压力容器钢板折叠缺陷的超声波检测方法与识别

韩光明

辽阳宏伟无损检测工程有限公司 辽宁辽阳 111003

折叠缺陷沿轧制方向与钢板表面平行或近视平行，一般呈直线状，也有锯齿状，出现在钢板的局部或全长，深浅不一，内有氧化铁皮，有时也呈舌状，有规律连续分布在钢板表面上，钢板表面局部重叠，有明显的折叠纹。折叠缺陷容易形成应力集中源，在折叠部位引起钢板局部断裂。折叠属于钢板表面缺陷，一般可用目视检测发现。当钢板表面存在锈蚀或氧化皮时，目视检测有可能无法发现折叠缺陷的存在。超声波检测是发现折叠缺陷的有效措施，可以根据超声波型特点识别折叠缺陷。缺陷图样见图1。

图1 钢板折叠缺陷

1 检测一般原则

钢板中常见缺陷有分层、折叠、白点和裂纹缺陷，根据标准NB/T47013.3-2015规定，钢板一般采用直探头进行检测(针对分层、折叠、白点等缺陷)，需要时也可采用斜探头（针对裂纹缺陷）进行检测[1]。本文检测对象为折叠缺陷，故采用直探头进行检测，钢板超声检测直探头选用见表1。

表1

2 厚度≦20mm钢板折叠缺陷检测

（1）以厚度T=18mm的钢板为例，钢板检测，原则上要求使用纵波距离—波幅曲线确定灵敏度，纵波距离波幅曲线制作最少需要三个规格相同，不同深度的参考反射体才能完成。由于20mm厚度范围内制作出不同深度的三个参考反射体存在一定难度，同时考虑单晶纵波直探头存在一定得近场区长度，仪器与探头也存在一定范围的组合使波宽度，影响钢板近表面缺陷的检出。因此，厚度≦20mm钢板中的折叠缺陷采用纵波双晶直探头回波高度法进行检测。双晶直探头菱形声场对角线焦点深度的F值推荐为被检钢板厚度的1/2，故检测厚度T=18mm的钢板折叠缺陷选用的双晶直探头型号为5PΦ10F9。

（2）标准规定用双晶直探头检测厚度不大于20mm钢板时，可以采用图2阶梯平底试块确定检测灵敏度。材质相同也可以使用其他试块的相同厚度位置，或被检钢板无缺陷的完好部位校准及调节检测灵敏度[2]。原则上规定纵波双晶直探头扫描基线校准应该在试块上进行，但由于阶梯平底试块的阶梯数量有限，（无18mm厚度的阶梯），因而可以借助其他试块相同厚度位置或被检钢板本身没有缺陷的完好部位完成纵波双晶直探头扫描基线校准，本文采用在钢板本身没有缺陷的完好部位进行扫描基线校准。

（3）将检测仪器调整为一发一收（双晶）状态，探头放在钢板本身无缺陷的完好部位。仪器的深度显示范围调整到能完整的看到探头与仪器的组合始波、探头斜楔界面反射波与钢板底面的反射波，以钢板的底波进行扫描基线校准。使仪器屏幕只能显示部分双晶直探头斜楔界面反射波与钢板底波。

（4）折叠缺陷检测主要是通过扫描基线0点附近残留的探头斜楔界面反射波宽度与幅度变化进行判断，为了能清楚的分辨变化的细节，因而扫描基线的扫描范围不能过大。检测屏幕范围内的扫描基线调整到被检钢板厚度+10mm。为同时可监视可能出现的分层缺陷深度，将闸门起点调整到扫描基线0点稍后一点的位置，闸门终点调到底波之前的位置。

（5）根据标准规定，钢板厚度小于等于20mm时，用被检钢板的第一次底波调整到满屏的50%，再提高10dB作为检测灵敏度，检测仪器调节结束。

（6）折叠缺陷一般分布在钢板的表面，当无折叠缺陷时，扫描基线0点位置附近残留的纵波双晶直探头斜楔界面反射波宽度和幅度，仅随探头扫查时耦合层厚度变化发生微小的变化，底波幅度保持不变，见图2。当发现缺陷面积小于声场截面积折叠缺陷时，扫描基线0点位置附近残留的纵波双晶直探头斜楔界面反射波宽度和幅度发生小幅变化，同时底波的幅度明显降低，见图3。当发现面积大于声场截面积折叠缺陷时，扫描基线0点位置附近残留的纵波双晶直探头斜楔界面反射波宽度和幅度发生明显变化，底波彻底消失，见图4。折叠缺陷与分层缺陷波型类似，最大的区别在于分层缺陷分布在钢板内部，存在分层缺陷时，检测仪器上会出现明显的反射回波，可准确的读出缺陷深度。折叠缺陷分布在钢板表面，存在折叠缺陷时，只能观察到探头斜楔界面反射波（或仪器与探头的组合始波）和底波有明显的变化，无缺陷深度显示。

图2 无折叠缺陷回波显示示意图

图3 折叠缺陷小于声场面积回波显示示意图

3 厚度＞20mm钢板折叠缺陷检测

（1）以厚度T=22 mm的钢板为例，厚度＞20mm钢板中的折叠缺陷采用纵波单晶直探头进行检测[3]。选用单晶直探头时，应注意近场区的问题，声源附近由于波的干涉出现一系列声压极大极小值的区域，称为超声场的近场区。近场区声压分布不均，是由于声源各点至轴线上某点的距离不同，存在声程差，互相叠加时存在相位差而互相干涉，使某些地方声压互相加强，另一些地方声压互相减弱，于是就出现声压极大极小值的点。声压会出现极大极小值，在近场区检测定量是不利的，处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低，而处于声压极大值处的较小缺陷回波可能较高，这样就容易引起误判，甚至漏检，进而应尽量避免在近场区检测定量。近场区长度用N表示。声压分布图见图6。

图4 折叠缺陷大于声场面积回波显示示意图

N=D2/4λ

式中D-探头直径；

λ-纵波波长。

在保证穿透力的情况下，为了减小近场区，应尽量选择小晶体的探头。T=22mm的钢板，选用5PΦ6的纵波直探头，探头近场区N=D2/4λ=7.6mm。

（2）检测标准规定，钢板厚度大于20mm时，按所用探头和仪器在Φ5平底孔试块上（不少于三个孔）绘制距离—波幅曲线，并以此作为基准灵敏度。

图5 Φ5平底孔试块

图6 无折叠缺陷组合始波与底波示意图

图7 折叠面积小于声场面积组合始波与底波示意图

（3）当无折叠缺陷时，扫描基线0点位置附近纵波单晶直探头与仪器的组合始波宽度，仅随探头扫查时耦合层厚度变化发生微小的变化，底波幅度保持不变，见图6。当发现缺陷面积小于声场截面积折叠缺陷时，扫描基线0点位置附近纵波单晶直探头与仪器的组合始波宽度发生小幅变化，底波的幅度明显降低，见图7。当发现面积大于声场截面积折叠缺陷时，扫描基线0点位置附近纵波单晶直探头与仪器的组合始波宽度发生明显的变化，底波彻底消失，见图8。

图8 折叠面积大于声场面积组合始波示意图

4 结语

超声波检测方法不仅可以有效的检出钢板折叠缺陷，还可以通过折叠缺陷的波型特点与其他钢板缺陷进行区分，降低了钢板出厂时因折叠缺陷漏检带来的风险。