0 引言

压力容器用钢板属特种设备材料^[1]，其过硬的质量将直接影响到压力容器的安全运行和使用寿命^[2]。如果钢冶炼过程控制不当，连铸钢中将会存在一些大型非金属夹杂，这些大型夹杂将破坏钢板基体的连续性，在钢板加工或使用过程中，将产生疲劳应力，造成应力集中^[3]。轻者使钢板塑韧性和疲劳性能降低，重者使钢板发生断裂。因此，钢板使用前如何有效检测出钢中是否存在大型夹杂物意义重大。

超声波检测是国内外评判压力容器用钢板内在质量的常用手段，但由于钢中夹杂物在钢板热轧成型过程中已与基体紧密结合^[4]，两者的交界面小，钢板在常规超声波检测时，钢中的大型夹杂物往往很难被检测出来。笔者在执行GB/T2970、NB/T47013.3等超声波检测要求的基础上，结合多年实际检测经验，借助金相、能谱等分析手段，总结了一套钢板夹杂物超声波检测方法。

1 超声波探伤仪检测原理及方法 1.1 检测原理

一般地，在均匀材料中缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理知道，超声波送入两种不同声阻抗的介质交界面上将会发生反射，反射回来的能量大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关^[5]。图 1为脉冲超声波检测仪电路示意图，其工作原理是声源产生超声波，采用一定的方式使超声波送入工件。超声波在工件中传播并与工件材料以及其中的缺陷相互作用或边界返回，使其传播方向或者特征被改变。改变后的超声波回波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析^[6]。根据接收的超声波的特征，评估工件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。

A型脉冲超声波检测仪使用最为广泛。A型脉冲超声波显示是一种波形显示，是将超声信号的幅度与传播时间的关系以直角坐标系的形式显示出来，纵坐标代表信号幅度，横坐标代表声波的传播时间^[7]。

1.2 检测方法

1）检测前应检查仪器设备外观、线缆连接和开机信号显示等是否正常，并采用对比试块调试设备。

2）使用双晶直探头在ϕ5 mm平底孔试块上，通过3个不同声程的ϕ5 mm平底孔制作距离-波幅曲线（DAC），并以此DAC曲线作为基准灵敏度，扫查灵敏度在此基础上再提高6 dB^[8]。

3）若扫查过程中缺陷波幅出现超过DAC曲线，则在相邻区域进行100%检测。

4）双晶直探头检测时，探头的扫查移动方向必须与探头的隔声层垂直^[9]。

5）缺陷的测定缺陷第一次反射波（F1）波幅高于距离-波幅曲线，移动探头使缺陷波下降到距离-波幅曲线或6 dB法，探头中心点即为缺陷的边界点。缺陷边界范围确定后，且一边平行于板材压延方向矩形框包围缺陷，其边长作为缺陷的长度，矩形面积则为缺陷的指示面积^[10]。

2 夹杂物超声波检测 2.1 Q345R钢板超声波检测

对某厂生产的一批厚度20~40 mm的Q345R热轧钢板按NB/T47013.3-2015(1号修改单）进行超声波检测。超声探伤仪为A型显示脉冲UNION PXUT-350+数字探伤仪，扫查速度100 mm/s，表面补偿实际测量，用水做耦合剂。检测发现钢板内在质量符合NB/T47013.3-2015(1号修改单）Ⅰ级要求，同时在不同厚度规格上的钢板发现存在一些不规则的单个点状“缺陷”反射波，其反射波有小分枝、幅度高、脉冲宽度大、成束状、波峰圆钝等特征，缺陷波形态见图 2，缺陷位于距钢板上表面1/4~1/3厚度的部位，缺陷当量在ϕ(5~15) dB~ϕ(5~45) dB，远小于ϕ(5+8) dB。通过当量直径公式（1）计算可知，单个点状缺陷的当量直径在0.375~2.108 mm范围内。

(1)

式（1）中，X₁、X₂—平底孔至波源的距离，mm;

D_f1、D_f2—平底孔直径，mm;

△₁₂—两者回波分贝差，d B。

根据这些微小的不规则的反射波的形态及位置，此类缺陷有可能是非金属夹杂物。为了进一步确定缺陷类型，笔者对此缺陷部位取样进行破坏性检测分析，结果如图 2所示。

2.2 缺陷显微分析

对所取破坏性试样进行夹杂物微观分析。先用超声波探伤仪对试样缺陷进行宏观定位，再用线切割机沿距离缺陷0.2 mm处切出磨削面，经磨削、抛光后，在DM IRM研究级倒置金相显微镜下进行金相观察，总结分析发现：在试样厚度1/4~1/3处存在大小不一的非金属夹杂物，夹杂物形态如图 3。

在QUNTA扫描电镜下对该夹杂物进行能谱分析，结果如图 4。能谱分析显示，此夹杂物主要为氧化物和铝酸钙类的复合夹杂物。

3 讨论分析

缺陷微观分析进一步证明了在距钢板表面厚度1/4~1/3处的不规则的单个点状“缺陷”是一种氧化物和铝酸钙类的复合B类夹杂物。这说明，超声波探伤当采用距离-波幅曲线（DAC曲线）时，发现在距钢板表面厚度1/4~1/3处不规则的单个点状缺陷，如其反射波形具有小分枝、幅度高、脉冲宽度大、成束状、波峰圆钝，且当量在ϕ(5~15) dB~ϕ(5~45) dB时，可以直接确定为夹杂物。

4 结论

对厚度在20~40 mm的钢板检测发现：用距离-波幅曲线法探伤时，钢中有不规则的单个点状缺陷，其反射波有小分枝、幅度高、脉冲宽度大、成束状、波峰圆钝等特征，且缺陷当量在ϕ(5~15) dB~ϕ(5~45) dB时，可以直接确定为B类夹杂物。该法解决并弱化原理计算，实践中遇到同类问题，采用超声波检测可对缺陷类型进行定量、定性，并且可以保证被检工件的完整性，提高精密器件加工的命中率。