鋼板超聲測(cè)厚檢測(cè)異常顯示的分析

侯耀民，侯家永

(1.煙臺(tái)華健檢測(cè)工程有限公司, 煙臺(tái) 265500;2.山東華鼎無(wú)損檢測(cè)有限公司, 聊城 252000)

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鋼板超聲測(cè)厚檢測(cè)異常顯示的分析

侯耀民1，侯家永2

(1.煙臺(tái)華健檢測(cè)工程有限公司, 煙臺(tái) 265500;2.山東華鼎無(wú)損檢測(cè)有限公司, 聊城 252000)

某壓力容器用鋼板測(cè)厚時(shí)出現(xiàn)了厚度顯示異?，F(xiàn)象，鋼板中部厚度均為實(shí)際厚度的一半左右。通過(guò)采用超聲波檢測(cè)、表面檢測(cè)、力學(xué)性能測(cè)試、酸蝕檢驗(yàn)和射線檢測(cè)等方法進(jìn)行試驗(yàn)，分析了導(dǎo)致鋼板厚度顯示異常的原因。分析表明，超聲波測(cè)厚和檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象是由鋼板中低倍組織造成的，是組織反射的結(jié)果，而側(cè)彎不合格是由于鋼板中心偏析所致。結(jié)果可為鋼廠加強(qiáng)冶煉工藝、冶煉技術(shù)的改進(jìn)和控制提供借鑒。

鋼板;測(cè)厚;異常;偏析

1　問(wèn)題的提出

某壓力容器用鋼板,材料為16MnR,尺寸為(長(zhǎng)×寬)7 000 mm×2 000 mm，表面狀態(tài)為鋼刷打磨。使用儀器BMC0超聲波測(cè)厚儀對(duì)該鋼板進(jìn)行,測(cè)厚(名義厚度28 mm)時(shí)，發(fā)現(xiàn)厚度值有異常顯示現(xiàn)象，具體情況如圖1,表1。

從圖1及表1可以看出，除在寬度方向邊沿各200 mm范圍內(nèi)實(shí)際厚度顯示正常外(序號(hào)10～15，厚度正偏差)，鋼板中部的實(shí)際厚度均為名義厚度的一半左右。為了解厚度顯示異常的原因是由儀器還是鋼板缺陷所致，筆者采用超聲波檢測(cè)、表面檢測(cè)、力學(xué)性能測(cè)試、酸蝕檢驗(yàn)和射線檢測(cè)等方法進(jìn)行了試驗(yàn)與分析。

2　超聲波檢測(cè)

超聲檢測(cè)儀器型號(hào)為HS600e;探頭型號(hào)為5P16;試塊型號(hào)為CBII-1;耦合劑為水;檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為JB/T 4730.3-2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》。檢測(cè)方法為直接接觸法;掃查方式為間距50 mm平行線;掃描調(diào)節(jié)深度為1∶1;表面補(bǔ)償為4 dB。

在超聲波掃查中發(fā)現(xiàn)，在鋼板中部均有缺陷波F顯示，其波高大多高于底波B的1/2(見(jiàn)圖2)。依據(jù)JB/T 4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)，該鋼板評(píng)定為V級(jí)，是最低級(jí)別，應(yīng)予判廢。

圖1　鋼板測(cè)厚部位示意

表1　鋼板(對(duì)應(yīng)圖1中部位)的實(shí)測(cè)厚度

圖2　鋼板的超聲波檢測(cè)波形

此鋼板是壓力容器用材料，需要首先分析缺陷的性質(zhì)及其對(duì)壓力容器強(qiáng)度可能產(chǎn)生的影響的程度。由于在簽訂供貨合同時(shí)，沒(méi)有約定必須進(jìn)行超聲波檢測(cè)[1]，而依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，只要不是定性為分層缺陷，就不能判定鋼板為不合格。因此，需要確定該缺陷是否為分層缺陷。

3　表面無(wú)損檢測(cè)和力學(xué)性能試驗(yàn)

