徐海洋超声波检测技术学习笔记(三十六)复合钢板超声波探伤技术讲解

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南京毅检无损检测科技有限公司：专业从事奥氏体不锈钢材质、复合层（奥氏体+碳钢）材质、碳钢材质，镍基合金、铝合金、对接焊缝、管座角焊缝超声波（UT）、相控阵（PAUT）检测业务。并出售超声波探头、相控阵、TOFD楔块、扫查器、编码器。磁粉探伤仪、射线机。并举办 EN ISO 9712 无损检测培训班。

复合钢板超声波探伤技术讲解

• 复合钢板探伤需重点关注基材与覆材结合面的脱接（未结合）缺陷，其波形变化是判伤关键

💡 核心结论：

• 检测频率不宜过高（推荐 2-5MHz ），并必须校准复合材料的综合声速，以确保定位准确

• 缺陷判别需结合声阻抗差异，通过分析主合始波与底波的宽度、幅度及上升沿变化来识别缺陷大小与性质

复合钢板缺陷与检测系统

复合钢板典型缺陷

• 主要缺陷为 基材与覆材结合面脱接

• 脱接缺陷也称为未结合缺陷

• 结合面两侧也可能产生裂纹

• 覆材内壁同样可能产生裂纹

检测系统技术要求

• 仪器需支持 单/双晶纵波直探头 与爬波探头

• 探头频率推荐 2-5兆赫兹 ，不推荐10兆赫兹

• 频率过高会导致衰减严重且信噪比差

• 探头直径一般不大于 φ10到φ25毫米

试块与声速校准

• 通常使用 复合钢板自身厚度 完成校准

• 无专用对比试块

• 必须首先测试复合钢板的 综合纵波声速

• 使用错误声速校准会导致定位误差

检测流程与波形识别

不同声阻抗下的缺陷波形分析

围绕复合钢板超声波探伤展开，详细讲解了复合钢板缺陷类型、检测系统建立与调整、扫查方式、缺陷波判别以及未结合区测定与评定等内容，为复合钢板的超声波探伤提供了全面的技术指导，内容如下：

复合钢板缺陷类型​

常见缺陷位置​

脱接缺陷：基材与覆材接触面（虚线位置）易产生脱接，也称为未结合缺陷，还可能出现在复合层的基材一侧、覆材一侧以及覆材的另一侧。​

裂纹缺陷：在连接部位会向基材侧和覆材侧产生裂纹，覆材内壁也可能产生裂纹。​

基材与覆材特点：复合钢板一般基材厚度远大于覆材，基材起加强作用，常用普通碳钢；覆材起防腐作用，常用铝和不锈钢等耐腐蚀材料。

检测系统建立​

仪器要求：探伤仪需具备单晶或双晶纵波直探头与爬坡探头检测系统调整的功能，部分仪器可能不具备爬坡探头检测功能。​

探头选择​

类型：常用单晶或双晶纵波直探头进行检测。​

频率：检测频率一般为 2 - 5 兆赫兹，不赞成使用 10 兆赫兹的探头，因为频率越高衰减越严重，且国内亚晶镜片生产能力有限，制作 14 毫米的 10 兆赫兹亚晶镜片困难且价格高。​

直径：探头直径一般不大于 φ 10 - φ 25，用于检测脱接缺陷；使用爬波探头在复材侧检测裂纹缺陷效果较好；使用双晶纵波子弹头在复材一侧检测脱粘缺陷效果明显，双锥子弹头菱形声场的 f 值应与复合层厚度相同。​

试块选择：复合钢板检测缺陷性质单一，可使用复合钢板自身厚度完成校准，但要注意复合钢板自身厚度完成扫描的极限。校准前需掌握综合纵波声速，不能单纯用基材或覆材声速校准扫描基线，否则会出现误差。​

