淺析鋼材質(zhì)量檢測方法與技術(shù)

呂立泉

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司，山東 濟(jì)南 271104）

鋼材質(zhì)量檢測方法與技術(shù)類型多樣，包括超聲波探傷、磁力探傷、射線探傷等，這些無損檢測方法，均有各自的應(yīng)用優(yōu)勢，在鋼材質(zhì)量檢測過程中，可以結(jié)合鋼材試件的數(shù)量、結(jié)構(gòu)以及種類，合理選擇檢測方法，以確保檢測靈敏度，使鋼材質(zhì)量能夠滿足國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的逐年提升，鋼材質(zhì)量檢測技術(shù)已經(jīng)躍升到一個全新的高度，技術(shù)應(yīng)用效果也越加明顯。

1 超聲波探傷技術(shù)

1.1 超聲波探傷原理

超聲波探傷使用的超聲波頻率通常在0.5MHz～25MHz之間，在這一區(qū)間內(nèi)，超聲波表現(xiàn)出直線性與束射性，具有強(qiáng)烈的方向性。在超聲波傳播過程中，一旦遇到阻礙，波的方向就會發(fā)生改變，強(qiáng)度就會降低，進(jìn)而發(fā)生反射、折射或者散射現(xiàn)象，因此，根據(jù)超聲波的這一特性，能夠快速確定鋼材的質(zhì)量缺陷部位以及缺陷尺寸等參數(shù)。在利用超聲波檢測技術(shù)時，首先在被測鋼材的表面涂抹一層油脂或者水玻璃等耦合劑，然后利用水晶石探頭與耦合劑接觸，與此同時，在探頭上面施加脈沖電壓，超聲波就會發(fā)射到鋼材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)中。當(dāng)探頭接收到反射波時，經(jīng)過增幅與檢波，在陰極射線管理上顯示出來，此時，結(jié)合缺陷反射波的具體位置以及振幅，就能確定鋼材缺陷的位置與尺寸大小。

1.2 超聲波探傷方法

1.2.1 脈沖反射法

脈沖反射法是目前檢測鋼材質(zhì)量最為常用的一種超聲檢測方法，該方法只需要利用一個兼發(fā)射與接收功能的探頭完成檢測流程。當(dāng)被檢測的試件沒有質(zhì)量缺陷時，顯示屏上只顯示初始脈沖與底波，如果試件存在質(zhì)量缺陷，顯示屏上就會顯示缺陷波，出現(xiàn)缺陷波，底波高度下降，當(dāng)試件出現(xiàn)大缺陷時，全部聲能被反射，顯示屏上只存在初始波與缺陷波，底波則完全消失。脈沖反射法檢測靈敏度高、操作便捷、適用范圍廣，并且能夠準(zhǔn)確定位質(zhì)量缺陷的具體部位。但是，這種檢測方法存在檢測盲區(qū)，近表面缺陷的檢測能力相對較差[1]。

脈沖反射法使用頻率較高的方法是垂直探傷法，該方法利用直探頭發(fā)射縱波，常用于檢測鑄件、鍛件及軋件的內(nèi)部缺陷，有時也用于焊縫及管件內(nèi)部缺陷檢測。以檢測鍛鋼件為例，由于缺陷方向與形狀不固定，檢測時，可以從鋼件的各個方面進(jìn)行探傷，如果鋼件直徑大于2m，且晶粒細(xì)小，利用垂直探傷法較為方便。

1.2.2 直接接觸法

該檢測方法主要是將探頭與被檢測試件直接接觸，同時在試件表面涂抹油脂或者水玻璃等耦合劑，一般用于橫波檢測、縱波檢測、表面波檢測和板波檢測，該方法操作方便、聲能損失小，耦合層薄。但是，利用這種方法，容易加快探頭的磨損速度，而且檢測速度較慢。

2 磁力探傷技術(shù)

2.1 磁力探傷原理

磁力探傷的工作原理是將被檢測試件磁化，對于沒有質(zhì)量缺陷的試件，磁性分布均勻，每個部位的磁導(dǎo)率相同，磁力線通過的方向不會發(fā)生任何變化。如果被檢測試件出現(xiàn)裂紋、孔洞或者不均勻組織，試件中某個部位的磁導(dǎo)率就會降低，磁力線的方向就會偏離原方向。此時，若在試件表面噴撒磁粉，缺陷部位就會吸收磁粉。在判定鋼材質(zhì)量缺陷大小時，可以根據(jù)缺陷表面引起的磁漏強(qiáng)弱為依據(jù)，磁漏強(qiáng)，則易顯示，磁漏弱，則顯示圖像模糊。結(jié)合這一特性，在選擇磁粉時，應(yīng)當(dāng)以黑色、棕色或者白色磁粉為主，這樣能夠提升圖像的清晰度。也可以選用熒光磁粉，如果在紫外線照射下，更容易觀察到鋼材的內(nèi)部缺陷。

2.2 磁力探傷方法

2.2.1 試件磁化法

該方法分為周向磁化與縱向磁化，周向磁化是直接對試件進(jìn)行通電，使電流貫通試件中心孔，這樣能夠以試件為主導(dǎo)體，形成一個閉合磁場，周向磁化法主要用于檢測鋼材平行的缺陷?？v向磁化是將電流通過環(huán)繞試件的線圈，使試件沿著軸向磁化的方法。該方法適用于檢測試件軸垂直的缺陷。

