鋼板超聲測厚檢測異常顯示的分析

侯耀民，侯家永

(1.煙臺華健檢測工程有限公司, 煙臺 265500;2.山東華鼎無損檢測有限公司, 聊城 252000)

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鋼板超聲測厚檢測異常顯示的分析

侯耀民1，侯家永2

(1.煙臺華健檢測工程有限公司, 煙臺 265500;2.山東華鼎無損檢測有限公司, 聊城 252000)

某壓力容器用鋼板測厚時出現了厚度顯示異常現象，鋼板中部厚度均為實際厚度的一半左右。通過采用超聲波檢測、表面檢測、力學性能測試、酸蝕檢驗和射線檢測等方法進行試驗，分析了導致鋼板厚度顯示異常的原因。分析表明，超聲波測厚和檢測中發現的異常現象是由鋼板中低倍組織造成的，是組織反射的結果，而側彎不合格是由于鋼板中心偏析所致。結果可為鋼廠加強冶煉工藝、冶煉技術的改進和控制提供借鑒。

鋼板;測厚;異常;偏析

1　問題的提出

某壓力容器用鋼板,材料為16MnR,尺寸為(長×寬)7 000 mm×2 000 mm，表面狀態為鋼刷打磨。使用儀器BMC0超聲波測厚儀對該鋼板進行,測厚(名義厚度28 mm)時，發現厚度值有異常顯示現象，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范圍內實際厚度顯示正常外(序號10～15，厚度正偏差)，鋼板中部的實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、表面檢測、力學性能測試、酸蝕檢驗和射線檢測等方法進行了試驗與分析。

2　超聲波檢測

超聲檢測儀器型號為HS600e;探頭型號為5P16;試塊型號為CBII-1;耦合劑為水;檢測標準為JB/T 4730.3-2005《承壓設備無損檢測》。檢測方法為直接接觸法;掃查方式為間距50 mm平行線;掃描調節深度為1∶1;表面補償為4 dB。

在超聲波掃查中發現，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(見圖2)。依據JB/T 4730.3-2005標準，該鋼板評定為V級，是最低級別，應予判廢。

圖1　鋼板測厚部位示意

表1　鋼板(對應圖1中部位)的實測厚度

圖2　鋼板的超聲波檢測波形

此鋼板是壓力容器用材料，需要首先分析缺陷的性質及其對壓力容器強度可能產生的影響的程度。由于在簽訂供貨合同時，沒有約定必須進行超聲波檢測[1]，而依據現行國家標準，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　表面無損檢測和力學性能試驗

首先對鋼板進行了取樣，共取了四類試樣：拉伸、面彎、背彎、側彎。

為驗證其力學性能，進行了拉伸、彎曲和沖擊試驗[2]。試驗結果顯示各項力學指標均在標準范圍內，評定為合格。

對縱向試樣進行了表面無損檢測(磁粉檢測和著色滲透檢測)，未見缺陷顯示。著色滲透檢測結果見圖3。

圖3　縱向試樣鋼板的著色滲透檢測結果顯示

但是，力學試驗報告中彎曲試樣是采用橫向試樣進行面彎或背彎試驗的，而超聲波發現的缺陷是層間缺陷。對此種缺陷采用橫向樣做面彎或背彎不夠科學；另外，表面檢測的局限性(磁粉檢測需要在不連續處產生漏磁場、著色滲透檢測需要表面有開口性缺陷)也可能造成缺陷漏檢。

為驗證超聲波發現的缺陷確實存在，需要利用其他檢測方法加以證實。

4　酸蝕檢驗和射線檢測

對縱向試樣(尺寸長×寬×厚為28 mm×10 mm×5 mm)進行酸蝕檢驗和射線檢測。

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

圖4　縱向試樣鋼板酸蝕檢驗結果顯示

該缺陷如果是分層缺陷，采用射線對此試樣進行照相，其是可能顯示出來的。于是，筆者采用高靈敏度的優化焦距，選用高梯度膠片系統對已經酸蝕的縱向試樣進行了垂直照射[4],得到的結果如圖5所示。

圖5　縱向試樣鋼板射線照相結果顯示

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

至于此類缺陷的存在是否會對力學性能造成不良影響,則需要通過相應的力學試驗來驗證。

5　側彎試驗

對此縱向試樣進行側彎試驗,結果見圖6,發現在試樣中部有斷續的裂紋出現，最長的一條長度約20 mm，已經超出彎曲試驗裂紋不大于3 mm的合格要求。由此可以斷定，超聲檢測的異常現象是由非分層性質缺陷引起的。

圖6　縱向試樣鋼板側彎試驗結果顯示

6　缺陷波出現和側彎不合格的原因分析

鋼板中常見的缺陷有分層、折迭、白點和較少見的裂紋。通過以上試驗,可以將這幾類缺陷排除。那么，酸蝕檢驗中發現的線性缺陷究竟是何性質缺陷,超聲波檢測和測厚時為何能夠發現它,這些問題均有待解決。

眾所周知，超聲波檢測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生反射的原理進行的。鋼中如果存在低倍組織缺陷(成分偏析或組織不均勻等 )也會引起聲阻抗的變化，超聲波檢測時就能獲得足夠大的回波信號。因此，對試樣進行低倍檢驗可以揭開問題的實質。

7　低倍檢驗

對試樣進行低倍檢驗,結果為(見圖7)[5]：一般疏松0.5級，中心疏松1.5級，中心偏析2.0級，未見縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮、白點、晶間裂紋。

圖7　縱向試樣鋼板低倍組織圖

由此可以得出，超聲波測厚和檢測中發現的異常現象是由低倍組織缺陷造成的，是缺陷反射的結果。側彎不合格是由于鋼板中心偏析所致 。

鋼液在凝固過程中，由于選分結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的原因，而造成組織的不均勻和力學性能的下降(側彎不合格) 。

8　結論

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

(2) 鋼廠應加強冶煉工藝、冶煉技術的改進和控制，以減少低倍組織的存在。

(3) 對超聲檢測鋼板時發現的缺陷顯示進行定性時，應盡可能采取多種檢測手段和試驗方法。

(4) 購買用于制造壓力容器的鋼板，簽訂合同書時，建議增加超聲波檢測的技術要求，避免出現供需雙方的爭議。

[1]GB 6654-1996壓力容器用鋼板[S].

[2]JB 4744-2002鋼制壓力容器產品焊接試板的力學性能檢驗[S].

[3]GB/T 226-1991鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法[S].

[4]強天鵬. 射線檢測[M]. 北京: 中國勞動社會保障出版社, 2007.

[5]GB/T 1979-2001結構鋼低倍組織缺陷評級圖[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，學士,主要從事無損檢測工作。

侯耀民, E-mail: hym710908@163.com。

10.11973/wsjc201606011

TG115.28

A

1000-6656(2016)06-0045-03