钢板超声测厚检测异常显示的分析

侯耀民，侯家永

(1.烟台华健检测工程有限公司, 烟台 265500;2.山东华鼎无损检测有限公司, 聊城 252000)



钢板超声测厚检测异常显示的分析

侯耀民1，侯家永2

(1.烟台华健检测工程有限公司, 烟台 265500;2.山东华鼎无损检测有限公司, 聊城 252000)

某压力容器用钢板测厚时出现了厚度显示异常现象，钢板中部厚度均为实际厚度的一半左右。通过采用超声波检测、表面检测、力学性能测试、酸蚀检验和射线检测等方法进行试验，分析了导致钢板厚度显示异常的原因。分析表明，超声波测厚和检测中发现的异常现象是由钢板中低倍组织造成的，是组织反射的结果，而侧弯不合格是由于钢板中心偏析所致。结果可为钢厂加强冶炼工艺、冶炼技术的改进和控制提供借鉴。

钢板;测厚;异常;偏析

1　问题的提出

某压力容器用钢板,材料为16MnR,尺寸为(长×宽)7 000 mm×2 000 mm，表面状态为钢刷打磨。使用仪器BMC0超声波测厚仪对该钢板进行,测厚(名义厚度28 mm)时，发现厚度值有异常显示现象，具体情况如图1,表1。

从图1及表1可以看出，除在宽度方向边沿各200 mm范围内实际厚度显示正常外(序号10～15，厚度正偏差)，钢板中部的实际厚度均为名义厚度的一半左右。为了解厚度显示异常的原因是由仪器还是钢板缺陷所致，笔者采用超声波检测、表面检测、力学性能测试、酸蚀检验和射线检测等方法进行了试验与分析。

2　超声波检测

超声检测仪器型号为HS600e;探头型号为5P16;试块型号为CBII-1;耦合剂为水;检测标准为JB/T 4730.3-2005《承压设备无损检测》。检测方法为直接接触法;扫查方式为间距50 mm平行线;扫描调节深度为1∶1;表面补偿为4 dB。

在超声波扫查中发现，在钢板中部均有缺陷波F显示，其波高大多高于底波B的1/2(见图2)。依据JB/T 4730.3-2005标准，该钢板评定为V级，是最低级别，应予判废。

图1　钢板测厚部位示意

表1　钢板(对应图1中部位)的实测厚度

图2　钢板的超声波检测波形

此钢板是压力容器用材料，需要首先分析缺陷的性质及其对压力容器强度可能产生的影响的程度。由于在签订供货合同时，没有约定必须进行超声波检测[1]，而依据现行国家标准，只要不是定性为分层缺陷，就不能判定钢板为不合格。因此，需要确定该缺陷是否为分层缺陷。

3　表面无损检测和力学性能试验

首先对钢板进行了取样，共取了四类试样：拉伸、面弯、背弯、侧弯。

为验证其力学性能，进行了拉伸、弯曲和冲击试验[2]。试验结果显示各项力学指标均在标准范围内，评定为合格。

对纵向试样进行了表面无损检测(磁粉检测和着色渗透检测)，未见缺陷显示。着色渗透检测结果见图3。

图3　纵向试样钢板的着色渗透检测结果显示

但是，力学试验报告中弯曲试样是采用横向试样进行面弯或背弯试验的，而超声波发现的缺陷是层间缺陷。对此种缺陷采用横向样做面弯或背弯不够科学；另外，表面检测的局限性(磁粉检测需要在不连续处产生漏磁场、着色渗透检测需要表面有开口性缺陷)也可能造成缺陷漏检。

为验证超声波发现的缺陷确实存在，需要利用其他检测方法加以证实。

4　酸蚀检验和射线检测

对纵向试样(尺寸长×宽×厚为28 mm×10 mm×5 mm)进行酸蚀检验和射线检测。

采用1∶1(体积比)的工业盐酸水溶液,加热80 ℃，浸蚀20 min进行酸蚀试验[3]。酸蚀检验的结果见图4。在酸液浸蚀部分，位于试件的中心位置处清晰地出现了一条线性缺陷。此缺陷是否为分层缺陷,需采用射线检测的方法进行验证。

图4　纵向试样钢板酸蚀检验结果显示

该缺陷如果是分层缺陷，采用射线对此试样进行照相，其是可能显示出来的。于是，笔者采用高灵敏度的优化焦距，选用高梯度胶片系统对已经酸蚀的纵向试样进行了垂直照射[4],得到的结果如图5所示。

图5　纵向试样钢板射线照相结果显示

由图5可见,底片未能显示缺陷。底片左侧的较暗部分是由于试件酸蚀后局部减薄造成的。由此断定，此缺陷的性质不是分层缺陷。

至于此类缺陷的存在是否会对力学性能造成不良影响,则需要通过相应的力学试验来验证。

5　侧弯试验

对此纵向试样进行侧弯试验,结果见图6,发现在试样中部有断续的裂纹出现，最长的一条长度约20 mm，已经超出弯曲试验裂纹不大于3 mm的合格要求。由此可以断定，超声检测的异常现象是由非分层性质缺陷引起的。

图6　纵向试样钢板侧弯试验结果显示

6　缺陷波出现和侧弯不合格的原因分析

钢板中常见的缺陷有分层、折迭、白点和较少见的裂纹。通过以上试验,可以将这几类缺陷排除。那么，酸蚀检验中发现的线性缺陷究竟是何性质缺陷,超声波检测和测厚时为何能够发现它,这些问题均有待解决。

众所周知，超声波检测是采用超声脉冲反射法，利用超声波在钢中遇到不同声阻抗界面发生反射的原理进行的。钢中如果存在低倍组织缺陷(成分偏析或组织不均匀等 )也会引起声阻抗的变化，超声波检测时就能获得足够大的回波信号。因此，对试样进行低倍检验可以揭开问题的实质。

7　低倍检验

对试样进行低倍检验,结果为(见图7)[5]：一般疏松0.5级，中心疏松1.5级，中心偏析2.0级，未见缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮、白点、晶间裂纹。

图7　纵向试样钢板低倍组织图

由此可以得出，超声波测厚和检测中发现的异常现象是由低倍组织缺陷造成的，是缺陷反射的结果。侧弯不合格是由于钢板中心偏析所致 。

钢液在凝固过程中，由于选分结晶的影响及连铸坯中心部位冷却较慢而造成成分偏析，并在钢板中部保留下来的原因，而造成组织的不均匀和力学性能的下降(侧弯不合格) 。

8　结论

(1) 压力容器用钢板中存在低倍组织缺陷时，由于其位于钢板中部，考虑到受力的方向，它对压力容器的制造和使用安全不会造成大的影响。但是，如果用于要求类别较高的压力容器制造，应对此加以控制。

(2) 钢厂应加强冶炼工艺、冶炼技术的改进和控制，以减少低倍组织的存在。

(3) 对超声检测钢板时发现的缺陷显示进行定性时，应尽可能采取多种检测手段和试验方法。

(4) 购买用于制造压力容器的钢板，签订合同书时，建议增加超声波检测的技术要求，避免出现供需双方的争议。

[1]GB 6654-1996压力容器用钢板[S].

[2]JB 4744-2002钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验[S].

[3]GB/T 226-1991钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法[S].

[4]强天鹏. 射线检测[M]. 北京: 中国劳动社会保障出版社, 2007.

[5]GB/T 1979-2001结构钢低倍组织缺陷评级图[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，工程师，学士,主要从事无损检测工作。

侯耀民, E-mail: hym710908@163.com。

10.11973/wsjc201606011

TG115.28

A

1000-6656(2016)06-0045-03