钢板超声波探伤缺陷成因及控制分析

钢板超声波探伤缺陷成因及控制分析

【摘要】本文首先介绍了在钢板中应用超声波探伤检测的工作原理，然后又对常见的一些探伤缺陷以及其成因进行了简要探讨，并就钢板超声波探伤的主要控制因素进行了相应阐述。

【关键词】超声波探伤；控制分析；缺陷成因

引言

在我国的有关国家标准中，明确地规定了压力容器板、建筑结构、锅炉板、船板等特殊用途的钢板，必须进行有关的超声波探伤实验。超声波探伤技术，可分为手动探伤和自动探伤这两种方式。手动的探伤，具有灵活性强、投资低等优点，因此，在我国的大多数中厚型钢板中，多采用这种探伤方法。但是，在手动探伤中，仍然存在着生产效率低、探伤速度慢、探伤时间长、劳动强度大、易造成漏探和误探、占用生产场地多等缺点。而自动探伤技术则包含了占用生产场地少、效率高、速度快等优点；而且自动探伤技术还采用了在线的方式进行探伤，基本上不会存在钢板的重复搬运以及占用生产场地的问题。

1、超声波探伤的原理

超声波探伤技术，主要是通过其探头发射一定的超声波信号，这些信号进入到钢板的内部之后，钢板如果存在某些的缺陷，那么其声阻抗就会发生相应的变化，反射率、透射率进而也会产生一些相应的变化，在这种情况下，探伤仪上的波形也会发生变化。所以，只要通过反射波的形状、强弱、多少、冶炼轧制工艺、分布范围以及底波状况等因素，就可以判断分析出钢板发生缺陷的大小、性质和位置等。

在超声波探伤中，采用不同波形和频率的超声波，会在测试材料上返回不同的波形，因此，一般采用的都是频率高于20kHz的超声波。当超声波进入待测材料后，会产生一些机械振动。由于超声波会在不同的材料中，呈现出不同的特性，因此，可以利用超声波探伤，检测出不同特性的测试材料。

在一般钢板的超声波探伤中，是通过横波和纵波这两种形式的波形来完成测试过程的；横波是用来检测钢板内部以及其表面的纵向线状缺陷的；而纵波则是更适合于检测钢板内部的球状裂纹、夹渣、分层等内部缺陷。

2、钢板常见缺陷及其成因

2.1钢板常见的探伤缺陷

（1）分层。分层主要是由于硫化物、金属氧化物、非金属夹杂物以及板坯缩孔残余等，没有在轧制工程中，被完全的轧扁焊合而形成的；其缺陷大多与板

面基本平行，出现在钢板偏中部或者是正中部。

（2）裂纹。裂纹主要是指热处理或者是白点产生的裂纹，其中，热处理裂纹是由于切割时热影响区的热应力或者是热处理的不规范而造成的垂直于钢板轧制面的裂纹，只是偶尔的在其内部发生，大多数情况下发生正在其钢板的表面。而白点是由于在轧制冷却的过程中，氢气还没有来得及扩散，而形成的小裂纹，其危害比较小。

（3）夹杂。夹杂的缺陷部位往往分布是没有规律的，其是由于在轧制时因为压缩比过小，而没能进行焊合形成的，可分为外在夹杂和内在夹杂两大类。其中，外来非金属夹杂，多数情况是由于炉壁上的耐火材料脱落而形成的；内在夹杂则是由于低熔点的夹杂物混在了钢水中，产生了较多的中心碳锰偏析形成的。

由于缺陷的不同性质会产生不同的危害程度，因此，在进行探伤前，必须掌握整个钢板的生产过程，正确地去判别缺陷的性质、大小以及位置等信息。

2.2分析超声波探伤缺陷的成因

（1）点状密集型的缺陷

通过对钢板进行多次的超声波探伤发现，点状密集型的缺陷多与中心裂纹、中心偏析、夹杂物以及贝氏体组织的存在有关。

在钢板中产生中心裂纹主要有以下两个原因。一是，成分偏析存在于连铸坯的1/2厚度处，在轧后和轧制的过程中而形成的一些微裂纹；二是，一些中心微裂纹原本就存在于连铸坯的本身，只是在轧制的过程中被扩大了。连铸坯的中心裂纹是由于凝固末期连铸坯的凝固收缩引起的。

中心偏析是在连铸工艺中，无法避免的一类缺陷，其分布不均匀的元素会导致出现机械能不稳定的钢板，无法被使用。中心偏析主要是在钢坯凝固的末期，由于柱状晶比较发达，导致了磷、硫、锰、碳等容易发生偏析的元素在铸坯厚度的中心位置进行富集的现象。

（2）侧边条型缺陷

在对钢板进行超声波探伤时，发现在钢板的侧边存在着条型的缺陷，然后再经过了仔细地检验后，还发现在钢板的1/2厚度处，还有裂纹的存在。结合轧制过程中的宽展系数，再根据缺陷的形态以及出现的位置，可以推断出距离侧边比较远的条型缺陷是由靠近连铸坯三角区的中心裂纹引起的；而距侧边比较近的条型缺陷则是由连铸坯的三角区裂纹引起的。

3、分析其探伤缺陷的控制因素

3.1夹杂物的影响

在钢板厚度的中心，聚集氮化物以及硫化物的夹杂，将会给钢板的探伤性能，带来较多的不利影响。

在中厚板的中心，若出现了氮化物的夹杂，则很有可能会形成裂纹源，使钢板中心的裂纹不断地被加大；而一些大型的氮化物夹杂，其本身也比较容易出现破碎，在界面处形成空洞；在应力的作用下，空洞之间相互贯通，进而形成微裂纹。

在钢板轧制的过程中，在硫化物的夹杂与基体之间的变形存在着不协调性，在极点处，夹杂所受到的应力，并不是一直不变的，其是随着压力下量的增加，而不断地增大的。那些夹杂在轧制力的作用下，不断地沿着轧制方向进行流动，在钢板上的分布情况是一些带状或者是链状，而许多的位错环则出现在了夹杂物的周围。在外力的作用下，当位错环移动到了基体与夹杂物的界面时，就会导致界面的分离，进而形成一系列的微孔；刚形成的微孔又会减小后面位错环所受到的排斥力。紧接着新形成的位错环，又将会不断地推向微孔，导致微孔朝着侧向进行不稳定地聚合与扩展，进而形成了较大的微裂纹。所以，沿着轧制的方向，广泛分布的硫化物夹杂也会引起钢板的分层，并且还是其主要的控制因素。

3.2异常组织的影响

实际上，钢板的基体组织是由铁素体和珠光体组织形成的，而马氏体、贝氏体组织的存在，使其硬度略微的高于周围的基体组织。而在钢板受力变形的过程中，塑性较差的马氏体、贝氏体组织则更容易产生应力集中的现象。所以，马氏体、贝氏体组织不仅会使钢板材料变得更加的脆性，而且在其与氮化物或者是硫化锰夹杂的共同作用下，还会导致众多裂纹的产生。

结语

通过本文的分析，我们可以清楚的看出，引起钢板超声波探伤存在缺陷的原因，就是在其钢板厚度的中心位置出现的微裂纹；而大多数微裂纹的出现，都与夹杂物以及异常组织有关。因此，在今后的生产工艺中，应该尽量的减少钢板中的夹杂物与异常组织，以确保钢板的质量。

参考文献

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