徐海洋超声波检测技术学习笔记(三十七)复合钢板裂纹检测与超声衍射法测高

对检测技术感兴趣的同事欢迎加入 中国无损检测技术联盟 微信群，群内云集众多国内无损检测专家，入群方式(群内严禁发送广告！）：加我本人微信18512439555（加微信请备注好工作单位与姓名，不然不予通过）

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。

复合钢板裂纹检测与超声衍射法测高

• 复合钢板裂纹（基材侧、覆材侧、内表面）不适合使用传统纵/横波斜探头检测，推荐采用爬波或表面波方法。

💡 核心结论：

• 在役设备裂纹需通过超声端点衍射法精确测量自身高度，以实现安全监视使用。

• 端点衍射法测高精度受裂纹深度、仪器闸门、显示器分辨率及探头聚焦半径等多因素影响。

复合钢板裂纹检测

爬波检测优势

• 沿工件表面传输 的纵波

• 与裂纹方向垂直或近似垂直

• 可获得 较高的检测灵敏度

• 适用于结合层及内表面裂纹

传统方法局限性

• 横波斜探头声程过长

• 纵波波长长，不利发现微小缺陷

• 倾斜入射导致 能量大量反射

• 结合层声阻抗差异影响传播

裂纹自身高度测试

端点衍射法测高

测试原理与步骤

• 利用 超声波在裂纹端点产生的衍射波

• 将裂纹端角反射波调至80%基准高

• 提高灵敏度 20~30dB 以观察衍射波

• 通过深度差计算裂纹自身高度

关键影响因素

• 裂纹深度 >4mm 时，衍射波与端角反射波分离

• 裂纹深度 <4mm 时，衍射波位于端角反射波上升沿

• 仪器闸门移动精度影响最小可测深度

• 显示器分辨率影响测量精度

系统与探头要求

• 仪器需具备 端点衍射法测试功能

• 优先选用横波点聚焦探头

• 频率越高（波长越短）， 测试精度越高

• 需制作与被检材料相同的校准试块

围绕复合钢板探伤评级、裂纹检测方法及处理建议等内容展开深入讲解，介绍了不同情况下的评级标准、各类裂纹的特点及适用的检测方法，还阐述了超声端点衍射法测高的原理和注意事项，内容如下：​

复合钢板探伤评级​

评级标准​

单个未结合缺陷指示长度评级：当缺陷长度远大于未结合缺陷宽度时，用指示长度进行评级，适用于特定情况下的缺陷评定。​

单个未结合缺陷面积评级：缺陷长度和宽度成比例时，用缺陷面积进行评级，可更准确衡量此类缺陷的情况。​

未结合率评级：当被检复合钢板面积小于 1 平方米时，用缺陷面积除以检测面积得到的未结合率进行缺陷评级，操作相对简单。

标准依据：具体的评级规定可查看相关标准表格，这是复合钢板探伤评级的重要参考。​

复合钢板裂纹缺陷分析​

裂纹出现概率​

新制造钢板：在新制造的钢板中，出现裂纹的概率相对较小。​

再役容器钢板：在再役的复合容器上使用的复合钢板，出现裂纹缺陷的概率较高。​

裂纹类型及特点​

基材侧裂纹：在结合层，与埋藏裂纹相同，构不成端角反射。​

覆材侧裂纹：可在覆材侧表面或厚度范围内出现，在覆材内表面形成的裂纹会与覆材内表面形成端角反射。

检测问题分析​

横波斜探头检测问题：用横波斜探头检测时，存在一次声程长、检测灵敏度低、探头镜片尺寸受限等问题。由于基材厚，大 k 值探头一次声程长，且打到裂纹是倾斜入射，大量超声波能量反射走，同时探头镜片尺寸受充电时间和触发频率限制。​

