GB/T 41655—2022《無(wú)損檢測(cè) 超聲檢測(cè) 焊接、軋制和爆炸復(fù)合覆層檢測(cè)技術(shù)》工藝方法解讀
采用焊接、軋制和爆炸等工藝可將一種或多種化學(xué)、力學(xué)性能不同的金屬在界面上實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合而形成復(fù)合材料，其能極大地改善單一金屬材料的熱膨脹性、強(qiáng)度、斷裂韌性、沖擊韌性、耐磨損性、電性能、磁性能等諸多性能，且可制成復(fù)合板材、復(fù)合帶材、復(fù)合箔材、復(fù)合管材、復(fù)合棒材、復(fù)合線(xiàn)材、復(fù)合型材等。因而該類(lèi)工藝被廣泛應(yīng)用于石油、化工、船舶、冶金、礦山、機(jī)械制造、電力、水利、交通、環(huán)保、壓力容器制造、食品、釀造、制藥等領(lǐng)域。
金屬?gòu)?fù)合材料界面結(jié)合狀態(tài)對(duì)復(fù)合材料影響重大，很多復(fù)合材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)都按界面結(jié)合率（結(jié)合度）進(jìn)行分級(jí)。由于超聲檢測(cè)技術(shù)是針對(duì)材料內(nèi)部不連續(xù)的檢測(cè)，是無(wú)損檢測(cè)方法中一項(xiàng)重要的檢測(cè)方法，也是國(guó)內(nèi)外最成熟、應(yīng)用最廣泛的復(fù)合材料界面結(jié)合質(zhì)量的檢測(cè)方法。
GB/T 41655—2022《無(wú)損檢測(cè) 超聲檢測(cè) 焊接、軋制和爆炸復(fù)合覆層檢測(cè)技術(shù)》是專(zhuān)門(mén)針對(duì)焊接、軋制和爆炸所形成包覆層的超聲檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)內(nèi)首次制定，發(fā)布后已成為我國(guó)焊縫無(wú)損檢測(cè)系列標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分，為機(jī)械設(shè)備、管道、船舶、橋梁、鋼結(jié)構(gòu)等產(chǎn)品用焊接、軋制和爆炸焊等技術(shù)制作的部位提供了統(tǒng)一而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某暀z測(cè)規(guī)范，在保證國(guó)家重大裝備制造和重大工程建設(shè)質(zhì)量及安全中正發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
本文依據(jù)GB/T 41655—2022，介紹了標(biāo)準(zhǔn)中以鋼為基材通過(guò)焊接、軋制和爆炸焊方式復(fù)合形成的覆層及界面的平面型不連續(xù)或體積型不連續(xù)，采用單晶或雙晶探頭進(jìn)行手工超聲檢測(cè)的方法。
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超聲檢測(cè)系統(tǒng) 檢測(cè)采用超聲脈沖反射技術(shù)。對(duì)于平行于檢測(cè)表面的二維不連續(xù)和三維不連續(xù)，應(yīng)采用直探頭（雙晶或單晶探頭）利用縱波進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于其他走向的不連續(xù)，可采用縱波雙晶斜探頭進(jìn)行檢測(cè)。探頭標(biāo)稱(chēng)頻率應(yīng)根據(jù)檢測(cè)目的和材料特性選擇， 推薦探頭頻率為2～6 MHz。 縱波雙晶斜探頭檢測(cè)時(shí)縱波折射角宜在65°至80°之間。選擇晶片的傾斜角、形狀以及尺寸應(yīng)確保最優(yōu)靈敏度的深度范圍可覆蓋到檢出不連續(xù)的區(qū)域。當(dāng)覆層檢測(cè)無(wú)法實(shí)施時(shí)，選擇從基材側(cè)面采用縱波單晶斜探頭以45°折射角對(duì)覆層進(jìn)行檢測(cè)。 雙晶聚焦直（斜）探頭制造商應(yīng)給出探頭最佳檢測(cè)靈敏度的深度范圍即焦區(qū)。波束聚焦的菱形區(qū)Q點(diǎn)為靈敏度最強(qiáng)點(diǎn)，Q點(diǎn)深度即為最佳檢測(cè)深度，覆層檢測(cè)時(shí)應(yīng)根據(jù)覆層厚度選擇相應(yīng)的聚焦探頭。雙晶聚焦探頭形貌如圖1所示；將探頭一收一發(fā)的聚焦點(diǎn)控制在覆層與基材界面，聚焦區(qū)覆蓋區(qū)域如圖2所示。 圖1 雙晶聚焦探頭形貌 圖2 聚焦區(qū)覆蓋區(qū)域