首先對(duì)鋼板進(jìn)行了取樣，共取了四類試樣：拉伸、面彎、背彎、側(cè)彎。

為驗(yàn)證其力學(xué)性能，進(jìn)行了拉伸、彎曲和沖擊試驗(yàn)[2]。試驗(yàn)結(jié)果顯示各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，評(píng)定為合格。

對(duì)縱向試樣進(jìn)行了表面無(wú)損檢測(cè)(磁粉檢測(cè)和著色滲透檢測(cè))，未見(jiàn)缺陷顯示。著色滲透檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3　縱向試樣鋼板的著色滲透檢測(cè)結(jié)果顯示

但是，力學(xué)試驗(yàn)報(bào)告中彎曲試樣是采用橫向試樣進(jìn)行面彎或背彎試驗(yàn)的，而超聲波發(fā)現(xiàn)的缺陷是層間缺陷。對(duì)此種缺陷采用橫向樣做面彎或背彎不夠科學(xué)；另外，表面檢測(cè)的局限性(磁粉檢測(cè)需要在不連續(xù)處產(chǎn)生漏磁場(chǎng)、著色滲透檢測(cè)需要表面有開(kāi)口性缺陷)也可能造成缺陷漏檢。

為驗(yàn)證超聲波發(fā)現(xiàn)的缺陷確實(shí)存在，需要利用其他檢測(cè)方法加以證實(shí)。

4　酸蝕檢驗(yàn)和射線檢測(cè)

對(duì)縱向試樣(尺寸長(zhǎng)×寬×厚為28 mm×10 mm×5 mm)進(jìn)行酸蝕檢驗(yàn)和射線檢測(cè)。

采用1∶1(體積比)的工業(yè)鹽酸水溶液,加熱80 ℃，浸蝕20 min進(jìn)行酸蝕試驗(yàn)[3]。酸蝕檢驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)圖4。在酸液浸蝕部分，位于試件的中心位置處清晰地出現(xiàn)了一條線性缺陷。此缺陷是否為分層缺陷,需采用射線檢測(cè)的方法進(jìn)行驗(yàn)證。

圖4　縱向試樣鋼板酸蝕檢驗(yàn)結(jié)果顯示

該缺陷如果是分層缺陷，采用射線對(duì)此試樣進(jìn)行照相，其是可能顯示出來(lái)的。于是，筆者采用高靈敏度的優(yōu)化焦距，選用高梯度膠片系統(tǒng)對(duì)已經(jīng)酸蝕的縱向試樣進(jìn)行了垂直照射[4],得到的結(jié)果如圖5所示。

圖5　縱向試樣鋼板射線照相結(jié)果顯示

由圖5可見(jiàn),底片未能顯示缺陷。底片左側(cè)的較暗部分是由于試件酸蝕后局部減薄造成的。由此斷定，此缺陷的性質(zhì)不是分層缺陷。

至于此類缺陷的存在是否會(huì)對(duì)力學(xué)性能造成不良影響,則需要通過(guò)相應(yīng)的力學(xué)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

5　側(cè)彎試驗(yàn)

對(duì)此縱向試樣進(jìn)行側(cè)彎試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖6,發(fā)現(xiàn)在試樣中部有斷續(xù)的裂紋出現(xiàn)，最長(zhǎng)的一條長(zhǎng)度約20 mm，已經(jīng)超出彎曲試驗(yàn)裂紋不大于3 mm的合格要求。由此可以斷定，超聲檢測(cè)的異?，F(xiàn)象是由非分層性質(zhì)缺陷引起的。

圖6　縱向試樣鋼板側(cè)彎試驗(yàn)結(jié)果顯示

6　缺陷波出現(xiàn)和側(cè)彎不合格的原因分析

鋼板中常見(jiàn)的缺陷有分層、折迭、白點(diǎn)和較少見(jiàn)的裂紋。通過(guò)以上試驗(yàn),可以將這幾類缺陷排除。那么，酸蝕檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的線性缺陷究竟是何性質(zhì)缺陷,超聲波檢測(cè)和測(cè)厚時(shí)為何能夠發(fā)現(xiàn)它,這些問(wèn)題均有待解決。

