浅析钢材质量检测方法与技术

吕立泉

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司，山东 济南 271104）

钢材质量检测方法与技术类型多样，包括超声波探伤、磁力探伤、射线探伤等，这些无损检测方法，均有各自的应用优势，在钢材质量检测过程中，可以结合钢材试件的数量、结构以及种类，合理选择检测方法，以确保检测灵敏度，使钢材质量能够满足国家及行业标准要求。近年来，随着我国科学技术水平的逐年提升，钢材质量检测技术已经跃升到一个全新的高度，技术应用效果也越加明显。

1 超声波探伤技术

1.1 超声波探伤原理

超声波探伤使用的超声波频率通常在0.5MHz～25MHz之间，在这一区间内，超声波表现出直线性与束射性，具有强烈的方向性。在超声波传播过程中，一旦遇到阻碍，波的方向就会发生改变，强度就会降低，进而发生反射、折射或者散射现象，因此，根据超声波的这一特性，能够快速确定钢材的质量缺陷部位以及缺陷尺寸等参数。在利用超声波检测技术时，首先在被测钢材的表面涂抹一层油脂或者水玻璃等耦合剂，然后利用水晶石探头与耦合剂接触，与此同时，在探头上面施加脉冲电压，超声波就会发射到钢材的内部结构当中。当探头接收到反射波时，经过增幅与检波，在阴极射线管理上显示出来，此时，结合缺陷反射波的具体位置以及振幅，就能确定钢材缺陷的位置与尺寸大小。

1.2 超声波探伤方法

1.2.1 脉冲反射法

脉冲反射法是目前检测钢材质量最为常用的一种超声检测方法，该方法只需要利用一个兼发射与接收功能的探头完成检测流程。当被检测的试件没有质量缺陷时，显示屏上只显示初始脉冲与底波，如果试件存在质量缺陷，显示屏上就会显示缺陷波，出现缺陷波，底波高度下降，当试件出现大缺陷时，全部声能被反射，显示屏上只存在初始波与缺陷波，底波则完全消失。脉冲反射法检测灵敏度高、操作便捷、适用范围广，并且能够准确定位质量缺陷的具体部位。但是，这种检测方法存在检测盲区，近表面缺陷的检测能力相对较差[1]。

脉冲反射法使用频率较高的方法是垂直探伤法，该方法利用直探头发射纵波，常用于检测铸件、锻件及轧件的内部缺陷，有时也用于焊缝及管件内部缺陷检测。以检测锻钢件为例，由于缺陷方向与形状不固定，检测时，可以从钢件的各个方面进行探伤，如果钢件直径大于2m，且晶粒细小，利用垂直探伤法较为方便。

1.2.2 直接接触法

该检测方法主要是将探头与被检测试件直接接触，同时在试件表面涂抹油脂或者水玻璃等耦合剂，一般用于横波检测、纵波检测、表面波检测和板波检测，该方法操作方便、声能损失小，耦合层薄。但是，利用这种方法，容易加快探头的磨损速度，而且检测速度较慢。

2 磁力探伤技术

2.1 磁力探伤原理

磁力探伤的工作原理是将被检测试件磁化，对于没有质量缺陷的试件，磁性分布均匀，每个部位的磁导率相同，磁力线通过的方向不会发生任何变化。如果被检测试件出现裂纹、孔洞或者不均匀组织，试件中某个部位的磁导率就会降低，磁力线的方向就会偏离原方向。此时，若在试件表面喷撒磁粉，缺陷部位就会吸收磁粉。在判定钢材质量缺陷大小时，可以根据缺陷表面引起的磁漏强弱为依据，磁漏强，则易显示，磁漏弱，则显示图像模糊。结合这一特性，在选择磁粉时，应当以黑色、棕色或者白色磁粉为主，这样能够提升图像的清晰度。也可以选用荧光磁粉，如果在紫外线照射下，更容易观察到钢材的内部缺陷。

2.2 磁力探伤方法

2.2.1 试件磁化法

该方法分为周向磁化与纵向磁化，周向磁化是直接对试件进行通电，使电流贯通试件中心孔，这样能够以试件为主导体，形成一个闭合磁场，周向磁化法主要用于检测钢材平行的缺陷。纵向磁化是将电流通过环绕试件的线圈，使试件沿着轴向磁化的方法。该方法适用于检测试件轴垂直的缺陷。

