钢板超声波探伤认识误区解析

实践经验

钢板超声波探伤认识误区解析

司春杰

（）济南钢铁股份有限公司，济南　２５０１０１

摘　要：纵波探伤是检测中厚钢板内部质量的主要方式。探伤钢板按不同标准、不同级别进行有些是标准允许的，有些则是纵波探伤技术性问题而无法检检测判定。对于钢板内部存在的缺陷，

测出来。目前对缺陷的定性、定量技术，还不能完全满足科研人员了解产品内部缺陷详细情况的要求。为此笔者阐述了探伤合格钢板存在缺陷的原因，及缺陷定性、定量的不确定性问题。

关键词：钢板；超声波探伤；缺陷

（）ＴＧ１１５．２８　　　文献标志码：Ｂ　　　文章编号：１０００６６５６２０１２０９００７１０３　　中图分类号：－－－

ＭｉｓｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎＡｎａｌｓｉｓｉｎＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｅｓｔｉｎｏｆＳｔｅｅｌＰｌａｔｅ　　　　　ｇｙｇ　　

ＳＩＣｈｕｎＪｉｅ　－

（，）ＴｈｅＷｉｄｅａｎｄＨｅａｖＰｌａｔｅＰｌａｎｔｏｆＪｉｎａｎＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＧｒｏｕＣｏｒｏｒａｔｉｏｎＪｉｎａｎ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ　　　　　　　　　　　ｙｐｐ　　：ＡｂｓｔｒａｃｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｉｃｋｓｔｅｅｌｂｌｏｎｉｔｕｄｉｎａｌｗａｖｅｉｓｔｈｅｍａｉｎｆｏｒｍｏｆｔｅｓｔｉｎｉｎｔｅｒｎａｌｌａｔｅｕａｌｉｔ．Ｗｅ　　　　　　　　　　　　　ｙｇｇｐｑｙ　　，ｔｈｅｕａｌｉｔｏｆｓｔｅｅｌｌａｔｅａｃｃｏｒｄｉｎｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｖｅｌ．Ｆｏｒｉｎｔｅｒｎａｌｄｅｆｅｃｔｓｓｏｍｅｏｆｕｄｅ　　　　　　　　　　　　　ｑｙｐｇｊｇ　　，ｔｈｅｍａｒｅａｌｌｏｗｅｄｂｓｔａｎｄａｒｄｓｗｈｅｒｅａｓｓｏｍｅｏｔｈｅｒｓａｒｅｄｕｅｔｏｔｅｓｔｉｎｔｅｃｈｎｉｕｅｏｆｌｏｎｉｔｕｄｉｎａｌｗａｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　ｙｇｑｇ　　ｕａｌｉｔａｔｉｖｅｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｃｕｒｒｅｎｔｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｓｏｆａｎｄｔｅｃｈｎｉｕｅｓｃａｎｎｏｔｆｕｌｌｍｅｅｔｔｈｅｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　　　　　　　　　　　　　ｑｑｇｑｙｑ　，ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｄｅｔａｉｌｓｏｆｄｅｆｅｃｔｉｎｔｈｅｓｔｅｅｌａｎｄａｎｅｆｆｏｒｔｉｓｔｈｅｒｅｆｏｒｅｍａｄｅｔｏｔｈｅｅｘｌａｎａｔｉｏｎｏｆｉｔ．ｌａｔｅｉｖｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｇ

：；Ｕ；ＫｅｗｏｒｄｓＳｔｅｅｌｌａｔｅｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｅｓｔｉｎＤｅｆｅｃｔ　　ｐｇｙ

夹杂、折叠等缺陷，　　由于钢板中常常存在分层、

影响钢板的力学性能和所制产品的安全性，因此一些专用钢板强制要求必须经过探伤才能应用。超声波检测具有快捷、成本低、非破坏性等优点，是钢板横波探探伤的主要方式。超声探伤包括纵波探伤、伤和表面波探伤等。钢板缺陷大都平行于板面，大批量日常手工中厚钢板超声波探伤一般采用纵波直主要检测钢板内部质量。由于设探头垂直接触法，

备、技术原因，纵波探伤无法保证对钢板全面检测，上下表面、近表面存在检测盲区，对钢板本体探伤也多为抽查方式。若采用Ａ扫描超声检测，无法得到缺陷直观图像，而缺陷波受各种因素影响，对缺陷定定量精度不高，检测结果还不能完全满足科性困难，

