一种超声波探伤方法与流程

本发明属于钢材质量检测领域。
背景技术：
：目前，轨道交通、能源、高端制造等用钢材料中，绝大部分均有超声波探伤要求，据统计，约近50％的质量异议同超声波探伤不合有关，但超声波探伤只能判断为疑似缺陷，对准确找出和定性缺陷是比较困难的，这也给钢材生产厂家如何快速反应，找出问题的根源，有效改进工艺，稳定质量带来难度。现有的技术就是通过超声波的探伤找出这些缺陷的存在部位，然后解剖分析，具体如下：1.探伤定位：(1)用直探头找出3n(3倍静场区)以外的疑似缺陷(如图1所示)；(2)用斜探头找出近表疑似缺陷(如图2所示)；2、取样：对探伤定位位置(深度、探头覆盖的范围-工件探伤表面的长度、宽度)进行取样，取样位置一般距缺陷位置10mm以内(一般在1-2mm)进行取样，检验面为平行探头方向或垂直探头方向(如图1-2虚线所示)，一般选取垂直探头方向。为更加精确取到缺陷位置，常用有两种方法：(1)在距缺陷位置上方约3-5mm(平行于探头面)，进行多次打磨与磁粉探伤，待发现有明显磁痕，即锯切此面作为检测面；(2)在距缺陷位置约1mm(平行或垂直探头面，一般选择垂直面)进行线切割取样或锯切取样；3.分析：对所取试样进行低倍、金相、eds等分析。存在问题：1)取样过程繁琐，耗时耗力，取样周期长，采用线切割取样一般要12～24h/块；2)不能高效准确分析超声波探伤疑似缺陷。因不易取到真实的探伤缺陷位置，导致无法进行针对性的分析，来判断真实的探伤疑似缺陷。根据探伤设备的精度和超声波在钢中声速不同，探伤定位误差达到声程(高度)的±2.3％左右，同时，考虑到测量误差，定位误差大约在±2.5％左右，如500mm高的钢材，定位误差在±12.5mm。但钢中的缺陷比例一般情况非常少，较大缺陷分布沿深度、长度、宽度方向一般都只有3-5mm。因此无论采用线切割或锯切取样，均有可能漏掉探伤缺陷位置，据统计，探伤取样分析成功概率不足50％。3)取样后的分析难度大。不能直观观察缺陷的大小、特征、分布及对材料特性的影响，由于取样后进行分析的仅仅是一个检测面，但缺陷的分布是分散、立体的，通过进行一个面上的漏头缺陷分析整个探伤缺陷特征不直观、同时效率低，漏掉探伤缺陷的概率大。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是实现一种能够快速、准确找出钢铁材料中的超声波疑似缺陷，准确判断这些缺陷的立体特征、为缺陷危害评估及工艺快速改进提供方向。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种超声波探伤方法，包括以下步骤：步骤1、超声波探伤定位：由超声波探伤定位找出缺陷的具体的位置；步骤2、取样与制样：以探伤缺陷当量最大面作基准面，探头中心对应位置作圆心，上下各延长定额长度，取定额直径拉伸试样坯样，并对坯样加工成圆棒或方棒；步骤3、试样热处理：进行软化退火处理；步骤4、拉伸试验；步骤5、断口观察与分析：观察拉伸断口找到缺陷，对比拉伸性能的变化，从而获得确定缺陷的性质。所述步骤1中，包括直探头探伤缺陷时缺陷的定位和斜探头探伤缺陷时的定位；所述直探头探伤缺陷时缺陷的定位包括以下步骤：1)设置超声波仪器初始参数；2)校准超声波仪器；3)确定检测的底波或基准灵敏度，并在此灵敏度的基础上增加补偿的灵敏度或制作avg曲线；4)测试探头声束轴偏离，调整探头使缺陷正位于探头中心轴线上，缺陷深度为当前仪器最高波处所显示的读数；5)在工件上划出缺陷位置；所述斜探头探伤缺陷时的定位包括以下步骤：1)设置仪器初始参数；2)输入探头标称角度或k值；3)测量探头前沿长度并输入仪器中；4)输入探头标称角度或k值；5)使用标准试块或对比试块调节仪器比例；6)在工件上划出缺陷位置。所述步骤2包括以下步骤：1)以步骤1中获取的工件上的缺陷位置为基准面，上下或左右延长55mm，取φ25或φ30的拉伸试样坯样；2)将拉伸试样坯样进行加工为φ10mm、φ15mm的圆棒、方棒或其他拉伸试验需要的形状；3)加工的尺寸，精度、粗糙度符合试样标准，且加工过程中防止加工表面硬化、弯曲、变形、扭伤、划痕现象。所述步骤3中，针对工件的材质硬度，若硬度≥300hb，进行软化退火处理，退火温度为ac1-20～30℃，退火后硬度≤280hb；若硬度＜300hb则不需要热处理。