一种连铸坯超声波探伤检测工艺的制作方法

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1.本发明属于金属材料超声波检测技术领域，具体涉及一种对直径φ800mm以下碳素钢、低合金钢和马氏体不锈钢等连铸坯内部质量状况进行超声波检测的连铸坯超声波探伤检测工艺。

背景技术：

2.在立式连铸坯生产过程中，影响冶炼质量的因素较多，如：电炉冶炼、精炼、真空脱气，连铸等环节。若过程中工艺执行不严，常会出现疏松、偏析、缩孔和中心裂纹等心部缺陷。检验连铸坯中心缺陷的方法主要有酸浸低倍检验和超声波检测。酸浸低倍检验是一种破坏性的抽样检验方法，需要切样、制样检验，只能检验来样的一个截面，无法全面反映整支连铸坯质量情况，且检验过程中需要盐酸浸蚀对检验人员健康和环境造成危害。而超声波检测是一种非破坏性检验，可以实现整支坯的检验，从而全面了解整支连铸坯内部质量状况，并根据探伤结果指导连铸坯使用，且检测过程对人员和环境没有影响。
3.直径φ800mm以下碳素钢，低合金钢和马氏体不锈钢等连铸坯，与更大规格的连铸坯和奥氏体钢连铸坯相比，具有组织相对致密、均匀和超声波透声性较强，散射衰减和吸收衰减影响可控，缺陷易于辨别与评定，具备超声波检测的基本条件。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种有效识别直径φ800mm以下碳素钢，低合金钢和马氏体不锈钢连铸坯中心缺陷的连铸坯超声波探伤检测工艺，保证超声波检测有效性和准确性。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种连铸坯超声波检测工艺，利用参考试块和超声波检测系列纵波直探头，使探头的主声束对准参考试块不同深度的横孔缺陷，制作dac曲线确定连铸坯的超声波检测灵敏度；先对连铸坯的超声可检性进行检查，在校准灵敏度下检测，若连铸坯中心的信噪比大于或等于8db，则认为该连铸坯具有足够的超声可检性；连铸坯超声波检测扫查面为外圆周面，在两个相互垂直的方向对连铸坯的外圆表面进行超声波检测，根据检测结果，将连铸坯超声波检测结果分为1、2、3、4四个质量等级。
6.具体检测工艺如下：步骤1）、确定该工艺使用仪器为a型脉冲反射式超声波检测仪，其频率范围应至少为0.4mhz～5.0mhz，在满刻度范围内，超声波检测仪的水平线性误差不大于1%，垂直线性误差不大于5%，直探头远场分辨率应不小于20db；超声波检测仪和探头的组合灵敏度，在达到所探连铸坯最大声程处的检测灵敏度时，应至少保留10db有效灵敏度余量；步骤2）、设计制作参考试块，参考试块取材于被检连铸坯，其材质、曲率、表面粗糙度、热处理状况与被检连铸坯相同；参考试块为圆柱体，圆柱体高度为60mm，在参考试块的圆柱体端面上以圆柱体轴心为中心，沿圆周方向120
°
均布三个横孔缺陷，三个横孔中心线
均平行于圆柱体轴心线，对应位置为距圆柱体外圆面下的圆柱体直径d 的5% 、25%、40%处,横孔长度40mm，横孔直径φf取圆柱体直径d 的1%；步骤3）、确定检测所用的耦合剂：采用的耦合剂应具有良好的透声性和润湿性，且不损伤工件表面；步骤4）、超声波探头校准并确定超声波检测灵敏度：用系列纵波直探头周向探测，使探头的主声束对准参考试块圆柱外圆面下的的圆柱体直径d 的5% 、25%、40%处横孔缺陷处进行校准；步骤5）、进行超声波检测工序：步骤5.1）、连铸坯超声波检测在连铸毛坯状态时进行，检测前先对连铸坯被检表面进行清理，连铸坯被检表面应无松散的氧化皮、油漆、污物以及影响探头移动或影响评定的异物，连铸坯表面如有波纹状凸凹的，应在波纹状凹凸部位相隔90