2.2.2 磁粉檢測法

利用該檢測方法應(yīng)當(dāng)選用低矯頑力、高磁導(dǎo)率的磁粉，顏色一般為黑色、棕色或者熒光粉，較為常用的磁粉是Fe3O4粉末。如果被檢測試件表面平滑，光澤度較高，可以選擇黑色磁粉，如果被檢測試件表面粗糙，顏色暗黑，可以選擇紅色或者白色磁粉，這樣，容易觀察試件缺陷。按照磁粉噴射與磁化的時間關(guān)系，磁粉檢測法分為連續(xù)與不連續(xù)兩種方法，連續(xù)法磁化與噴射磁粉同時進(jìn)行，該方法具有磁化效果好、充磁時間長等特點(diǎn)，適用于剩磁較小的試件材料。不連續(xù)法則是先通電流，然后斷電，再向試件表面噴射磁粉，該方法適用于剩磁較大的試件，尤其是大批量小件，比如經(jīng)過熱處理的結(jié)構(gòu)鋼工件，但是，不連續(xù)法的檢測靈敏度相對較低。

3 射線探傷技術(shù)

3.1 射線探傷原理

射線探傷包括X射線與γ射線，這兩種射線等同于無線電波，二者本質(zhì)相同，傳播速度相同，波長與頻率不同。X射線從陰極燈絲發(fā)射的高速電子撞擊到陽極靶上，部分電子在原子核場中被急速阻止，使內(nèi)層電子躍遷，進(jìn)而產(chǎn)生X射線。

γ射線主要由放射性同位素產(chǎn)生，比如銥192、鈷60、銩170等，由于放射性同位素穩(wěn)定性較差，在激發(fā)狀態(tài)下，原子核的能級明顯高于基級，在向基級轉(zhuǎn)變時便釋放出γ射線。射線探傷主要是利用射線穿透物質(zhì)時能量衰減的原理來檢測鋼材缺陷，通過沖洗后的底片對鋼材試件缺陷的形狀、部位、尺寸大小加以判斷。

3.2 射線檢測方法

3.2.1 照相法

照相法是較為常用的記錄方法，當(dāng)射線貫穿試件后，軟片暗盒在射線的作用下，經(jīng)過顯影與定影，成為攝有被檢測試件缺陷的底片。通過照相的方法在軟片上透射記錄試件缺陷，當(dāng)?shù)灼霈F(xiàn)最大反差時，檢測靈敏度最高。底片上圖像的反差是指底片各部分的黑度差，如果軟片襯度系數(shù)大，黑度差就越大，反之，黑度差則越小。由此可以看出，照相法主要是根據(jù)底片影像來檢測鋼材缺陷的。

3.2.2 熒光顯示法

這種方法是將被檢測試件的射線投射在顯示屏上面，通過屏幕可以直接觀察到試件的內(nèi)部缺陷，熒光顯示法多用于X射線探傷，用于投射射線的顯示屏也被稱之為透視屏，這種顯示屏潰以銀作為激活劑的硫化鋅鎘制成，外觀呈黃綠色，如果試件出現(xiàn)缺陷，屏幕上的缺陷處是光亮的，而沒有缺陷的部位則呈現(xiàn)暗黑色。由于熒光顯示法用肉眼觀察，對于厚度超過50mm的試件，則不易觀察出質(zhì)量缺陷，甚至X射線極易對人體造成傷害。因此，該方法常用于檢查批量的輕合金制件或者一些厚度較薄的鋼結(jié)構(gòu)試件[2]。

3.2.3 電離記錄法

采用X射線或者γ射線探傷時，常常使用電離箱以及計(jì)數(shù)器來測量電離輻射強(qiáng)度，而這種方法被稱為電離法，其中，示波器毫安表、單獨(dú)脈沖機(jī)械計(jì)數(shù)器、聲響或光信號裝置都可以作為指示器，被透視試件兩邊分別裝有輻射源以及接收器，這兩種裝置與被透視物同時平行移動，并且與被檢測試件間的距離相同。

3.2.4 發(fā)光晶體記錄法

這種方法主要是由射線源發(fā)出射線束，經(jīng)過被檢測試件落在不透光裝置內(nèi)部的發(fā)光晶體上面，而發(fā)光晶體上引起的閃爍頻率與落在晶體上的輻射強(qiáng)度成正比，如果試件存在缺陷，輻射強(qiáng)度大，如果試件不存在缺陷，輻射強(qiáng)度則較小。較為常用的發(fā)光晶體是用鉈激活的碘化鈉、碘化鉀或者碘化銫晶體，由于這些晶體密度大、透明度好、光譜范圍內(nèi)發(fā)光率高，因此，在X射線與γ射線的作用下，能夠激發(fā)這些晶體內(nèi)的發(fā)光物質(zhì)。與電離記錄法相比，發(fā)光晶體記錄法檢測靈敏度高、探傷儀體積小、閃爍發(fā)光時間短，應(yīng)用頻率遠(yuǎn)高于電離記錄法。

4 結(jié)語

鋼材質(zhì)量無損檢測技術(shù)除了上述幾種類型外，還包括滲透檢測技術(shù)以及渦流檢測技術(shù)，由于無損檢測技術(shù)無需破壞鋼材試件結(jié)構(gòu)，不僅提高了檢測效率，而且也能夠確保檢測精度。目前，我國的建筑業(yè)發(fā)展迅猛，鋼材需用量不斷增大，這就對鋼材質(zhì)量檢測工作提出了更高的要求，在這種形勢之下，檢測技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)利用豐富的檢測經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)的檢測技術(shù)、多樣化的檢測方法，從源頭嚴(yán)把鋼材質(zhì)量關(guān)，為建筑工程項(xiàng)目提供更多的優(yōu)質(zhì)鋼材。