張博　管文濤　曲濤安　吳艷青　賈永泰

(陜西天源檢測有限公司　西安 710043)

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超聲波鍛件及鋼板培訓(xùn)考核試板的研制

張博管文濤曲濤安吳艷青賈永泰

(陜西天源檢測有限公司西安 710043)

摘要為了滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，特別是原材料生產(chǎn)的要求，研制出更加符合規(guī)范的培訓(xùn)考核試板，從而培養(yǎng)出更多技術(shù)精湛的超聲檢測人員，顯得非常關(guān)鍵。這將對國內(nèi)無損檢測事業(yè)的發(fā)展及人員技術(shù)水平的提高具有重要意義。

關(guān)鍵詞超聲波缺陷鍛件鋼板

0引言

鍛件和鋼板是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中重要的組成部分，一旦出現(xiàn)問題，很有可能給人們的財(cái)產(chǎn)、生命造成巨大的損失。而由于技術(shù)、設(shè)備等眾多因素的影響，鍛件和鋼板在生產(chǎn)、使用過程中往往會(huì)產(chǎn)生各種影響設(shè)備使用安全和壽命的缺陷。由此在設(shè)備的生產(chǎn)及使用過程中利用超聲波進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)處理，已變得非常重要。

鍛件和鋼板中缺陷的判定受多方面因素的影響，一方面是缺陷檢測技術(shù)的限制，另一方面是檢測人員技術(shù)水平的影響。根據(jù)《關(guān)于鍋爐壓力容器無損檢測人員資格考核試件標(biāo)準(zhǔn)化的研制》、《中級無損檢測人員資格考核委員會(huì)的審驗(yàn)工作》以及《鍋爐壓力容器無損檢測人員超聲專業(yè)考試試板技術(shù)條件》中的有關(guān)規(guī)定，研制出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的超聲波培訓(xùn)考核試板，對培養(yǎng)更多的高技術(shù)檢測人才，顯得非常必要。

1鍛件試板的研制

1.1鍛件中缺陷的產(chǎn)生與分類

鍛件是將鑄錠或鍛坯在鍛錘或模具的壓力下變形制成一定性狀和尺寸的零件毛坯。鍛壓過程包括加熱、變形和冷卻。鍛造的方式大致分為鐓粗、拔長和滾壓。為了改善鍛件的組織性能，鍛后還要進(jìn)行正火、退火或調(diào)質(zhì)等熱處理，因此鍛件的晶粒一般都很細(xì)，有良好的透聲性。

鍛件中的缺陷主要有兩個(gè)來源，一種是由鑄錠中缺陷的殘留；另一種是鍛造過程及熱處理中產(chǎn)生的缺陷。常見的缺陷類型有：縮孔、縮松、夾雜物、裂紋、折疊和白點(diǎn)等。

由于這些缺陷均為非體積形缺陷或其形狀太小，同時(shí)由于鍛件體積較大，因而對這些缺陷的檢驗(yàn)，除磁粉、螢光等表面探傷方法外，只有超聲波探傷法是目前唯一的最全面且有效的檢驗(yàn)方法。

1.2鍛件試板制作的技術(shù)條件

(1)試件材質(zhì)為普通碳素鋼或低合金鋼，試件的形狀為圓形或長方形，試件的探測面應(yīng)與底面平行，探測面與底面的距離一般為50～300 mm。圓形探測面的試件，其直徑大于10 mm。矩形試件邊長大于100 mm。

(2)試件的缺陷主要是人工反射體,也可以是人工鍛造過程中產(chǎn)生的自然缺陷。

(3)每塊試件的檢測參量至少為8個(gè),最多為12個(gè)。

(4)試件中缺陷設(shè)置的位置距探測面及底面的距離應(yīng)大于20 mm，密集性缺陷與其他缺陷的間距應(yīng)大于50 mm。

(5)每塊試板距邊沿10 mm的范圍內(nèi)不宜埋設(shè)缺陷；缺陷設(shè)置好后，要把底面打磨平整；試板表面不能有影響探傷的各種缺陷，且檢測面表面粗糙度Ra≤6.3。