研人员了解产品内各类缺陷详细情况的需要。笔者

收稿日期：２０１１１１２３－－

，作者简介：司春杰（男，本科，工程师，从事无损检测１９６７－）工作。

试图根据日常对中厚板纵波探伤的检测经验，解释合格钢板中仍然存在内部不连续性或较大缺陷的原因，及缺陷定性、定量存在的不确定问题。

１　表面裂纹检测难点

采用纵波垂直接触法探伤钢板，由于探头和仪器的信号阻塞和始脉冲占宽原因，其探测范围受到

１］

。一般情况下单直探一定的限制，存在检测盲区［

双晶直探头约３ｍｍ。为了保头的盲区５ｍｍ左右，

／证钢板的检测质量，统一技术规范，ＪＢＴ４７３０．３—　

［］

）。使用合表１２００５标准２对探头选用进行了规定（

适的探头，可在一定程度上减小盲区的影响，但盲区

表１　钢板检测探头选用规定

板厚／ｍｍ６～２００～４０＞２０～２５０＞４

探头双晶探头单晶探头单晶探头

公称频率／ＭＨｚ

５５２．５

探头晶片尺寸

２晶片面积≥１５０ｍｍ

１４～２０ｍｍ

０～２５ｍｍ２

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是自然存在的。无论使用单直探头或者双晶直探头，在靠近检测面处都会有无法检测到的区域。

仪器与探头都有分辨力要求。分辨力是指在示波屏上区分相邻缺陷的能力，能区分相邻缺陷的距

１］

。Ｊ／离愈小，分辨力就愈高［ＢＴ４７３０．３—２００５规　

［］

定，直探头的远场分辨力应≥３一般认为直０ｄＢ２，１］

，图１为从背侧检测３探头的分辨力应≤６ｍｍ［５

难。钢板缺陷一般呈扁平型点状或面积型，影响缺陷波的因素很多，如缺陷的表面状态、缺陷内部夹杂缺陷相对声束的方向等，反射特性不同，有时缺物、

陷波差异很大。对钢板缺陷的识别远不如焊缝检测，可以通过多探头、多角度的声波特性，结合工件结构、材料特征、焊接工艺等进行综合判定，从而估还可以通过射线透判缺陷的性质。如果仍然困难，照方式进行确认。

理想状态下，一般认为分层是钢板中明显的分离层，声波几乎１分层处无底波出现，只００％反射，）。钢板波形较单一，见图２（有多次缺陷反射波，ａ非金属夹杂物与中夹杂物反射特性与其性质有关，

钢声阻抗差异大，缺陷波较高，缺陷波对底波的影响（）；见图２而金属夹杂物的声阻抗与钢相当，透大，ｂ）。射率高，缺陷波对底波的影响通常较小，见图２（ｃ偏析缺陷与非金属夹杂相似，缺陷对底波的影响也

［３］

（）。较大，见图２ｄ

和３产３ｍｍ台阶，８０％波高情况。从波形图上看，两底面波混在一起。大批量日常检生了双峰现象，

测时往往容易忽略这种情况。如果扫描比例设置得底面情况更难分辨。所以只有当钢板下表面更大，

划痕、折叠等缺陷的反射回波形成独立的缺的裂纹、

陷波，并与底波分开时，才能进行判定。从另一方面钢板的折叠、划痕、裂纹等缺陷深度较小，且缺陷说，

面多数与探伤面不平行，所以缺陷回波要低得多，有如果缺陷对底面回波的影时可能不出现缺陷回波，

响又不足以使其下降到５这些都不能作为０％以下，判定缺陷的依据。试验发现，对于一般钢板检测，当缺陷与底面高度差＜３ｍｍ时，缺陷波与底面回波

目前普遍使用数字探伤仪，其柱很容易混淆。另外，

状波远不如线型波容易分辨；最高波显示位置方式也不如波前沿显示位置方式准确可靠

。

现实情况并非如此简单，根据波形并不容易区（）分缺陷性质，如图３和４。从波形图上分析，图３ａ

图１　３５和３３ｍｍ钢板台阶底波

）有可能为小型金属夹杂，图３（有可能是较大夹杂ｂ，）或非金属缺陷。经过金相分析（图４）图３（波形ａ实际对应的缺陷是分层，图３（对应的是成分偏ｂ）析。反之，即使金相分析相同的缺陷，由于缺陷状况不同，缺陷波高也会不同，

而缺陷声波透射差异及钢

纵波探伤主要检测钢板的内部质量，采用列线扫查或格子线扫查，都属于抽查性质。根据不同标不同等级，检测面积约为待测钢板１准、０％～６０％。由于钢板内部缺陷的形状、位置千差万别，有的是线有的呈弥散点状，在手工探测时，检测人员性缺陷，