2.2.2 磁粉检测法

利用该检测方法应当选用低矫顽力、高磁导率的磁粉，颜色一般为黑色、棕色或者荧光粉，较为常用的磁粉是Fe3O4粉末。如果被检测试件表面平滑，光泽度较高，可以选择黑色磁粉，如果被检测试件表面粗糙，颜色暗黑，可以选择红色或者白色磁粉，这样，容易观察试件缺陷。按照磁粉喷射与磁化的时间关系，磁粉检测法分为连续与不连续两种方法，连续法磁化与喷射磁粉同时进行，该方法具有磁化效果好、充磁时间长等特点，适用于剩磁较小的试件材料。不连续法则是先通电流，然后断电，再向试件表面喷射磁粉，该方法适用于剩磁较大的试件，尤其是大批量小件，比如经过热处理的结构钢工件，但是，不连续法的检测灵敏度相对较低。

3 射线探伤技术

3.1 射线探伤原理

射线探伤包括X射线与γ射线，这两种射线等同于无线电波，二者本质相同，传播速度相同，波长与频率不同。X射线从阴极灯丝发射的高速电子撞击到阳极靶上，部分电子在原子核场中被急速阻止，使内层电子跃迁，进而产生X射线。

γ射线主要由放射性同位素产生，比如铱192、钴60、铥170等，由于放射性同位素稳定性较差，在激发状态下，原子核的能级明显高于基级，在向基级转变时便释放出γ射线。射线探伤主要是利用射线穿透物质时能量衰减的原理来检测钢材缺陷，通过冲洗后的底片对钢材试件缺陷的形状、部位、尺寸大小加以判断。

3.2 射线检测方法

3.2.1 照相法

照相法是较为常用的记录方法，当射线贯穿试件后，软片暗盒在射线的作用下，经过显影与定影，成为摄有被检测试件缺陷的底片。通过照相的方法在软片上透射记录试件缺陷，当底片出现最大反差时，检测灵敏度最高。底片上图像的反差是指底片各部分的黑度差，如果软片衬度系数大，黑度差就越大，反之，黑度差则越小。由此可以看出，照相法主要是根据底片影像来检测钢材缺陷的。

3.2.2 荧光显示法

这种方法是将被检测试件的射线投射在显示屏上面，通过屏幕可以直接观察到试件的内部缺陷，荧光显示法多用于X射线探伤，用于投射射线的显示屏也被称之为透视屏，这种显示屏溃以银作为激活剂的硫化锌镉制成，外观呈黄绿色，如果试件出现缺陷，屏幕上的缺陷处是光亮的，而没有缺陷的部位则呈现暗黑色。由于荧光显示法用肉眼观察，对于厚度超过50mm的试件，则不易观察出质量缺陷，甚至X射线极易对人体造成伤害。因此，该方法常用于检查批量的轻合金制件或者一些厚度较薄的钢结构试件[2]。

3.2.3 电离记录法

采用X射线或者γ射线探伤时，常常使用电离箱以及计数器来测量电离辐射强度，而这种方法被称为电离法，其中，示波器毫安表、单独脉冲机械计数器、声响或光信号装置都可以作为指示器，被透视试件两边分别装有辐射源以及接收器，这两种装置与被透视物同时平行移动，并且与被检测试件间的距离相同。

3.2.4 发光晶体记录法

这种方法主要是由射线源发出射线束，经过被检测试件落在不透光装置内部的发光晶体上面，而发光晶体上引起的闪烁频率与落在晶体上的辐射强度成正比，如果试件存在缺陷，辐射强度大，如果试件不存在缺陷，辐射强度则较小。较为常用的发光晶体是用铊激活的碘化钠、碘化钾或者碘化铯晶体，由于这些晶体密度大、透明度好、光谱范围内发光率高，因此，在X射线与γ射线的作用下，能够激发这些晶体内的发光物质。与电离记录法相比，发光晶体记录法检测灵敏度高、探伤仪体积小、闪烁发光时间短，应用频率远高于电离记录法。

4 结语

钢材质量无损检测技术除了上述几种类型外，还包括渗透检测技术以及涡流检测技术，由于无损检测技术无需破坏钢材试件结构，不仅提高了检测效率，而且也能够确保检测精度。目前，我国的建筑业发展迅猛，钢材需用量不断增大，这就对钢材质量检测工作提出了更高的要求，在这种形势之下，检测技术人员应当利用丰富的检测经验、专业的检测技术、多样化的检测方法，从源头严把钢材质量关，为建筑工程项目提供更多的优质钢材。