°
，打磨宽度100mm的两道检测带；步骤5.2）、先对连铸坯的超声可检性进行检查，在校准后确定的灵敏度下，当连铸坯中心的信噪比大于或等于8db，则认为该连铸坯具有足够的超声可检性，连铸坯超声波检测扫查面为外圆面，在两个相互垂直的方向对连铸坯的外表面进行超声波检测；探头扫查速度不大于150mm/s，相邻两次扫查之间有重叠，其重叠宽度不小于扫查宽度的15%，将超声波检测第一次底波的前沿位置调节在水平扫描线满刻度的80%以内；连铸坯缺陷的测长采用消失法进行测定：移动探头出缺陷的最大反射波后，调节衰减器，使缺陷波高降至基准波高时，沿缺陷方向移动探头，当缺陷波高消失时，探头的中心线之间的距离就是缺陷的指示长度；步骤5.3）、确定连铸坯超声探伤结果分为1、2、3、4四个质量等级，质量等级1级：缺陷波幅大于等于dac-3db且f/b不大于-6db；质量等级2级：缺陷波幅大于等于dac且f/b大于-6db小于+6db，缺陷中心范围小于100mm；质量等级3级：缺陷波幅大于等于dac+3db且f/b大于-6db，缺陷中心范围大于100mm或无底面回波只有紊乱的缺陷波；质量等级4级：超过3级者。
7.在步骤1）中，所述超声波检测仪的探头采用公称频率为0.4mhz～2mhz的纵波直探头，其频率误差为
±
10%；探头晶片尺寸在φ20～φ30mm范围内选用；探头主声束应无明显的双峰、无偏斜，均应在额定频率下使用,性能稳定可靠；在步骤2）中，所述横孔中心与圆柱体轴心平行，平行度不超过
±
0.03mm，孔直径和深度的极限偏差为
±
0.05mm ,孔的表面粗糙度ra ≤3.2μm；在步骤4）中，所述校准是指采用试块调节法：纵波直探头从参考试块由浅至深逐一采集横孔缺陷回波，制作dac曲线做为超声波检测基准灵敏度，且40%d处横孔缺陷波幅不低于屏高的20%。
8.本发明有益效果如下：本发明涉及一种有效识别直径φ800mm以下碳素钢，低合金钢和马氏体不锈钢连铸坯中心缺陷的超声波探伤检测工艺，保证超声波探伤检测准确。此检测工艺中：参考试块圆柱体端面，以圆柱体轴心为中心，沿圆周方向120
°
均布三个横孔缺陷2，用参考试块确定超声波检测灵敏度。以此灵敏度在两个相互垂直的方向对连铸坯的外表面进行超声检测，根据连铸坯超声检测结果分为1、2、3、4四个质量等级，保证了超声检测结果的有效性和准
确性。在连铸坯超声波探伤检测中，采用此工艺，快速判断缺陷回波，提高了检测效率和检测结果的准确性。
附图说明
9.图1为本发明检测工艺的参考试块端面上横孔的位置示意图。
10.图2为本发明检测工艺的参考试块端面1上横孔的剖面位置示意图。
具体实施方式
11.实施例1：如图1、2所示，一种连铸坯超声波检测工艺，利用参考试块和超声波检测系列纵波直探头，使探头的主声束对准参考试块不同深度的横孔缺陷，制作dac曲线确定连铸坯的超声波检测灵敏度；先对连铸坯的超声可检性进行检查，在校准灵敏度下检测，若连铸坯中心的信噪比大于或等于8db，则认为该连铸坯具有足够的超声可检性；连铸坯超声波检测扫查面为外圆周面，在两个相互垂直的方向对连铸坯的外圆表面进行超声波检测，根据检测结果，将连铸坯超声波检测结果分为1、2、3、4四个质量等级。