2 超聲檢測(cè)試塊 雙晶直探頭焦區(qū)長(zhǎng)度測(cè)定用參考試塊 雙晶直探頭焦區(qū)長(zhǎng)度測(cè)定用參考試塊結(jié)構(gòu)示意與實(shí)物如圖3和圖4所示。試塊采用階梯、平底孔組合形式，平底孔尺寸為直徑5 mm、深度5 mm，平底孔最小聲程為2 mm，其他平底孔埋深（聲程）應(yīng)包含但不限于圖示尺寸。最大埋深（聲程）應(yīng)不小于覆層厚度。試塊材料應(yīng)與覆層材料一致，采用與覆層同樣的焊接、軋制和爆炸焊工藝得到。 圖3 雙晶直探頭焦區(qū)長(zhǎng)度測(cè)定用參考試塊結(jié)構(gòu)示意 圖4 雙晶直探頭焦區(qū)長(zhǎng)度測(cè)定用參考試塊實(shí)物 雙晶斜探頭焦區(qū)長(zhǎng)度測(cè)定用參考試塊 雙晶斜探頭焦區(qū)長(zhǎng)度測(cè)定用參考試塊結(jié)構(gòu)示意與實(shí)物如圖5和圖6所示。試塊采用ф3 mm×30 mm的長(zhǎng)橫孔為標(biāo)準(zhǔn)反射體，長(zhǎng)橫孔最小聲程為2.5 mm，其他長(zhǎng)橫孔埋深（聲程）應(yīng)包含但不限于圖示尺寸。最大聲程應(yīng)不小于覆層厚度。試塊材料應(yīng)與覆層材料一致，采用與覆層同樣的焊接、軋制和爆炸焊工藝得到。 圖5 雙晶斜探頭焦區(qū)長(zhǎng)度測(cè)定用參考試塊結(jié)構(gòu)示意 圖6 雙晶斜探頭焦區(qū)長(zhǎng)度測(cè)定用參考試塊實(shí)物 帶覆層參考試塊 應(yīng)選用與檢測(cè)對(duì)象相同或相近復(fù)合工藝制成的參考試塊來(lái)調(diào)節(jié)靈敏度。參考試塊復(fù)合層厚度、表面狀態(tài)和形狀應(yīng)與受檢件的相同。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求及標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法包含單（雙）晶直探頭檢測(cè)、雙晶斜探頭檢測(cè)的需要設(shè)計(jì)了一種復(fù)合覆層超聲檢測(cè)參考試塊，試塊結(jié)構(gòu)示意如圖7所示，試塊實(shí)物如圖8所示。試塊設(shè)計(jì)內(nèi)容包含直探頭檢測(cè)用5 mm直徑平底孔，雙晶斜探頭檢測(cè)用垂直于焊縫方向和平行于焊縫方向的ф3 mm×30 mm長(zhǎng)橫孔，以及用于檢測(cè)垂直于檢測(cè)面的面積型不連續(xù)3 mm高度豎直槽。 圖7 帶覆層參考試塊結(jié)構(gòu)示意 圖8 帶覆層參考試塊實(shí)物 對(duì)于檢測(cè)體積型不連續(xù)，標(biāo)準(zhǔn)反射體應(yīng)選擇長(zhǎng)橫孔，例如可使用位于母材靠近界面位置，規(guī)格為ф3 mm×30 mm的長(zhǎng)橫孔（見(jiàn)圖7）。對(duì)于通過(guò)熔化焊連接的復(fù)合層，一個(gè)長(zhǎng)橫孔應(yīng)垂直于焊縫方向，另一個(gè)長(zhǎng)橫孔應(yīng)平行于焊縫方向。對(duì)于兩層或多層熔化焊連接的復(fù)合層，有必要在每個(gè)復(fù)合層上加工相應(yīng)的長(zhǎng)橫孔。對(duì)于檢測(cè)平行于檢測(cè)面的不連續(xù)，當(dāng)使用（單晶或雙晶）直探頭時(shí)，推薦使用平底孔設(shè)置靈敏度，平底孔孔徑推薦采用5 mm。對(duì)于垂直于檢測(cè)面的面積型不連續(xù)，推薦使用斜探頭在反射體槽上設(shè)置靈敏度，槽的寬度宜采用3 mm。
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檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試 雙晶直探頭焦區(qū)測(cè)試 將探頭依次放置在雙晶直探頭焦區(qū)長(zhǎng)度測(cè)定用參考試塊的ф5 mm平底孔正上方，依次測(cè)試不同聲程的平底孔回波幅度，繪制反射體埋藏深度-回波幅度曲線(xiàn)。找到平底孔最大回波高度對(duì)應(yīng)的反射體埋藏深度，即為雙晶直探頭聚焦深度；在反射體深度-回波幅度曲線(xiàn)上標(biāo)注出回波幅度降低為最高幅度50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的反射體深度值。