纵波斜探头检测问题：纵波波长太长，不利于发现微小缺陷，且往基材或覆材裂纹形成不了端角反射，纵波斜探头对覆材内表面裂纹的检出率低。​

检测方法建议：采用爬波检测三种裂纹缺陷，爬波是沿着工件表面传输的纵波，能与裂纹形成垂直或近似垂直，可获得较高检测灵敏度，但结合层位置的裂纹需爬波和表面波有一定检测深度才能检出，且采用爬波检测需制作等效校准试块。​

超声端点衍射法测高​

原理及应用​

依据特性：超声波在传播中遇到缺陷会产生绕射波，裂纹自身高度测试依据超声波的衍射特性进行。​

测试情况：对于钢板下表面或埋藏且有倾斜角度的裂纹，采用端点衍射法可测量其自身高度，精度较高。​

测试示例​

示例说明：以 24 毫米厚钢板下表面 2.2 毫米深度的裂纹为例，将端角反射回波最高幅度调到 80%，释放仪器灵敏度余量 20 - 30 dB 才能看到裂纹端点回波，通过仪器显示的端点衍射波深度计算裂纹自身高度。​

不同深度裂纹特点：裂纹深度大于等于 4 毫米时，衍射波形成独立反射，用闸门分别套住衍射波和端角反射波计算裂纹高度；小于 4 毫米时，衍射波在端角反射回波上升沿处。​

注意问题​

裂纹深度与回波关系：裂纹深度大于 4 毫米，端点衍射波与端角反射波形成独立反射；小于 4 毫米，衍射波沿端角反射回波上升沿向最高点移动。​

回波对应关系：利用端点衍射法测量裂纹自身高度需有端角反射波与端点衍射波，通过二者对应关系计算裂纹高度。​

检测系统建立​

仪器选择：超声波探伤仪应具备横波斜探头扫描、基线校准与探头配置及迁移测试功能，且具备端点衍射法裂纹自身高度测试功能。​

探头选择：选用超声横波，理想探头为点聚焦横波平面，声场直径不宜超过 4 毫米，实际检测先用普通横波斜探头扫查，发现裂纹后用特高专用聚焦探头。​

试块选择：检测普通材料选用 CSK - 1 型或 SGB - 6 型标准试块；遇到不同材质钢板需制作校准试块，也可制作类似 CSK - 2 - 1 型带有不同深度测试孔的专用对比试块。​

系统调整：端点衍射法裂纹自身高度测试属于横波斜探头检测，扫描基线校准、探头前沿测试等可参照第四章应用技术实现，确定机组灵敏度时无需制作距离波幅曲线，也无需设置基准深度。​

影响因素分析

闸门移动距离：闸门每次移动水平距离越小越好，否则可能套不住端点衍射波，影响测量精度。​

显示器分辨率：显示器分辨率越高，扫描基线上刻度代表的毫米数越小，端点衍射法测量精度越高。​

探头聚焦半径：采用端点衍射法测试上表面裂纹自身高度，所能准确测试的裂纹最小深度尺寸受探头聚焦半径影响，聚焦半径越小越短越好。​

聚焦声场特性：聚焦探头存在近场长度，上表面裂纹自身高度越小，越接近近场检测，会导致缺陷尺寸测量误差增大。​

反射回波特点：下表面裂纹缺陷衍射回波与端角反射回波较易区分，上表面裂纹与探头在同一表面时，衍射波选择难度大。​

在役设备裂纹处理建议​

监视使用原则：在役设备发现裂纹缺陷，一般不直接报废，采取监视使用方法，延长设备使用寿命。​

裂纹高度监测：需清楚裂纹缺陷的自身高度，后续周期性检验监视裂纹扩展情况，根据裂纹扩展程度和与壁厚的关系决定设备是否继续使用。​

返修成本考量：对于在役设备的裂纹，返修需重新做热处理和打水压，成本较高，如 2000 年初 1 万立球罐返修费用达 100 万，现在费用更高，因此监视使用是更可行的选择。​

​