检测系统调整​

纵波声速测试：首先要测试综合纵波声速，具体测试方法在第五章后面有介绍。若不解决声速问题，扫描基线精度会变差，可能将脱接缺陷误判为底波。​

扫描基线校准：纵波单晶直探头、双晶直探头和爬波探头的扫描基线校准方法在通用部分第四章有讲解，强调要重视超声波通用技术。​

检测范围确定：通用部分也讲过确定检测范围的方法。​

基准灵敏度确定：纵波单、双频直探头分别以复合钢板完全结合部位第一次底面回波高度达到 80%作为基准灵敏度，此次培训要求将基准反射回波高度提高到 80%，并在此基础上增益 6 dB 作为扫查灵敏度。​

扫查方式​

边缘扫查：在复合钢板边缘或坡口预定线范围内进行 100%扫查，扫查宽度由标准决定。​

平行线扫查：在复合钢板中部区域，探头沿垂直于钢板压延方向，间距不大于 50 毫米的平行线进行扫查。扫查方向应与钢板轧制方向垂直，因为钢板轧制时杂质会沿长度方向延长，垂直扫查更容易发现具有一定长度的缺陷。​

格子线扫查：在复合钢板中部区域，探头沿垂直和平行钢板轧制方向，间距不大于 100 毫米的格子线进行扫查，这种扫查方式比平行线扫查更严格。​

缺陷波判别​

声阻抗相近情况​

基材侧检测：若基材与覆材声阻抗相近，在基材侧检测时，无缺陷时仪器显示屏显示主合始波，其上升沿和下降沿规律；存在面积小于声场截面积的脱接缺陷时，主合始波 t 之后会出现异常，底波上升沿形状发生微小改变；缺陷面积大于声场截面时，超声仪屏幕只有主波曲线，可通过闸门中点监视底波位置来判别缺陷。​

复材侧检测：在复材侧检测时，无脱接缺陷时超声仪器有规律完整的底波；存在面积小于声场截面积的脱接缺陷时，缺陷反射回波显示在主回波下降沿上；存在面积大于声场截面积的脱接缺陷时，主波时波宽度急剧增加，幅度急剧变化。​

声阻抗相差较大情况​

基材侧检测：即使复合良好也会出现界面回波，噪声信号大，信噪比差，缺陷波判别困难。无脱接缺陷时，底波上升沿会产生毛刺，变宽；存在面积小于声场截面积的缺陷时，底波降低，上升沿根部变宽且多峰；存在面积大于声场截面积的缺陷时，超声仪屏幕显示整个时波的缺陷。​

复材侧检测：用纵波双晶直探头在覆材表面探伤，无脱节缺陷时，主波和始波下降沿变宽，出现若干杂乱无章的情况；存在面积小于声场截面积的脱结区时，主波幅度降低，根部宽度增加，毛刺数量增多；存在面积大于声场截面积的缺陷时，超声波完全被阻挡，屏幕上只有严重变化波消失，主波和始波宽度急剧增加。​

未结合区测定与评定​

未结合区测定：当脱结缺陷面积大于声场面积，且第一次底波高度低于显示屏满刻度的 5%，同时有明显未结合缺陷反射回波存在（底波根部和上升沿发生变化），该部位称为未结合区。移动探头使第一次底波升高到显示器满屏高度的 40%，此时探头中心作为未结合边界的测量点。​

未结合缺陷评定规则​

指示长度评定：用一边平行于钢板压延方向的矩形框包围未结合区长边作为其指示长度，单个未结合指示长度小于 25 毫米时不做级规定。​

单个未结合缺陷面积评定：一个未结合缺陷按其指示长度的矩形面积作为其单个面积，多个相邻间距小于 20 毫米的未结合缺陷作为一个缺陷处理，其面积为各个未结合面积之和。​

未结合率定义：任意一米乘一米检测面积按未结合区的面积所占百分比来确定未结合区总面积占复合钢板总面积。强调对钢板探伤板中间区域和边缘区域都不能忽略相关评定。