眾所周知，超聲波檢測(cè)是采用超聲脈沖反射法，利用超聲波在鋼中遇到不同聲阻抗界面發(fā)生反射的原理進(jìn)行的。鋼中如果存在低倍組織缺陷(成分偏析或組織不均勻等 )也會(huì)引起聲阻抗的變化，超聲波檢測(cè)時(shí)就能獲得足夠大的回波信號(hào)。因此，對(duì)試樣進(jìn)行低倍檢驗(yàn)可以揭開(kāi)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。

7　低倍檢驗(yàn)

對(duì)試樣進(jìn)行低倍檢驗(yàn),結(jié)果為(見(jiàn)圖7)[5]：一般疏松0.5級(jí)，中心疏松1.5級(jí)，中心偏析2.0級(jí)，未見(jiàn)縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮、白點(diǎn)、晶間裂紋。

圖7　縱向試樣鋼板低倍組織圖

由此可以得出，超聲波測(cè)厚和檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象是由低倍組織缺陷造成的，是缺陷反射的結(jié)果。側(cè)彎不合格是由于鋼板中心偏析所致 。

鋼液在凝固過(guò)程中，由于選分結(jié)晶的影響及連鑄坯中心部位冷卻較慢而造成成分偏析，并在鋼板中部保留下來(lái)的原因，而造成組織的不均勻和力學(xué)性能的下降(側(cè)彎不合格) 。

8　結(jié)論

(1) 壓力容器用鋼板中存在低倍組織缺陷時(shí)，由于其位于鋼板中部，考慮到受力的方向，它對(duì)壓力容器的制造和使用安全不會(huì)造成大的影響。但是，如果用于要求類別較高的壓力容器制造，應(yīng)對(duì)此加以控制。

(2) 鋼廠應(yīng)加強(qiáng)冶煉工藝、冶煉技術(shù)的改進(jìn)和控制，以減少低倍組織的存在。

(3) 對(duì)超聲檢測(cè)鋼板時(shí)發(fā)現(xiàn)的缺陷顯示進(jìn)行定性時(shí)，應(yīng)盡可能采取多種檢測(cè)手段和試驗(yàn)方法。

(4) 購(gòu)買(mǎi)用于制造壓力容器的鋼板，簽訂合同書(shū)時(shí)，建議增加超聲波檢測(cè)的技術(shù)要求，避免出現(xiàn)供需雙方的爭(zhēng)議。

[1]GB 6654-1996壓力容器用鋼板[S].

[2]JB 4744-2002鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能檢驗(yàn)[S].

[3]GB/T 226-1991鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗(yàn)法[S].

[4]強(qiáng)天鵬. 射線檢測(cè)[M]. 北京: 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社, 2007.

[5]GB/T 1979-2001結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖[S].

Analysis of the Abnormality during Ultrasonic Thickness Gauging for a Steel Plate

HOU Yao-min1, HOU Jia-yong2

(1.Yantai Huajian Testing Engineering Co., Ltd., Yantai 265500, China；2.Shandong Huading Nondestructive Testing Co., Ltd., Liaocheng 252000, China)

While measuring the thickness for a pressure vessel steel plate abnormal display often occurred with the thickness at the plate central being about half of the actual value. A series of tests, including ultrasonic testing, surface inspection, mechanical properties test, acid etch test and radiographic detection method tests, were conducted to analyze the cause of the abnormal display. Results show that, the abnormal phenomenon appearing in ultrasonic thickness test is caused by the plate low times microstructure and is the result of reflecting tissue. And the unqualified lateral bending is due to the segregation of steel plate center. The above-mentioned results may provide reference for the steel mills to strengthen smelting process and smelting technology to improve and control the steel quality.

Steel plate; Thickness measuring; Abnormal; Segregation

2015-12-07

侯耀民(1971-),男，工程師，學(xué)士,主要從事無(wú)損檢測(cè)工作。

侯耀民, E-mail: hym710908@163.com。

10.11973/wsjc201606011

TG115.28

A

1000-6656(2016)06-0045-03