CN104792872A - 一种金属板材的超声波检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属板材的超声波检测方法,其特征在于：采用水浸式聚焦探头或水浸式平探头进行金属板材的超声波探伤，将对比试块板和待检测金属板材同时放置于水平检测平台上，检测方法包括探头选型安装、调节探头的水距、超声波参数设置、设置超声波扫查范围、对金属板材进行扫描、数据分析和检视及判定。本发明的检测方法通过对被检测金属板材底部的反射回波进行分析，可发现材料表面、近表面和内部的不连续性，拓宽了传统脉冲反射技术的检测最小厚度的范围，可探测到厚度1.5mm的板材内部的0.4mm当量直径不连续性。此外，本发明的检测方法还有利于将被检测金属材料中的密集型超细小不连续性检测出来。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属板材的无损检测技术领域，具体涉及一种金属板材的超声波检测方法。
背景技术
金属板材作为一种常见的金属结构形式，在航空航天、交通运输、石油工业、船舶工业等领域都有十分广泛的应用。金属板材结构在长期的服役过程中受使用环境等因素的作用，会出现不同程度的结构损伤。因此对这类结构的安全检测不仅有助于预防安全事故的发生，也可以避免不必要的经济损失。
目前，金属板材结构的无损检测方法主要有射线检测和超声波检测，射线方法有利于发现体积型缺陷，使用射线方法可以检测金属材料的内部不连续性。射线检测时入射到物体的射线除了穿透物体的能量外，一部分能量被吸收，一部分能量被散射，这导致物体透射的射线强度低于入射的射线强度。由于不同物质造成的射线衰减不同，因此可以在底片上形成不同黑度的图像，从而对被检物体的质量状况作出判断。射线方法仅对体积型不连续性较敏感。当使用射线方法检测平面型不连续性时，射线束须与不连续性保持较小的夹角。但是，使用轧制方法获得的金属板材的不连续性接近平面型缺陷。这使射线方法应用于板材内部不连续性的检测时非常容易产生漏检。而且，射线方法虽然对密集型超细小不连续性（体积型不连续性）敏感，但射线方法对金属的穿透能力不强，检测有效性受被检测工件厚度的限制。
另外，现有的超声波脉冲反射技术的工作原理是利用金属材料中不连续性的反射回波信号与上表面回波信号、底波回波信号的时间差将不连续性显示出来。这种超声波脉冲反射技术一般难以检测厚度小于6mm的板材。板材中不连续性的反射回波容易被上表面回波和底波掩盖，表面和近表面的不连续性很难被发现。一般情况下，使用传统的脉冲反射技术检测厚度为6mm的板材时，仅板材厚度中心附近的约2mm厚度材料处于检测的有效范围。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种通过对被检测金属板材底部的反射回波进行分析，可发现材料表面、近表面和内部的不连续性；拓宽了传统脉冲反射技术的检测最小厚度的范围，可探测到厚度1.5mm的板材内部的0.4mm当量直径不连续性。此外，本发明的检测方法还有利于将被检测材料中的密集型超细小不连续性检测出来。
本发明是这样实现的：
一种金属板材的超声波检测方法,其特征在于：采用水浸式聚焦探头或水浸式平探头进行金属板材的超声波探伤，将对比试块板和待检测金属板材同时放置于水平检测平台上，通过对被检测金属板材底部的反射回波进行分析，可发现金属材料表面、近表面和内部的不连续性；检测方法包括以下步骤：
（1）探头选型安装，在超声波检测设备上安装频率为10～15MHz的水浸式聚焦探头或水浸式平探头，调节探头角度使探头与待检测金属板材上表面垂直；
（2）调节探头的水距，观察金属板材上表面反射回波的波高直至波高出现最大值；
（3）超声波参数设置，将探头移动至待检测金属板材上，调整好上表面波闸门、底波闸门和跟踪闸门并设置好增益值，低通滤波设置为15～25MHz, 高通滤波设置为5～10MHz；
（4）设置超声波扫查范围，扫查范围需覆盖住整块待检测金属板材和整块对比试块板；
（5）对整块待检测金属板材和整块对比试块板进行超声波扫描，扫描方法采用步进式100%扫描；