12.具体检测工艺如下：步骤1）、确定该工艺使用仪器为a型脉冲反射式超声波探伤仪型号：epoch 1000，采用系列公称频率为0.4mhz～2mhz的纵波直探头。在满刻度范围内，超声波检测仪的水平线性误差不大于1%，垂直线性误差不大于5%，直探头远场分辨率应不小于20db；超声波检测仪和探头的组合灵敏度，在达到所探连铸坯最大声程处的检测灵敏度时，应至少保留10db有效灵敏度余量；步骤2）、设计制作参考试块：在取材的直径φ400mm圆柱体坯料,厚度为60mm，如图2所示。在参考试块圆柱体端面，以圆柱体轴心为中心，沿圆周方向120
°
均布三个横孔缺陷2，三个孔中心线均平行于圆柱轴心线，对应位置为距圆柱面40%d(160mm) 、25%d(100mm) 、5%d（20mm）（d 为圆柱体直径）。横孔缺陷长度均为40mm ,横孔直径均为φ4mm。
13.上述横孔中心与圆柱体轴心平行，平行度不超过
±
0.03mm，孔直径和深度的极限偏差为
±
0.05mm ,孔的表面粗糙度ra ≤3.2μm。
14.步骤3）、检测所用的耦合剂采用化学浆糊。采用的耦合剂应具有良好的透声性和润湿性，且不损伤工件表面；如化学浆糊或水等。
15.步骤4）、超声波探头校准，确定超声波检测灵敏度：用系列纵波直探头周向探测，使探头的主声束对准参考试块的圆柱面皮下5%d 、25%d 、40%d（d 为圆柱体直径）处横孔缺陷校准。校准采用试块调节法：纵波直探头从参考试块由浅至深逐一采集横孔缺陷回波，制作dac曲线做为超声波检测基准灵敏度，且160mm/φ4mm处波幅不低于屏高的20%。
16.步骤5）、超声波探伤检测工序：步骤5.1）、连铸坯超声波检测在连铸毛坯状态时进行，检测前应先对连铸坯被检表面清理，连铸坯被检表面应无松散的氧化皮、油漆、污物及影响探头移动或影响评定的异物。连铸坯表面如有波纹状凸凹的，应在波纹状凹凸部位相隔90
°
，打磨宽度100mm的两道检测带。
17.步骤5.2）、先对连铸坯的超声可检性进行检查，在校准后确定的灵敏度下，当连铸坯中心的信噪比大于或等于8db，则认为该连铸坯具有足够的超声可检性。连铸坯超声波检
测扫查面为外圆面，应尽可能在两个相互垂直的方向对连铸坯的外表面进行超声波检测；探头扫查速度应不大于150mm/s，相邻两次扫查之间应一定的重叠，其重叠宽度应不小于扫查宽度的15%。将超声波检测第一次底波的前沿位置调节在扫描线满刻度的80%,以内。
18.连铸坯缺陷的测长，应采用绝对灵敏度测长法进行测定：移动探头出缺陷的最大反射波后，调节衰减器，使缺陷波高降至基准波高时，沿缺陷方向移动探头，当缺陷波高消失时，探头的中心线之间的距离就是缺陷的指示长度。
19.步骤5.3）、确定连铸坯超声探伤结果分为1、2、3、4四个质量等级。
20.质量等级1级：缺陷波幅大于等于dac-3db且f/b不大于-6db；质量等级2级：缺陷波幅大于等于dac且f/b大于-6db小于+6db，缺陷中心范围小于100mm；质量等级3级：缺陷波幅大于等于dac+3db且f/b大于-6db，缺陷中心范围大于100mm或无底面回波只有紊乱的缺陷波；质量等级4级：超过3级者。