1.3鍛件試板的制作

1.3.1材料的選取

板材選取常用低合金鋼。在選料之前，應(yīng)以Ф 2 mm平底孔作為掃查靈敏度進(jìn)行探傷，確保選材中不能有3個(gè)以上的大于Ф 4 mm的自然缺陷存在。

在試件的規(guī)格上，有圓形鍛件Ф 155×150 mm；方形鍛件155 mm×(85、80、75) mm×150 mm,155 mm×150 mm×(65、71、75) mm。

1.3.2缺陷的設(shè)計(jì)、參量控制與埋設(shè)

鍛件中的缺陷主要?jiǎng)澐譃閱蝹€(gè)缺陷、分散缺陷和面積形缺陷三大類。

每單個(gè)缺陷檢測包含6個(gè)參量，分別是：X、Y、H、F、BF和BG。

每單個(gè)面積形缺陷檢測包含8個(gè)參量，分別是：X、Y、L、H、F、SF、BF和BG。如圖1。

X—距Y軸的距離(右為正，左為負(fù))；Y—距X軸的距離(上為正，下為負(fù))；H—缺陷的深度；F—使缺陷回波為示波屏80%時(shí)的增益讀數(shù)；BF—缺陷處的底波為示波屏80%時(shí)的增益讀數(shù)；BG—無缺陷處底波為示波屏80%時(shí)增益的讀數(shù)；L—缺陷的指示長度；SF—缺陷的指示面積

每塊試件中缺陷的埋置必須滿足有10個(gè)檢測參量，但不能超過18個(gè)參量。單個(gè)缺陷每塊試件可以埋置2個(gè)，缺陷間距要大于50 mm；分散性缺陷可以單獨(dú)埋置；面積性缺陷可以埋置2個(gè)，也可以與單個(gè)缺陷組合各埋置一個(gè)，但必須考慮兩個(gè)缺陷的間距。

單個(gè)缺陷主要是指與鄰近缺陷間距大于50 mm、且回波高不小于Ф 2 mm的缺陷。主要包括縮孔、縮松、夾層等。單個(gè)缺陷質(zhì)量分級是以缺陷當(dāng)量直徑劃分的。因此單個(gè)缺陷的設(shè)計(jì)主要考慮兩個(gè)因素：一是缺陷的間距要大于50 mm；二是缺陷的大小不能小于Ф 2 mm，也不能太大。主要是Ф 3 mm、Ф 4 mm、Ф 5 mm、Ф 8 mm和Ф 10 mm 。

分散缺陷主要是指缺陷彼此間距較大，一般在邊長為50 mm的立方體內(nèi)少于5個(gè)、不小于Ф 2 mm的缺陷，如分散性夾層。因此分散性缺陷的設(shè)計(jì)要考慮兩個(gè)因素：一是缺陷在50mm的正方體內(nèi)的個(gè)數(shù)不能太多，保證在2～5個(gè)之間；二是缺陷的大小不能小于Ф 2 mm，分散缺陷一般不太大，主要為Ф 3 mm、Ф 4 mm和Ф 5 mm。

密集缺陷一般規(guī)定在邊長50 mm的立方體內(nèi)，數(shù)量不少于5個(gè)，當(dāng)量直徑不小于Ф 2 mm的缺陷。密集缺陷的質(zhì)量分級是以密集缺陷占檢測總面積的百分比劃分。因此密集缺陷的設(shè)計(jì)主要考慮兩個(gè)因素：一個(gè)是缺陷在50 mm的正方體內(nèi)的個(gè)數(shù)不能太少，保證在5～10個(gè)之間；二是缺陷的大小不能小于Ф 2 mm，主要由Ф 4 mm、Ф 5 mm和Ф 8 mm孔組成。

1.3.3鍛件版面的設(shè)計(jì)

(1)鍛件的正面建立直角坐標(biāo)：圓形鍛件以圓心為O點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系；方形鍛件以左下角為O點(diǎn)，左邊線為Y軸、下邊線為X軸建立直角坐標(biāo)系，便于缺陷位置的確定。

(2)每個(gè)試塊的版面都打有各自的精確深度尺寸，一方面可以利用它校正所調(diào)機(jī)子是否準(zhǔn)確，另一方面可以利用試塊本身調(diào)試儀器，使測量的結(jié)果更加精確。