（6）数据分析，调出底波监控闸门获取的C-扫描图，用指数函数方式显示图片并调节调色板的比例尺直至验收方法规定的人工缺陷被充分暴露出来；
（7）检视及判定，在显示灵敏度下对被检测金属板材的C-扫描进行检视，将对比试块板上的验收方法规定的不连续性图像与被检测金属板材上的不连续性图像进行比较；如果被检测金属板材的某个不连续性图像比验收方法规定的不连续性图像尺寸大，则该不连续性被判定为不合格；反之为合格。
以上所述的步进式为扫描步进小于等于验收方法规定的人工缺陷当量直径的一半，扫描步进为0.1mm～1.6mm；或者扫描步进小于等于有效声束直径宽度。
以上所述的对比试块板与待检测金属板材是相同合金牌号、相同合金状态、同批次的金属板制作成的，并在对比试块板上制作验收方法规定当量大小的人工缺陷；或者使用厚度相近的平底孔标准试块作为对比试块。
本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：
1、现有的水浸聚焦式超声波检测方法由于盲区的存在而难以对厚度小于6mm的板材进行超声波检测；本发明的检测方法最小检测厚度可以达到1.5，而且具有检出当量直径为0.4mm人工平底孔的检测精度。
2、现有的水浸式脉冲反射超声波检测方法难以发现密集型的当量直径小于0.1mm的细小不连续性；本发明的检测方法可以将现有技术难以发现的较厚金属材料的密集型的当量直径小于0.1mm的细小不连续性清晰地显示出来。
3、相对于射线方法，本发明的检测方法受到被检测金属材料厚度的影响更小；本发明的检测方法有效检测厚度范围更大，检测厚度范围达到1.5～800mm。
4、相对表面波方法，本发明的检测方法可以方便快捷地绘制C-扫描图，直观地表征不连续性的位置坐标和当量大小。
附图说明
图1是本发明超声波扫描方法示意简图。
图2是本发明带有φ0.4平底孔的厚度1.5mm的铝合金板材C-扫描图。
图3是本发明实施例2获得的超声波C-扫描图。
图4是现有技术获得的超声波C-扫描图。
图5是本发明实施例2的金相显微组织(50倍放大)。
图6是本发明实施例2的金相显微组织(200倍放大)。
图7是本发明实施例2的SEM及EDS分析图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明一种金属板材的超声波检测方法作进一步的说明。
实施例1
以超薄金属板材的细小不连续性（当量直径0.4mm级别）为例。
待检测板材为厚度为1.5mm，宽度为400mm，长度500mm的铝合金板材，使用相同合金牌号、相同合金状态、同批次的金属薄板制作对比试块板，对比试块板规格为厚度1.5mm，宽度100mm，长度150mm。在试块板上制作平底孔，当量直径分别为0.4mm、0.8mm、1.2mm；将对比试块板和待检测板材一同放置于水平检测平台上，对比试块板距离待检测板材约50mm，验收方法为板材中不存在当量直径大于0.4mm的不连续性。
（1）探头选型安装，在超声波检测设备上安装频率为15MHz的水浸式聚焦探头，调节探头角度使探头与待检测板材上表面垂直。
（2）调节探头的水距，观察板材上表面反射回波的波高直至波高出现最大值，在本实施例中，水距为50mm，在待检测板材和试块板上移动探头，并观察水距的变化，当水距变化大于2mm时需重新调整板材位置直至水平。
（3）超声波参数设置，将探头移动至待检测板材上，调整好上表面波闸门、底波闸门和跟踪闸门并设置好增益值，低通滤波设置为25MHz, 高通滤波设置为5MHz。
（4）设置超声波扫查范围，扫查范围需覆盖住整块待检测板材和整块对比试块板。
（5）对整块待检测板材和整块对比试块板进行超声波扫描，扫描方法采用步进式100%扫描。
（6）数据分析，调出底波监控闸门获取的C-扫描图，用指数函数方式显示图片并调节比例尺直至当量直径为0.4mm的人工缺陷被充分暴露出来。
（7）检视及判定，在该显示灵敏度下对被检测板的C-扫描进行检视，观察被检测板的C-扫描是否存在尺寸大于当量直径0.4mm的不连续性显示。
实施例1的检测方法对带有当量直径分别为0.4mm、0.8mm、1.2mm的人工平底孔的厚度1.5mm试块板扫描，所获得的C-扫描图见图2，在该C-扫描图中，当量直径0.4mm的人工平底孔可以被清晰地显示出来。