技术特征：

1.一种连铸坯超声波检测工艺，其特征在于：利用参考试块和超声波检测仪及系列纵波直探头，使探头的主声束对准参考试块不同深度的横孔缺陷，制作dac曲线确定连铸坯的超声波检测灵敏度；先对连铸坯的超声可检性进行检查，在校准灵敏度下检测，若连铸坯中心的信噪比大于或等于8db，则认为该连铸坯具有足够的超声可检性；连铸坯超声波检测扫查面为外圆周面，在两个相互垂直的方向对连铸坯的外圆表面进行超声波检测，根据检测结果，将连铸坯超声波检测结果分为1、2、3、4四个质量等级。2.权利要根据求1所述的一种连铸坯超声波检测工艺，其特征在于：具体检测工艺如下：步骤1）、确定该工艺使用仪器为a型脉冲反射式超声波检测仪，其频率范围应至少为0.4mhz～5.0mhz，在满刻度范围内，超声波检测仪的水平线性误差不大于1%，垂直线性误差不大于5%，直探头远场分辨率应不小于20db；超声波检测仪和探头的组合灵敏度，在达到所探连铸坯最大声程处的检测灵敏度时，应至少保留10db有效灵敏度余量；步骤2）、设计制作参考试块，参考试块取材于被检连铸坯，其材质、曲率、表面粗糙度、热处理状况与被检连铸坯相同；参考试块为圆柱体，圆柱体高度为60mm，在参考试块的圆柱体端面上以圆柱体轴心为中心，沿圆周方向120
°
均布三个横孔缺陷，三个横孔中心线均平行于圆柱体轴心线，对应位置为距圆柱体外圆面下的圆柱体直径d 的5% 、25%、40%处,横孔长度40mm，横孔直径φf取圆柱体直径d 的1%；步骤3）、确定检测所用的耦合剂：采用的耦合剂应具有良好的透声性和润湿性，且不损伤工件表面；步骤4）、超声波探头校准并确定超声波检测灵敏度：用系列纵波直探头周向探测，使探头的主声束对准参考试块圆柱外圆面下的的圆柱体直径d 的5% 、25%、40%处横孔缺陷处进行校准；步骤5）、进行超声波检测工序：步骤5.1）、连铸坯超声波检测在连铸毛坯状态时进行，检测前先对连铸坯被检表面进行清理，连铸坯被检表面应无松散的氧化皮、油漆、污物以及影响探头移动或影响评定的异物，连铸坯表面如有波纹状凸凹的，应在波纹状凹凸部位相隔90
°
，打磨宽度100mm的两道检测带；步骤5.2）、先对连铸坯的超声可检性进行检查，在校准后确定的灵敏度下，当连铸坯中心的信噪比大于或等于8db，则认为该连铸坯具有足够的超声可检性，连铸坯超声波检测扫查面为外圆面，在两个相互垂直的方向对连铸坯的外表面进行超声波检测；探头扫查速度不大于150mm/s，相邻两次扫查之间有重叠，其重叠宽度不小于扫查宽度的15%，将超声波检测第一次底波的前沿位置调节在水平扫描线满刻度的80%以内；连铸坯缺陷的测长采用消失法进行测定：移动探头出缺陷的最大反射波后，调节衰减器，使缺陷波高降至基准波高时，沿缺陷方向移动探头，当缺陷波高消失时，探头的中心线之间的距离就是缺陷的指示长度；步骤5.3）、确定连铸坯超声探伤结果分为1、2、3、4四个质量等级，质量等级1级：缺陷波幅大于等于dac-3db且f/b不大于-6db；质量等级2级：缺陷波幅大于等于dac且f/b大于-6db小于+6db，缺陷中心范围小于100mm；质量等级3级：缺陷波幅大于等于dac+3db且f/b大于-6db，缺陷中心范围大于100mm或无底面回波只有紊乱的缺陷波；质量等级4级：超过3级者。
3.根据权利要求2所述的一种连铸坯超声波检测工艺，其特征在于：在步骤1）中，所述超声波检测仪的探头采用公称频率为0.4mhz～2mhz的纵波直探头，其频率误差为
±
10%；探头晶片尺寸在φ20～φ30mm范围内选用；探头主声束应无明显的双峰、无偏斜，均应在额定频率下使用。4.根据权利要求2所述的一种连铸坯超声波检测工艺，其特征在于：在步骤2）中，所述横孔中心与圆柱体轴心平行，平行度不超过
±
0.03mm，孔直径和深度的极限偏差为
±
0.05mm ,孔的表面粗糙度ra ≤3.2μm。5.根据权利要求2所述的一种连铸坯超声波检测工艺，其特征在于：在步骤4）中，所述校准是指采用试块调节法：纵波直探头从参考试块由浅至深逐一采集横孔缺陷回波，制作dac曲线做为超声波检测基准灵敏度，且40%d处横孔缺陷波幅不低于屏高的20%。

技术总结

本发明涉及一种对直径φ800mm以下碳素钢、低合金钢和马氏体不锈钢等连铸坯内部质量状况进行超声波检测的连铸坯超声波探伤检测工艺,利用参考试块和超声波检测系列纵波直探头，使探头的主声束对准参考试块不同深度的横孔缺陷，制作DAC曲线确定连铸坯的超声波检测灵敏度；先对连铸坯的超声可检性进行检查，在校准灵敏度下检测，若连铸坯中心的信噪比大于或等于8dB，认为该连铸坯具有足够的超声可检性；连铸坯超声波检测扫查面为外圆周面，在两个相互垂直的方向对连铸坯的外圆表面进行超声波检测，根据检测结果，将连铸坯超声波检测结果分为1、2、3、4四个质量等级,保证超声波探伤检测准确。伤检测准确。伤检测准确。