如圖9所示，x軸為測(cè)試反射體埋藏深度；y軸為測(cè)試反射體反射波幅；1對(duì)應(yīng)的值即為雙晶直探頭焦區(qū)長(zhǎng)度，2為測(cè)試探頭焦距。 圖9 反射體埋藏深度-回波幅度曲線(xiàn) 雙晶斜探頭焦區(qū)測(cè)試 將探頭依次放置在雙晶斜探頭焦區(qū)長(zhǎng)度測(cè)定用參考試塊的ф3 mm×30 mm長(zhǎng)橫孔所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)面上，依次測(cè)試不同埋藏深度（聲程）的長(zhǎng)橫孔回波幅度，繪制反射體埋藏深度-回波幅度曲線(xiàn)。 找到長(zhǎng)橫孔最大回波高度對(duì)應(yīng)的反射體深度，即為雙晶斜探頭聚焦深度；在反射體埋藏深度-回波幅度曲線(xiàn)上標(biāo)注出回波幅度降低為最高幅度50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的反射體深度值。 4 檢測(cè)范圍的設(shè)置 為實(shí)現(xiàn)不連續(xù)的準(zhǔn)確定位，使用雙晶探頭在參考試塊上調(diào)節(jié)探傷儀范圍設(shè)置，也可直接在被檢工件上設(shè)置，在工件上設(shè)置時(shí)工件需含有形成反射的相關(guān)結(jié)構(gòu)。 雙晶直探頭置于雙晶直探頭焦區(qū)長(zhǎng)度測(cè)定用參考試塊的各階梯面或帶覆層的參考試塊檢測(cè)面。通過(guò)調(diào)節(jié)零位移和掃描（速度），相關(guān)平底孔回波波前設(shè)置在屏幕合適標(biāo)記位置處。將雙晶斜探頭置于雙晶斜探頭焦區(qū)長(zhǎng)度測(cè)定用參考試塊或帶覆層的參考試塊檢測(cè)面，探頭前沿與反射體在檢測(cè)面上的投影之間的距離，應(yīng)與屏幕合適標(biāo)記位置處對(duì)準(zhǔn)。按此方式，在屏幕上直接讀出反射點(diǎn)的位置，即縮短后的投影距離以及深度位置。 5 檢測(cè)靈敏度的設(shè)置 使用直探頭（單晶或雙晶）時(shí)，使用ф5 mm平底孔來(lái)設(shè)置靈敏度。使標(biāo)準(zhǔn)反射體回波幅度達(dá)到滿(mǎn)屏高度80%，此時(shí)為基準(zhǔn)靈敏度；使用雙晶斜探頭時(shí)，使用ф3 mm×30 mm的長(zhǎng)橫孔或槽型反射體來(lái)設(shè)置靈敏度，使標(biāo)準(zhǔn)反射體回波幅度達(dá)到滿(mǎn)屏高度80%，此時(shí)為基準(zhǔn)靈敏度。 設(shè)置靈敏度時(shí)，反射體回波高度與噪聲回波高度之間至少應(yīng)有6 dB差值。信噪比測(cè)試方法：在平底孔信號(hào)達(dá)到滿(mǎn)屏高度80%的位置，調(diào)節(jié)探傷儀的增益，使此區(qū)域的噪聲峰值達(dá)到滿(mǎn)屏高度的80%，前后的增益差值應(yīng)大于6 dB。 6 不連續(xù)信息采集 需用坐標(biāo)（縱橫）標(biāo)記檢測(cè)對(duì)象不連續(xù)的位置，不連續(xù)的深度和回波高度（基準(zhǔn)靈敏度±dB）。采用-6 dB法測(cè)量不連續(xù)的長(zhǎng)度和寬度。 7 結(jié)語(yǔ) 1 GB/T 41655—2022對(duì)焊接、軋制和爆炸復(fù)合覆層的檢測(cè)提出了具體可執(zhí)行的要求，作為無(wú)損檢測(cè)人員應(yīng)充分理解標(biāo)準(zhǔn)，合理設(shè)計(jì)或選擇試塊，正確調(diào)整參考靈敏度，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)編制檢測(cè)工藝規(guī)程，并指導(dǎo)實(shí)際操作，才能夠確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。 2 復(fù)合覆層超聲檢測(cè)系統(tǒng)中探頭的選擇，雙晶聚焦直（斜）探頭焦點(diǎn)應(yīng)與覆層厚度相同，使探頭聚焦區(qū)的中心位于基材和覆層的結(jié)合面上。 3 檢測(cè)前所選雙晶聚焦直（斜）探頭的焦距和焦區(qū)長(zhǎng)度應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試試塊應(yīng)與被檢工件覆層材料相同或相近。