实施例2
以密集型金属板材超细小不连续性（当量直径小于0.1mm）为例。
待检测板材为厚度为20mm，宽度为495mm，长度700mm的铝合金铸造板材，该铸造板材取自铝合金扁铸锭的横截面，使用与该板材厚度相近的圆柱形φ1.2平底孔试块作为对比试块，将对比试块和待检测板材一同放置于水平检测平台上。
（1）探头选型安装，在超声波检测设备上安装频率为10MHz的水浸式平探头，调节探头角度使探头与待检测板材上表面垂直。
（2）调节探头的水距，使第二次上表面回波出现在第一次下表面底面回波之后。
（3）超声波参数设置，将探头移动至待检测板材上，调整好上表面波闸门、底波闸门和跟踪闸门并设置好增益值，低通滤波设置为15MHz，高通滤波设置为5MHz。
（4）设置超声波扫查范围，扫查范围需覆盖住整块待检测板材和圆柱形试块。
（5）对整块待检测板材和圆柱形试块进行超声波扫描。
（6）数据分析，调出底波监控闸门获取的C-扫描图，用指数函数方式显示图片并调节比例尺直至圆柱形试块上的φ1.2平底孔图像被充分显示出来。
（7）检视及判定，在上述显示灵敏度下对被检测板的C-扫描进行检视，观察被检测板的C-扫描是否存在密集型的不连续性显示。
实施例2的检测方法对被检测板材和圆柱形试块进行超声波扫描，并对C-扫描图使用本发明所述方法进行处理，最终获得的C-扫描图如图3所示。在图3中，可清晰地观察到被检测板材上存在长168mm, 宽12mm的密集型不连续性区域。但是，使用现有的脉冲反射超声波检测技术，使用闸门监控板材上、下表面回波信号之间的区域获得的C-扫描图的密集型不连续性显示模糊不清，见图4。对图3中的密集型不连续性区域取样进行理化解剖分析，金相分析结果显示：在晶界处存在黑色粗大异质相如图5、图6所示。使用扫描式电子显微镜（SEM）对样品分析并使用EDS能谱仪对黑色粗大异质相进行成分分析，见图7，分析结果为：黑色粗大异质相呈薄片状并含有大量金属氧化物（主要为Al2O3）。因此，推断该样品的密集型不连续性为氧化物夹渣。
Claims (3)
1.一种金属板材的超声波检测方法,其特征在于：采用水浸式聚焦探头或水浸式平探头进行金属板材的超声波探伤，将对比试块板和待检测金属板材同时放置于水平检测平台上，通过对被检测金属板材底部的反射回波进行分析，可发现金属材料表面、近表面和内部的不连续性；检测方法包括以下步骤：
（1）探头选型安装，在超声波检测设备上安装频率为10～15MHz的水浸式聚焦探头或水浸式平探头，调节探头角度使探头与待检测金属板材上表面垂直；
（2）调节探头的水距，观察金属板材上表面反射回波的波高直至波高出现最大值；
（3）超声波参数设置，将探头移动至待检测金属板材上，调整好上表面波闸门、底波闸门和跟踪闸门并设置好增益值，低通滤波设置为15～25MHz, 高通滤波设置为5～10MHz；
（4）设置超声波扫查范围，扫查范围需覆盖住整块待检测金属板材和整块对比试块板；
（5）对整块待检测金属板材和整块对比试块板进行超声波扫描，扫描方法采用步进式100%扫描；
（6）数据分析，调出底波监控闸门获取的C-扫描图，用指数函数方式显示图片并调节调色板的比例尺直至验收方法规定的人工缺陷被充分暴露出来；
（7）检视及判定，在显示灵敏度下对被检测金属板材的C-扫描进行检视，将对比试块板上的验收方法规定的不连续性图像与被检测金属板材上的不连续性图像进行比较；如果被检测金属板材的某个不连续性图像比验收方法规定的不连续性图像尺寸大，则该不连续性被判定为不合格；反之为合格。
2.根据权利要求1所述的金属板材的超声波检测方法，其特征在于：所述的步进式为扫描步进小于等于验收方法规定的人工缺陷当量直径的一半，扫描步进为0.1mm～1.6mm；或者扫描步进小于等于有效声束直径宽度。
3.根据权利要求1所述的金属板材的超声波检测方法，其特征在于：所述的对比试块板与待检测金属板材是相同合金牌号、相同合金状态、同批次的金属板制作成的，并在对比试块板上制作验收方法规定当量大小的人工缺陷；或者使用厚度相近的平底孔标准试块作为对比试块。
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