(3)在缺陷的設(shè)計(jì)上，不僅有人工仿真缺陷，還保留了一些典型的自然缺陷，這對探傷人員的培訓(xùn)更有意義。

2鋼板試板的研制

2.1鋼板中缺陷的產(chǎn)生與分類

鋼板中常常存在分層、夾雜、折疊等缺陷，影響鋼板的力學(xué)性能和所制產(chǎn)品的安全性，因此一些專用鋼板強(qiáng)制要求必須經(jīng)過探傷才能應(yīng)用。普通鋼板是由板坯軋制而成，板坯則可由澆鑄法或由坯料軋制或鍛造制成。鋼板常見的內(nèi)部缺陷有分層、折疊、白點(diǎn)等。折疊(重皮)是軋制中在鋼板表面或近表面的局部形成折合金屬層。分層是板坯縮孔或非金屬夾雜物或金屬氧化物、硫化物等缺陷在軋制中軋扁未能熔合形成，缺陷大多與板面基本平行。白點(diǎn)是軋制冷卻中氫氣來不及擴(kuò)散形成的，白點(diǎn)斷裂面呈白色，多出現(xiàn)在厚度大于40 mm的鋼板中。

缺陷性質(zhì)不同, 其危害程度不同, 所以,探傷前必須了解鋼板生產(chǎn)的整個(gè)過程，對于正確判別缺陷位置、大小、性質(zhì)十分有益。鋼板缺陷大都平行于板面，中厚鋼板超聲波探傷一般采用縱波直探頭垂直接觸法，主要檢測鋼板內(nèi)部質(zhì)量。

2.2鋼板研制的技術(shù)條件

(1)試件材質(zhì)選用普通碳素鋼或低合金鋼, 試件材料內(nèi)不得有超過Ф 2 mm平底孔當(dāng)量的缺陷。在鋼板探傷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的靈敏度條件下，無缺陷區(qū)至少有兩次底面反射波，且幅度在滿刻度的50%以上。試件表面為軋制狀態(tài)且無氧化皮、銹蝕、油污、凹坑等。

(2)試件尺寸為400 mm×250 mm×T。(T為板厚)，T在6～46 mm內(nèi)選取。

(3)試件缺陷主要為人工反射體，也可以從有自然缺陷的鋼板上截取。分為以下3種:①缺陷第一次反射波(F1)波高≥滿刻度的50%；②當(dāng)?shù)酌娴谝淮畏瓷洳?B1)未達(dá)到滿刻度時(shí),缺陷的第一次反射波(F1)波高與底面的第一次反射波(B1)波高之比)50%；③底面第一次反射波(B1)波高<滿刻度50%。

(4)每塊試件中設(shè)里的缺陷應(yīng)具有6～12個(gè)檢測參量。缺陷指示長度應(yīng)大于25 mm；每處缺陷面積應(yīng)大于9 cm2。

2.3試板的制作

2.3.1材料的選取

試板板材選用應(yīng)用廣泛的低碳鋼。其厚度分別為25 mm、30 mm、35 mm、40 mm和50 mm的中厚板。

2.3.2缺陷的設(shè)計(jì)、參量控制與埋設(shè)

鋼板中的缺陷大致分為條形缺陷和面積形缺陷。鋼板中的條形缺陷主要是由澆鑄的板坯里的氣孔、夾雜、夾灰在軋制的過程中，沿軋制方向的延伸形成的。根據(jù)JB/T 4730—2005《承壓設(shè)備無損檢測》標(biāo)準(zhǔn)鋼板質(zhì)量級別判定中規(guī)定對條狀缺陷的要求，設(shè)計(jì)出既具仿真性，又能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求的缺陷。因此，條狀缺陷的長度一般設(shè)在50 mm≤L≤100 mm的范圍內(nèi)。形狀設(shè)計(jì)為寬為8 mm的長方形，滿足長寬比大于3。

鋼板中的面積形缺陷主要是由鋼板軋制工程中的折疊和分層造成的。根據(jù)JB/T 4730—2005《承壓設(shè)備無損檢測》標(biāo)準(zhǔn)鋼板質(zhì)量級別判定中規(guī)定的各級別對面積性缺陷的要求，單個(gè)面積形缺陷的面積既不能設(shè)計(jì)的太小，也不能設(shè)計(jì)的太大。因此，為了設(shè)計(jì)出面積合理又具仿真性的缺陷，缺陷面積大小應(yīng)控制在15～50 cm2。

