是白點(diǎn)產(chǎn)生的裂紋，其中，熱處理裂紋是由于切割時熱影響區(qū)的熱應(yīng)力或者是熱處理的不規(guī)范而造成的垂直于鋼板軋制面的裂紋，只是偶爾的在其內(nèi)部發(fā)生，大多數(shù)情況下發(fā)生正在其鋼板的表面。而白點(diǎn)是由于在軋制冷卻的過程中，氫氣還沒有來得及擴(kuò)散，而形成的小裂紋，其危害比較小。

（3）夾雜。夾雜的缺陷部位往往分布是沒有規(guī)律的，其是由于在軋制時因?yàn)閴嚎s比過小，而沒能進(jìn)行焊合形成的，可分為外在夾雜和內(nèi)在夾雜兩大類。其中，外來非金屬夾雜，多數(shù)情況是由于爐壁上的耐火材料脫落而形成的；內(nèi)在夾雜則是由于低熔點(diǎn)的夾雜物混在了鋼水中，產(chǎn)生了較多的中心碳錳偏析形成的。

由于缺陷的不同性質(zhì)會產(chǎn)生不同的危害程度，因此，在進(jìn)行探傷前，必須掌握整個鋼板的生產(chǎn)過程，正確地去判別缺陷的性質(zhì)、大小以及位置等信息。

2.2分析超聲波探傷缺陷的成因

（1）點(diǎn)狀密集型的缺陷

通過對鋼板進(jìn)行多次的超聲波探傷發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)狀密集型的缺陷多與中心裂紋、中心偏析、夾雜物以及貝氏體組織的存在有關(guān)。

在鋼板中產(chǎn)生中心裂紋主要有以下兩個原因。一是，成分偏析存在于連鑄坯的1/2厚度處，在軋后和軋制的過程中而形成的一些微裂紋；二是，一些中心微裂紋原本就存在于連鑄坯的本身，只是在軋制的過程中被擴(kuò)大了。連鑄坯的中心裂紋是由于凝固末期連鑄坯的凝固收縮引起的。

中心偏析是在連鑄工藝中，無法避免的一類缺陷，其分布不均勻的元素會導(dǎo)致出現(xiàn)機(jī)械能不穩(wěn)定的鋼板，無法被使用。中心偏析主要是在鋼坯凝固的末期，由于柱狀晶比較發(fā)達(dá)，導(dǎo)致了磷、硫、錳、碳等容易發(fā)生偏析的元素在鑄坯厚度的中心位置進(jìn)行富集的現(xiàn)象。

（2）側(cè)邊條型缺陷

在對鋼板進(jìn)行超聲波探傷時，發(fā)現(xiàn)在鋼板的側(cè)邊存在著條型的缺陷，然后再經(jīng)過了仔細(xì)地檢驗(yàn)后，還發(fā)現(xiàn)在鋼板的1/2厚度處，還有裂紋的存在。結(jié)合軋制過程中的寬展系數(shù)，再根據(jù)缺陷的形態(tài)以及出現(xiàn)的位置，可以推斷出距離側(cè)邊比較遠(yuǎn)的條型缺陷是由靠近連鑄坯三角區(qū)的中心裂紋引起的；而距側(cè)邊比較近的條型缺陷則是由連鑄坯的三角區(qū)裂紋引起的。

3、分析其探傷缺陷的控制因素

3.1夾雜物的影響

在鋼板厚度的中心，聚集氮化物以及硫化物的夾雜，將會給鋼板的探傷性能，帶來較多的不利影響。

在中厚板的中心，若出現(xiàn)了氮化物的夾雜，則很有可能會形成裂紋源，使鋼板中心的裂紋不斷地被加大；而一些大型的氮化物夾雜，其本身也比較容易出現(xiàn)破碎，在界面處形成空洞；在應(yīng)力的作用下，空洞之間相互貫通，進(jìn)而形成微裂紋。

在鋼板軋制的過程中，在硫化物的夾雜與基體之間的變形存在著不協(xié)調(diào)性，在極點(diǎn)處，夾雜所受到的應(yīng)力，并不是一直不變的，其是隨著壓力下量的增加，而不斷地增大的。那些夾雜在軋制力的作用下，不斷地沿著軋制方向進(jìn)行流動，在鋼板上的分布情況是一些帶狀或者是鏈狀，而許多的位錯環(huán)則出現(xiàn)在了夾雜物的周圍。在外力的作用下，當(dāng)位錯環(huán)移動到了基體與夾雜物的界面時，就會導(dǎo)致界面的分離，進(jìn)而形成一系列的微孔；剛形成的微孔又會減小后面位錯環(huán)所受到的排斥力。緊接著新形成的位錯環(huán)，又將會不斷地推向微孔，導(dǎo)致微孔朝著側(cè)向進(jìn)行不穩(wěn)定地聚合與擴(kuò)展，進(jìn)而形成了較大的微裂紋。所以，沿著軋制的方向，廣泛分布的硫化物夾雜也會引起鋼板的分層，并且還是其主要的控制因素。

3.2異常組織的影響

實(shí)際上，鋼板的基體組織是由鐵素體和珠光體組織形成的，而馬氏體、貝氏體組織的存在，使其硬度略微的高于周圍的基體組織。而在鋼板受力變形的過程中，塑性較差的馬氏體、貝氏體組織則更容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。所以，馬氏體、貝氏體組織不僅會使鋼板材料變得更加的脆性，而且在其與氮化物或者是硫化錳夾雜的共同作用下，還會導(dǎo)致眾多裂紋的產(chǎn)生。

結(jié)語

通過本文的分析，我們可以清楚的看出，引起鋼板超聲波探傷存在缺陷的原因，就是在其鋼板厚度的中心位置出現(xiàn)的微裂紋；而大多數(shù)微裂紋的出現(xiàn)，都與夾雜物以及異常組織有關(guān)。因此，在今后的生產(chǎn)工藝中，應(yīng)該盡量的減少鋼板中的夾雜物與異常組織，以確保鋼板的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]司春杰.鋼板超聲波探傷認(rèn)識誤區(qū)解析[J].無損檢測，2012，34（9）：71-73

[2]孫渝蘭.鋼板超聲波自動探傷在重鋼中板廠的應(yīng)用[J].自動化與儀器儀表，2009（3）：56-57

[3]孫偉.中厚鋼板超聲波探傷不合格原因分析[J].理化試驗(yàn)：物理分冊，2011，47（2）：123-125