所述步骤4包括以下步骤：1)选zwick型号为z600e的拉伸试验机；2)核对试样与编号相对应；3)按照标准测量平均值、计算横截面面积，用标距打点机在试样上标上轻微的标距；4)拉伸速率设置均匀，弹性段设置为10mpa/s,屈服阶段设置为0.0008/s,屈服之后设置为0.005/s。所述步骤5中，观察断口：若出现可见孔洞，则存在疏松、气孔、缩孔缺陷；分析断口：若观察拉伸断口，发现夹杂、缩孔、白点、气孔、裂纹、成分偏析缺陷，则直观到缺陷的大小、分布及对力学性能的影响。所述步骤5中:若试样中大尺寸夹杂物含量高缺陷，会形成大裂纹，并且在夹杂物含量最高处发生断裂；若试样中存在白点、气泡、缩孔、裂纹缺陷，会导致材料塑性、面缩率减小；若试样中成分偏析处的异常组织缺陷，则断裂处没有发生或很少产生塑性变形，产生准解理条纹。所述步骤5中，进一步分析缺陷特征，结合eds分析，对缺陷形貌、特征、成分进行详细分析，准确定性缺陷，为缺陷危害性评估及工艺改进提供方向。与以往仅仅依靠超声波定位取样的常规方法只能相比，此方法能快速有效的找出探伤缺陷(较常规方法取样工作量减少70～90％，找到缺陷的概率提高30％以上)、同时能直观观察缺陷的形貌、大小以及分布，及对材料力学性能的影响，能够快速评估探伤缺陷对材料的危害性，为工艺及时改进稳定产品质量提供方向。附图说明下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：图1为直探头探伤示意图；图2为斜探头探伤示意图；图3为φ25拉伸试样毛坯样示意图；图4为φ30拉伸试样毛坯样示意图；图5为1#拉伸试样图示意图；图6为2#拉伸试样图示意图；图7为1#～4#拉伸曲线图图1、2中虚线为检测面具体实施方式下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。本发明是一种具体发现超声波探伤疑似缺陷的取样与分析方法，能快速有效的找出缺陷，同时能宏观观察缺陷大小、分布、类型及对材料力学性能的影响，其适用于车轴、环件、车轮、圆钢、方钢等超声波探伤疑似缺陷的分析。为快速、准确找出钢铁材料中的超声波缺陷，并且准确判断这些缺陷的立体特征、为缺陷危害评估及工艺快速改进提供方向。本方法是以探伤缺陷具体位置(最大缺陷当量对应的缺陷平面覆盖面积、缺陷深度)作为拉伸毛坯试样中间部分(非夹持部分)，在试验机上拉断(常温、低温、高温试验条件，进行拉伸均可)，观察和分析拉伸断口。超声波探伤方法包括以下步骤：步骤1、由超声波探伤定位找出缺陷的具体的位置(深度，长度、宽度)；1)直探头探伤缺陷时缺陷的定位1.1)设置超声波仪器初始参数(检测范围、声速、延迟、重复频率、频带、发射方式等)；1.2)校准超声波仪器所检测材料中的声速及探头零点(探头晶片到入射点间的声时)。剔除声速和零点对仪器声程、水平距离、垂直距离等计算参数的影响；1.3)确定检测的底波或基准灵敏度，并在此灵敏度的基础上增加补偿的灵敏度或制作avg曲线；1.4)测试探头声束轴偏离，则缺陷正位于探头中心轴线上，缺陷深度为当前仪器最高波处所显示的读数；1.5)扫查时找到缺陷最高回波所对应的缺陷距离，在工件上划出缺陷位置。2)斜探头探伤缺陷时的定位2.1)设置仪器初始参数(检测范围、声速、延迟、重复频率、频带、发射方式等)；校准仪器所检测材料中的声速及探头零点(探头晶片到入射点间的声时)。剔除声速和零点对仪器声程、水平距离、垂直距离等计算参数的影响；2.2)输入探头标称角度或k值；2.3)测量探头前沿长度并输入仪器中；2.4)输入探头标称角度或k值；2.5)使用标准试块或对比试块(cskⅲa等)调节仪器比例；2.6)扫查时找到缺陷最高回波所对应的缺陷距离，在工件上划出缺陷位置。步骤2、以探伤缺陷当量最大面作基准面(中心面)，探头中心对应位置作圆心，上下各延长55mm，取φ25或φ30拉伸试样坯样，加工成直径为φ10mm、φ15mm的圆棒、方棒或其他试样进行拉伸试验，标注5d0、10d0；以探伤定位的缺陷当量最大面的具体位置为基准面(中心面)，上下或左右延长55mm，取拉伸试样毛坯样，拉伸试样尺寸根据缺陷所在位置，如图3、4所示；将拉伸毛坯试样进行加工：磨削标距处至尺寸要求，精度、粗糙度符合试样标准；试样在加工过程中应防止加工表面硬化、弯曲、变形、扭伤、划痕等现象。