必须引起重视。对于表面及近表面的缺陷，应采用其它检测方法，如目测、磁粉、渗透、涡流等辅助手段进行局部缺陷确认。

２　钢板内部缺陷的性质

超声检测所显示的缺陷回波，主要反映缺陷的位置、波幅大小，要想准确地判定缺陷性质十分困

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重缺陷，而有时有些钢板缺陷较小但检测人员认定钢板存在危害性缺陷，例如裂纹或钢板边缘存在的有些则可能是取样部位偏离点状缺陷呈线性分布；

严重区域或制备的金相样观测面偏离了缺陷位置。真正分析缺陷性质、解决工艺问题，应由探伤人员标定，切取缺陷严重部位，选择有代表性的缺陷进行分析总结。

检测钢板前以一定的灵敏度调节仪器，我国标

板底面粗糙程度影响底波高度，有时差别很大。目前对于大面积分层、折叠能够很明确地判定，而其他类型的缺陷只能根据底波和缺陷波反射特性差异，结合缺陷大小、分布等条件进行估判，真实情况必须经过金相分析才能确认。

准多采用５ｍｍ平底孔当量作为基准灵敏度。在

检测过程中，发现下列情况之一即作为缺陷，①缺而缺陷陷回波幅度≥５０％。②底波幅度＜１００％，

［］回波／底波回波≥５０％。③底波幅度＜５０％２。反

射特性必须满足上述条件才进行缺陷长度、面积的只能认测定。反射回波高度达不到上述判定条件，定钢板内部存在不连续性，检测结果可以不计（除非。对于有一定操作人员认为缺陷具有很大危害性）

长度和面积型的缺陷，只要单个线型缺陷＜８０ｍｍ

２（，，板边或剖口位置≤５面积型缺陷＜２０ｍｍ）５ｃｍ

２

内缺陷面积百分比≤３％，就可以评定为Ⅰ级１ｍ

３　讨论

探伤实践中经常会被问到以下几个问题：缺陷的实际大小是多少？为什么有些从探伤不合格钢板上取得的金相样品未发现严重缺陷？探伤合格的钢板为什么在拉伸试样断口存在分层？

这是因为缺陷定量的依据是缺陷反射声压的高光滑平低。影响缺陷波高最大因素在于缺陷自身：缺陷回波高；粗糙表面则面缺陷可以形成镜面反射，

产生漫反射和波的干涉现象，缺陷回波低；声波垂直随入射角的增大缺入射缺陷表面时缺陷回波最高，

／倾斜２．波幅下降１倾斜陷波急剧下降，５°时，１０，／时，下降至１此时仪器已不能检出缺陷；１２°１０００，

同尺寸、同位置、不同形状的缺陷回波不同，相同条／件下球孔回波声压比平底孔小λ４ｄＢ。缺陷性质的影响取决于界面两侧介质的声阻抗，当两侧介质近似地认为是全反射，反射声波声阻抗差异较大时，

强；当差异较小时，就有一部分声波透射，反射声波变弱。另外，缺陷厚度、缺陷位置等对缺陷回波都有

１］

。反之，很大影响［回波声压相同的缺陷实际大小

／钢板。ＪＢＴ４７３０．３—２００５对钢板的质量分级见表　也可２。所以合格钢板不但可以存在内部不连续性，

以存在一定尺寸的缺陷。在钢板切割面或拉伸试样断口发现缺陷，如分层、夹杂等，并不能证明探伤人员出现漏检。只要钢板内部缺陷尺寸未超过相应级别的要求，钢板就是合格的。拉伸试样普遍使用Ｐ５试样，其宽度只有３断口发现缺陷并非不可０ｍｍ，内部不连续性也会造成试样脆性断裂。能，

表２　钢板质量分级

单个缺陷

等级

指示长度／ｍｍ

ⅠⅡⅢⅣⅤ

０＜８００＜１２０＜１５０＜１

单个缺陷指示

２面积／ｃｍ

２检测在任一１ｍ

以下单个缺陷指示面积

２不计／ｃｍ

面积允许存在的缺陷面积百分比／％

≤３≤５０≤１０≤１

超过Ⅳ者

５＜２０＜５００＜１００＜１

＜９５＜１５＜２５＜２

也可能相差很大，目前的检测技术还难以反映缺陷故缺陷定量常采用当量评定法。当量的真实状况，

评定法是将缺陷的回波与规则形状人工反射体的回波幅度进行比较，如果两者的埋深相同、反射波高相则称该人工反射体的反射尺寸为缺陷的当量尺等，

寸。而对于有一定尺寸的缺陷，边界界定又分为绝对灵敏度法和相对灵敏度法，所以测定的缺陷指示指示面积，并不是缺陷的实际长度和实际面长度、

积，当量尺寸与缺陷实际尺寸会存在一定的误差。

有时从不合格钢板上切取的金相试样未发现严

４　结论

（）纵波探伤主要是检测钢板内部质量。由于１

纵波探伤方式存在检测盲区，钢板检测面及近表面的缺陷无法检测到；由于分辨力问题，钢板下表面及

（下转第７６页）

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高丽丽等：超声测强技术在混凝土结构强度验收中的应用现场搅拌混凝土现浇施工。根据前述方法，留取足够的Ｃ各强度等级１０，Ｃ１５，Ｃ２０，Ｃ３０，Ｃ３５，Ｃ４０等，）到达６试块，按上述的混凝土同条件养护（００℃·ｄ方法进行检测，得到测强曲线如图１所示，部分主体结构检测评定结果如表１所示

