壓力容器鋼板折疊缺陷的超聲波檢測(cè)方法與識(shí)別

韓光明

遼陽宏偉無損檢測(cè)工程有限公司 遼寧遼陽 111003

折疊缺陷沿軋制方向與鋼板表面平行或近視平行，一般呈直線狀，也有鋸齒狀，出現(xiàn)在鋼板的局部或全長(zhǎng)，深淺不一，內(nèi)有氧化鐵皮，有時(shí)也呈舌狀，有規(guī)律連續(xù)分布在鋼板表面上，鋼板表面局部重疊，有明顯的折疊紋。折疊缺陷容易形成應(yīng)力集中源，在折疊部位引起鋼板局部斷裂。折疊屬于鋼板表面缺陷，一般可用目視檢測(cè)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)鋼板表面存在銹蝕或氧化皮時(shí)，目視檢測(cè)有可能無法發(fā)現(xiàn)折疊缺陷的存在。超聲波檢測(cè)是發(fā)現(xiàn)折疊缺陷的有效措施，可以根據(jù)超聲波型特點(diǎn)識(shí)別折疊缺陷。缺陷圖樣見圖1。

圖1 鋼板折疊缺陷

1 檢測(cè)一般原則

鋼板中常見缺陷有分層、折疊、白點(diǎn)和裂紋缺陷，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.3-2015規(guī)定，鋼板一般采用直探頭進(jìn)行檢測(cè)(針對(duì)分層、折疊、白點(diǎn)等缺陷)，需要時(shí)也可采用斜探頭（針對(duì)裂紋缺陷）進(jìn)行檢測(cè)[1]。本文檢測(cè)對(duì)象為折疊缺陷，故采用直探頭進(jìn)行檢測(cè)，鋼板超聲檢測(cè)直探頭選用見表1。

表1

2 厚度≦20mm鋼板折疊缺陷檢測(cè)

（1）以厚度T=18mm的鋼板為例，鋼板檢測(cè)，原則上要求使用縱波距離—波幅曲線確定靈敏度，縱波距離波幅曲線制作最少需要三個(gè)規(guī)格相同，不同深度的參考反射體才能完成。由于20mm厚度范圍內(nèi)制作出不同深度的三個(gè)參考反射體存在一定難度，同時(shí)考慮單晶縱波直探頭存在一定得近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度，儀器與探頭也存在一定范圍的組合使波寬度，影響鋼板近表面缺陷的檢出。因此，厚度≦20mm鋼板中的折疊缺陷采用縱波雙晶直探頭回波高度法進(jìn)行檢測(cè)。雙晶直探頭菱形聲場(chǎng)對(duì)角線焦點(diǎn)深度的F值推薦為被檢鋼板厚度的1/2，故檢測(cè)厚度T=18mm的鋼板折疊缺陷選用的雙晶直探頭型號(hào)為5PΦ10F9。

（2）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用雙晶直探頭檢測(cè)厚度不大于20mm鋼板時(shí)，可以采用圖2階梯平底試塊確定檢測(cè)靈敏度。材質(zhì)相同也可以使用其他試塊的相同厚度位置，或被檢鋼板無缺陷的完好部位校準(zhǔn)及調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度[2]。原則上規(guī)定縱波雙晶直探頭掃描基線校準(zhǔn)應(yīng)該在試塊上進(jìn)行，但由于階梯平底試塊的階梯數(shù)量有限，（無18mm厚度的階梯），因而可以借助其他試塊相同厚度位置或被檢鋼板本身沒有缺陷的完好部位完成縱波雙晶直探頭掃描基線校準(zhǔn)，本文采用在鋼板本身沒有缺陷的完好部位進(jìn)行掃描基線校準(zhǔn)。

（3）將檢測(cè)儀器調(diào)整為一發(fā)一收（雙晶）狀態(tài)，探頭放在鋼板本身無缺陷的完好部位。儀器的深度顯示范圍調(diào)整到能完整的看到探頭與儀器的組合始波、探頭斜楔界面反射波與鋼板底面的反射波，以鋼板的底波進(jìn)行掃描基線校準(zhǔn)。使儀器屏幕只能顯示部分雙晶直探頭斜楔界面反射波與鋼板底波。

（4）折疊缺陷檢測(cè)主要是通過掃描基線0點(diǎn)附近殘留的探頭斜楔界面反射波寬度與幅度變化進(jìn)行判斷，為了能清楚的分辨變化的細(xì)節(jié)，因而掃描基線的掃描范圍不能過大。檢測(cè)屏幕范圍內(nèi)的掃描基線調(diào)整到被檢鋼板厚度+10mm。為同時(shí)可監(jiān)視可能出現(xiàn)的分層缺陷深度，將閘門起點(diǎn)調(diào)整到掃描基線0點(diǎn)稍后一點(diǎn)的位置，閘門終點(diǎn)調(diào)到底波之前的位置。

（5）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼板厚度小于等于20mm時(shí)，用被檢鋼板的第一次底波調(diào)整到滿屏的50%，再提高10dB作為檢測(cè)靈敏度，檢測(cè)儀器調(diào)節(jié)結(jié)束。