其次，缺陷的走向。板坯軋制成鋼板的過程，有一定的方向性。因此缺陷的走勢也應(yīng)基本與板坯的軋制方向平行，不可能出現(xiàn)與軋制方向垂直的缺陷。

鋼板中每個(gè)條形缺陷具有3個(gè)檢測參量，分別為：L1、L2和L。

每個(gè)面積形缺陷具有4個(gè)檢測參量，分別為：L1、L2、L和S，如圖2。

L1—缺陷左端到試板左邊線的距離；L2—缺陷下端到試板下邊線的距離；L—缺陷指示長度；S—單個(gè)缺陷指示面積

因此在缺陷個(gè)數(shù)的埋設(shè)上，要考慮試板對檢測參量的要求：每塊試板缺陷應(yīng)具有6～12個(gè)檢測參量。因此每塊試板在缺陷個(gè)數(shù)的埋設(shè)上會(huì)有更多的選擇，更合理的搭配。又因考慮到邊緣效應(yīng)的影響，在距板面邊緣各50 mm的范圍內(nèi)不埋缺陷。缺陷與缺陷之間的間距應(yīng)做到合理的控制，因?yàn)槎鄠€(gè)缺陷其相鄰間距小于100 mm或間距小于相鄰較小缺陷的指示長度時(shí)，以各缺陷面積之和作為單個(gè)缺陷指示面積。

2.3.3版面的設(shè)計(jì)

(1)板材的尺寸統(tǒng)一為250 mm×400 mm，其面積正好為0.1 m2，便于面積形缺陷的計(jì)算與評級。

(2)板面標(biāo)有X軸、Y軸和坐標(biāo)O點(diǎn)，便于缺陷位置的確定。

(3)板面左上方標(biāo)有該板的厚度，可以利用它校正所調(diào)機(jī)子是否準(zhǔn)確。

(4)試板板面按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，表面粗糙度Ra≤6.3。

(5)在版面的左下角，距左邊線和下邊線各25 mm處設(shè)有Ф 5 mm的平底孔。因?yàn)樵嚢宓暮穸榷即笥?0 mm，在3陪近場區(qū)內(nèi)，所以靈敏度的調(diào)節(jié)方法都要用CBⅡ標(biāo)準(zhǔn)試塊法，以Ф 5 mm平底孔第一次回波達(dá)50%作為基準(zhǔn)靈敏度。

3結(jié)論

本批試板不管是鍛件還是鋼板在缺陷的設(shè)計(jì)上非常合理，在版面的設(shè)計(jì)上也做出了很大的改進(jìn)，使得試板的大小更加人性化。鍛件試板的不足之處表現(xiàn)在對于2.5 P20Z的單晶直探頭而言，其近場區(qū)長度：

鍛件厚度T,不管大于3 N，還是小于3 N，其缺陷始終在探頭3倍近場區(qū)內(nèi)，由于該區(qū)域內(nèi)聲壓分布不均勻，在聲壓軸線上分布有極大與極小的點(diǎn)。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，這樣就容易誤判，甚至漏檢。

鋼板的不足之處是：制作主要是中厚板，未對薄板進(jìn)行制作。

本批試板特別適合于無損檢測人員的培訓(xùn)、考核及操作實(shí)習(xí)，也能夠保證培訓(xùn)考核的質(zhì)量和水平，為我國超聲波人員技術(shù)的提高將具有重要意義。

作者簡介張博,男，陜西天源檢測有限公司檢測工程師、質(zhì)量責(zé)任師。

(收稿日期：2014-12-31)

Development of Ultrasonic Forging Piece, Steel Test Plate for Training and Examination

ZHANG BoGUAN WentaoQU Tao’anWU YanqingJIA Yongtai

(ShanxiTianyuanTestingCo.,Ltd.Xi’an710043)

AbstractIn order to cope with the demands of industry, especially the raw material production requirements, it is very key to develop qualified training and examination plates and train more highly skilled personnel for ultrasonic detection. It is significant to the improvement of the workers technologies and the development of nondestructive test in our country.

Key Wordsultrasonic wavedefectsforgingsteel plate