加工试样尺寸分别为1#、2#拉伸试样，2#拉伸试样可加工台阶(r4)也可用拉伸试样毛坯样直接进行拉伸试验，如图5、6所示。步骤3、对于抗拉强度rm≥900mpa的材料，进行软化退火处理，使其抗拉强度rm≤800mpa；从硬度角度分析：对于材料硬度≥300hb，进行软化退火处理，退火温度为ac1-20～30℃，退火试样可以为探伤缺陷大试样，也可为图一、图二的拉伸试样毛坯样。退火后硬度≤280hb；材料硬度≤280hb不需要热处理。步骤4、进行拉伸试验，包括以下步骤：1、选zwick型号为z600e的拉伸试验机；2、核对试样与编号相对应；3、按照标准测量平均值、计算横截面面积，用标距打点机在试样上标上轻微的标距(标距点不影响试样的断裂性能)；4、拉伸速率设置均匀，选用相对慢一点的速率，防止拉伸速率过快，不在探伤缺陷处断裂。弹性段设置为10mpa/s,屈服阶段设置为0.0008/s,屈服之后设置为0.005/s。步骤5、观察拉伸断口，直接观察断口形貌，找到缺陷，对比拉伸性能的变化，进行针对性的分析，确定缺陷的性质，从而针对性的评估缺陷危害、及时改进工艺，稳定产品质量。断口观察：通常情况下，疏松、气孔、缩孔等缺陷在拉伸断口上可见孔洞。大的夹杂物颗粒及其分布在拉伸断口上直接观察到。断口分析：拉伸过程中裂纹的扩展方向沿着消耗能量最小(即原子结合力最弱的)区域进行,且与最大应力方向有关，而钢材中探伤缺陷破坏基体的连续性，其断口是材料性能最弱或所受应力最大的部位，通过观察拉伸断口，可以发现夹杂、缩孔、白点、气孔、裂纹、成分偏析等缺陷，并且直观到缺陷的大小、分布及对力学性能的影响拉伸断口表面大致可分三个区域：纤维区、放射区和剪切唇区。如试样中大尺寸夹杂物含量较高，显著影响基体的连续性，随外界载荷的作用，在微裂纹缩孔大量形成阶段，夹杂物和基体之间脱落，形成的裂纹尺寸也较大，微裂纹快速链接长大，最后在夹杂物尺寸较大的位置发生断裂。拉伸试样中存在白点、气泡、缩孔、裂纹等缺陷，会直接影响裂纹的萌生和扩展方式，从而影响试样的断口特征，同时大量非金属夹杂物、裂纹、孔洞的存在，也是导致材料塑性、面缩率减小的主要原因。在拉伸过程中，由于成分偏析处的异常组织如m、ma数量多且密集，局部弹性极限增高，塑性变形受到限制，而周围非偏析区发生屈服并通过塑性变形释放外部增加的应力，随着偏析区应力不断增高，达到局部断裂应力时产生断裂，偏析处断裂前没有发生或很少产生塑性变形，产生准解理条纹。为进一步分析缺陷特征，结合eds分析，对缺陷形貌、特征、成分进行详细分析，准确定性缺陷，为缺陷危害性评估及工艺改进提供方向。下面以具体的一次探伤试验进行说明：工件：42crmo4环件：φ3000mm*300mm*200mm，硬度：260～275hb，探伤局部发现密集型缺陷，探伤最大平底孔当量φ1.3mm。1)探伤准备探伤设备：cts-9009探头：2.5p20耦合剂：机油探伤方法：①直探头接触法探伤；②以φ2-6db平底孔当量为探伤灵敏度。2)探伤定位①校准仪器所检测材料中的声速及探头零点(探头晶片到入射点间的声速)。②测试探头声束轴偏离③扫查时找到缺陷最高回波所对应的缺陷距离，在工件上划出缺陷位置。3)缺陷具体位置对应缺陷最高回波处探头位置、缺陷指示距离所对应的平面即是疑似探伤缺陷面。拉伸试样与断口观察：以疑似探伤缺陷面为基准面，探头正中心对应的位置为圆心，取φ25或φ30试样毛坯样加工成2#拉伸试样，选4件环件，各取1根拉伸样。探伤缺陷最大平底孔当量为φ2.9。1#～4#试样断口白色物质经eds能谱分析，均主要为al2o3非金属夹杂，经生产过程调查，夹杂为连铸浇铸中包水口结瘤物，同中包水口插入深度不够有关。1#试样拉伸断口夹杂物长度占到了整个断面长度的70％以上，4#试样虽然长度不长，但是夹杂比较宽，因此这两个试样强度、延伸、以及断面收缩率较差。2#试样夹杂在拉伸的边缘，因此性能也不好，3#试样断面可以看出夹杂很小，3个很小的夹杂弥散分布断面上，对试样性能影响不大。1#～4#拉伸曲线图如图7，力学性能如下表。试样编号rp0.2mparmmpaa50％z％1#61782814.0262#61782219.0353#65985920.5484#62483511.525上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。当前第1页12