（6）折疊缺陷一般分布在鋼板的表面，當(dāng)無折疊缺陷時(shí)，掃描基線0點(diǎn)位置附近殘留的縱波雙晶直探頭斜楔界面反射波寬度和幅度，僅隨探頭掃查時(shí)耦合層厚度變化發(fā)生微小的變化，底波幅度保持不變，見圖2。當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷面積小于聲場(chǎng)截面積折疊缺陷時(shí)，掃描基線0點(diǎn)位置附近殘留的縱波雙晶直探頭斜楔界面反射波寬度和幅度發(fā)生小幅變化，同時(shí)底波的幅度明顯降低，見圖3。當(dāng)發(fā)現(xiàn)面積大于聲場(chǎng)截面積折疊缺陷時(shí)，掃描基線0點(diǎn)位置附近殘留的縱波雙晶直探頭斜楔界面反射波寬度和幅度發(fā)生明顯變化，底波徹底消失，見圖4。折疊缺陷與分層缺陷波型類似，最大的區(qū)別在于分層缺陷分布在鋼板內(nèi)部，存在分層缺陷時(shí)，檢測(cè)儀器上會(huì)出現(xiàn)明顯的反射回波，可準(zhǔn)確的讀出缺陷深度。折疊缺陷分布在鋼板表面，存在折疊缺陷時(shí)，只能觀察到探頭斜楔界面反射波（或儀器與探頭的組合始波）和底波有明顯的變化，無缺陷深度顯示。

圖2 無折疊缺陷回波顯示示意圖

圖3 折疊缺陷小于聲場(chǎng)面積回波顯示示意圖

3 厚度＞20mm鋼板折疊缺陷檢測(cè)

（1）以厚度T=22 mm的鋼板為例，厚度＞20mm鋼板中的折疊缺陷采用縱波單晶直探頭進(jìn)行檢測(cè)[3]。選用單晶直探頭時(shí)，應(yīng)注意近場(chǎng)區(qū)的問題，聲源附近由于波的干涉出現(xiàn)一系列聲壓極大極小值的區(qū)域，稱為超聲場(chǎng)的近場(chǎng)區(qū)。近場(chǎng)區(qū)聲壓分布不均，是由于聲源各點(diǎn)至軸線上某點(diǎn)的距離不同，存在聲程差，互相疊加時(shí)存在相位差而互相干涉，使某些地方聲壓互相加強(qiáng)，另一些地方聲壓互相減弱，于是就出現(xiàn)聲壓極大極小值的點(diǎn)。聲壓會(huì)出現(xiàn)極大極小值，在近場(chǎng)區(qū)檢測(cè)定量是不利的，處于聲壓極小值處的較大缺陷回波可能較低，而處于聲壓極大值處的較小缺陷回波可能較高，這樣就容易引起誤判，甚至漏檢，進(jìn)而應(yīng)盡量避免在近場(chǎng)區(qū)檢測(cè)定量。近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度用N表示。聲壓分布圖見圖6。

圖4 折疊缺陷大于聲場(chǎng)面積回波顯示示意圖

N=D2/4λ

式中D-探頭直徑；

λ-縱波波長(zhǎng)。

在保證穿透力的情況下，為了減小近場(chǎng)區(qū)，應(yīng)盡量選擇小晶體的探頭。T=22mm的鋼板，選用5PΦ6的縱波直探頭，探頭近場(chǎng)區(qū)N=D2/4λ=7.6mm。

（2）檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼板厚度大于20mm時(shí)，按所用探頭和儀器在Φ5平底孔試塊上（不少于三個(gè)孔）繪制距離—波幅曲線，并以此作為基準(zhǔn)靈敏度。

圖5 Φ5平底孔試塊

圖6 無折疊缺陷組合始波與底波示意圖

圖7 折疊面積小于聲場(chǎng)面積組合始波與底波示意圖

（3）當(dāng)無折疊缺陷時(shí)，掃描基線0點(diǎn)位置附近縱波單晶直探頭與儀器的組合始波寬度，僅隨探頭掃查時(shí)耦合層厚度變化發(fā)生微小的變化，底波幅度保持不變，見圖6。當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷面積小于聲場(chǎng)截面積折疊缺陷時(shí)，掃描基線0點(diǎn)位置附近縱波單晶直探頭與儀器的組合始波寬度發(fā)生小幅變化，底波的幅度明顯降低，見圖7。當(dāng)發(fā)現(xiàn)面積大于聲場(chǎng)截面積折疊缺陷時(shí)，掃描基線0點(diǎn)位置附近縱波單晶直探頭與儀器的組合始波寬度發(fā)生明顯的變化，底波徹底消失，見圖8。

圖8 折疊面積大于聲場(chǎng)面積組合始波示意圖

4 結(jié)語

超聲波檢測(cè)方法不僅可以有效的檢出鋼板折疊缺陷，還可以通過折疊缺陷的波型特點(diǎn)與其他鋼板缺陷進(jìn)行區(qū)分，降低了鋼板出廠時(shí)因折疊缺陷漏檢帶來的風(fēng)險(xiǎn)。