。

东区

表１　安阳市某工程主体结构强度检测（部分）数据表

施工段

测区１　２　３　４　５　１　

西区

２　３　４　５　

声时／ｓμ１４８．７３　１４７．０７　１４６．０４　６５．３８　６１．９６　９３．２２　９２．２４　９６．８０　１４８．３１　１４７．３８　

测距／ｍｍ７０２　７０３　７０１　３０４　３０３　４５４　４５２　４５４　７００　７０３　

声速

－１）／（ｋｍ·ｓ

评定值／ＭＰａ３２．８８３４．３８３４．９０３１．２３３７．３５３６．７９３７．６４３２．１６３２．８８３４．１２

４．７２　４．７８　４．８０　４．６５　４．８９　４．８７　４．９０　４．６９　４．７２　４．７７　

图１　安阳市某工程混凝土超声测强曲线

参考文献：

［］］混凝土无损检测方法评述［五邑大学学报１Ｊ．　董清华．

（，（）：自然科学版）２００５，３１５３．

［］刘素丽．结构混凝土强度无损检测方法述评２　张号军，

［］（）：建筑技术开发，Ｊ．２００４，７７１２１－１２３．

［］］赵强．浅谈结构混凝土无损检测技术［山西建３Ｊ．　赵波，

（）：筑，２００４，４８２２．

［］宋凤立．混凝土无损检测技术的发展和应用４　彭永恒，

［］（）：大连民族学院学报，Ｊ．２００３，７３５２．

［］］刘骁．超声无损检测的若干新进展［无损检５Ｊ．　刘镇清，

（）：测，２０００，９９４０３－４０５．

５　结论

综上所述，超声技术的应用推广虽然存在着一但是通过上述的应用方法革新，可以合理定的难点，

地避开应用困难，在施工过程中增加少量工作的情况下，在施工各方的协作配合下，即可建立符合工程实际的测强曲线。在建立测强曲线的相同条件下，完成对混凝土主体结构进行检测，待工程结束后对所有混凝土主体结构进行验收，经工程实践检验，验收结果科学准确，反映了主体结构的真实情况。

欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂（上接第７３页）

近表面的缺陷波与底波无法区分，或缺陷未引起底缺陷都不易被发现。对于大批波下降到足够程度，

量钢板表面检查，直观而有效的方法就是目测，磁粉、渗透等探伤方式只能作为辅助确认手段。（）钢板检测受检测面、检测方式、仪器设备等２条件制约，单单根据缺陷波、底波对缺陷性质进行估判，存在一定的不确定性，必须结合生产工艺和解剖试验比对分析，经过长时间经验积累，才有可能掌握一定的规律。如果需要详细了解缺陷性质，应由探选择具有代表性、缺陷严重部位切取试伤人员标定，

样，进行金相和频谱分析，对缺陷性质的判定才是最准确可靠的。

（）缺陷波高受诸如缺陷性质、形状、方向、表３面粗糙度、位置等因素的影响，目前的检测技术还不能反映缺陷真实原貌，回波声压相同的缺陷实际尺寸可能不同；尺寸相同的缺陷回波声压也不一定相同。对缺陷的定量采用的是当量尺寸，当量尺寸并

非实际尺寸，通常情况下缺陷的实际尺寸要大于当量尺寸。

（）探伤钢板前以一定灵敏度调节仪器，我国４

标准多以５ｍｍ平底孔作为基准灵敏度。只有当缺陷波上升的高度或底部降低的高度达到技术标准规定时，才进行缺陷测长。钢板级别是根据缺陷大小评定，只要单个缺陷长度、单个缺陷面积、多缺陷面积百分比，三个条件都符合相应级别要求，钢板就是合格的，所以并非评定合格的钢板不存在缺陷。参考文献：

［］超１　全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会．

声波探伤［北京：劳动人事出版社，Ｍ］．１９９５：１０７－１０９，１４６－１４８．

［］／第３部分：２ＢＴ４７３０．３—２００５　承压设备无损检测（　Ｊ　

［］超声波检测）Ｓ．

［］］：钢板探伤缺陷的分析［宽厚板，３Ｊ．１９９９，５（１）　熊晓伟．

２２－２４．

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7eq4.html