铝钢复合板探伤.doc

回波高度对比法检测铝-钢复合板内部缺陷常太根（太原（钢铁）集团公司技术中心探伤站 030003）摘 要：介绍了一种利用回波高度对比法确定复合板中未结合缺陷及缺陷边界的超声波检测方法。探伤方法选择单直探头直接接触法和局部水浸法。可应用于铝-钢复合板内部质量的检测，操作简单，判定结果准确。关键词：铝-钢复合板；超声波探伤；回波高度ABSTRACT:A comparative method of ultrasonic flaw detection through echo height is introduced,which is used in measuring the unconnected flaw and its edge of complex plate of aluminum and steel.KEY WORDS:Complex plate of aluminum and steel;Ultrasonic flaw detection;Echo height1 前言铝-钢复合板是一种具有特殊使用性能的新型结构材料。由于钢具有高硬质、高脆性、高熔点等特点，而铝又具有优良的导电性、导热性，良好的耐蚀性、密度小等特点，两者复合后充分发挥两种金属的优良特性，它的用途越来越受到人们的重视。爆炸复合是铝-钢复合板最好的焊接工艺，在复合过程中，由于爆炸速率，药量，间隙等原因，可能在某些部位出现未结合现象，超声波探伤是较好的检测该缺陷的方法。不锈钢-普通钢复合板两介质声阻抗差异极小，利用超声波探伤时，结合界面几乎没有反射波。而铝和钢两介质的声阻抗差异很大，超声波在传播过程中遇两介质界面时，在完全结合的情况下也产生反射。因而探伤时结合界面反射波与未结合缺陷反射波常出现在显示屏同一位置，难以区分是否为缺陷波，给正确检测铝-钢复合板中未结合缺陷带来一定的困难。本文介绍了一种利用波高对比法确定铝-钢复合板中未结合缺陷及缺陷边界的超声波探伤方法。2 超声波探伤方法选择采用频率为2.5MHz，探头直径为20mm的单直探头对规格为7mm+24mm的铝-Q345C复合钢板进行纵波探伤，耦合方式选择直接接触法和水浸法。实际检测过程中发现采用双晶探头进行复合板探伤时如果探头焦点落在结合面，则反射波相当强烈，与钢板底面回波无法比较；如探头焦点不在结合面上则波形较复杂，不利于用波高比较法确定缺陷。所以不建议采用双晶聚焦探头。3 试验结果分析3.1 直接接触法探伤结果分析 分别从铝-钢复合板铝板侧和钢板侧进行探伤所得到的超声波波形图见图1和图2。 （a）完全结合 （b）未结合 （c）未结合边界图1 接触法从铝板侧探伤所得波形 （a）完全结合 （b）未结合 （c）未结合边界图2 接触法从钢板侧探伤所得波形从图1和图2所示波形特征可以得出：1）图1（a）所示波形中为复合板完全结合时超声波反射波形，B1为结合界面反射波，B2为底面反射波，根据声压反射率公式计算得出铝-钢界面声压反射率r=（c钢c铝）/（c钢c铝）0.457；透射波到达复合板底面全反射，往复透过率T1r2=0.7975。结合界面波与底面反射波分贝差dB（B1B2）=20lg r/T=-4.8dB。复合板完全结合时，结合界面反射波波高比底面反射波波高始终低4.8 dB。图2（a）中可以看出从钢板侧探伤结果和铝板侧探伤结果相同。因此，从铝板侧和钢板侧探伤时，探头扫查过程中，超声波波形显示结合界面反射波比底面反射波波高相差为-4.8dB时即可认为钢板完全结合。2）图1（b）和图2（b）为分别从两侧探伤检测到完全未结合缺陷时超声波反射波形，特征为底面反射波消失，出现多次未结合缺陷反射波。3）图1（c）和图2（c）为测定未结合缺陷边界时的超声波反射波形图。当出现结合界面反射波与底面反射波的波高差值大于-4.8 dB时，可认为存在未结合缺陷。移动探头观察波形变化，当结合界面和底面反射波高差值为0 dB时，探头中心点即为未结合缺陷边界点。3.2 水浸法探伤波形分析对面积较大的铝-钢复合板进行检测时，往往采用局部水浸法。图3、图4为局部水浸法探伤时所得各类波形。 （a）完全结合 （b）未结合 （c）未结合边界图3 水浸法从铝板侧探伤所得波形 （a）完全结合 （b）未结合 （c）未结合边界图4 水浸法从钢板侧探伤所得波形从图1和图2所示波形特征可以得出：1）图3（a）和图4（a）中为分别从铝板侧和钢板侧采用局部水浸法检测铝-钢复合板时结合界面完全接合情况下所得波形，波形有两个特点，其一是有两个较强发射波S1、S2，它们是水/铝（或水/钢）界面一次回波和二次回波。且S1与始波之间有一段距离，这是超声波在水层中传播的距离，检测是可忽略此段波形，将S1调至显示屏零点位置；其二是铝-钢结合界面回波B1与钢板底面回波B2相差约-4.8dB。根据理论公式计算可证明，复合板完全结合时，B1与B2始终相差-4.8dB。计算如下（以从铝板侧探伤为例）：声波透过水进入复合板，各个界面的声压反射率及两界面分贝差dB为：水/铝界面反射率r1=（c铝c水 ） / （c铝c水）0.837 ；铝/钢界面反射率r2=（c钢c铝）/（c钢c铝）0.457。铝/钢界面回波与水/铝界面回波dB差:dB（B1S1）20Lg（1r12）r2/r1=-15.73dB；钢板底面回波与铝/钢界面回波dB差:dB（B2B1）20Lg (1r22)/r2=4.8dB ； 钢板底面回波与水/铝界面回波dB差:dB（B2S1）20Lg (1r22)（1r22）/r1-10.93dB。检测时，首先调整水层高度，将二次水/铝（或水/钢）界面反射回波调整至复合板底面回波之后，排除水/铝（或水/钢）界面反射波的影响，确认结合界面反射波和底面反射波；其次波形显示结合合界面反射波比底面反射波波高相差为-4.8dB时即可认为钢板完全接合。2）图3（b）和图4（b）波形为从铝板侧或钢板侧探伤，当检测到未结合缺陷时的波形图。波形特征为底面发射波消失，S1和S2之间出现多次缺陷反射波。3）图3（c）和图4（c）为局部水浸法测定未结合缺陷边界时的超声波反射波形图。当出现结合界面反射波与底面反射波的波高差值大于-4.8 dB时，可认为检测倒未结合缺陷。移动探头观察波形变化，比较B1、B2高度差，当两者差值为0 dB时，探头中心点即为未结合缺陷边界点。4 结论1）用单直探头直接接触发检测铝-钢复合板时，观察仪器显示屏波形，通过比较结合界面反射波波高和底面反射波波高可以确定钢板是否存在未结合缺陷。当结合界面反射波高比底面反射波高相差-4.8dB可认为钢板完全结合；大于-4.8dB时可认为检测到未结合缺陷；当底面反射波完全消失，结合界面反射波多此发射时可认为检测到大面积未结合缺陷。2）利用结合界面反射波和底面反射波波高比较的方法可准确确定未结合缺陷边界，两个波波高相差0dB时，探头中心点即为未结合缺陷边界点。参考文献：1全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会