淺析鋼材質量檢測方法與技術

呂立泉

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司，山東 濟南 271104）

鋼材質量檢測方法與技術類型多樣，包括超聲波探傷、磁力探傷、射線探傷等，這些無損檢測方法，均有各自的應用優勢，在鋼材質量檢測過程中，可以結合鋼材試件的數量、結構以及種類，合理選擇檢測方法，以確保檢測靈敏度，使鋼材質量能夠滿足國家及行業標準要求。近年來，隨著我國科學技術水平的逐年提升，鋼材質量檢測技術已經躍升到一個全新的高度，技術應用效果也越加明顯。

1 超聲波探傷技術

1.1 超聲波探傷原理

超聲波探傷使用的超聲波頻率通常在0.5MHz～25MHz之間，在這一區間內，超聲波表現出直線性與束射性，具有強烈的方向性。在超聲波傳播過程中，一旦遇到阻礙，波的方向就會發生改變，強度就會降低，進而發生反射、折射或者散射現象，因此，根據超聲波的這一特性，能夠快速確定鋼材的質量缺陷部位以及缺陷尺寸等參數。在利用超聲波檢測技術時，首先在被測鋼材的表面涂抹一層油脂或者水玻璃等耦合劑，然后利用水晶石探頭與耦合劑接觸，與此同時，在探頭上面施加脈沖電壓，超聲波就會發射到鋼材的內部結構當中。當探頭接收到反射波時，經過增幅與檢波，在陰極射線管理上顯示出來，此時，結合缺陷反射波的具體位置以及振幅，就能確定鋼材缺陷的位置與尺寸大小。

1.2 超聲波探傷方法

1.2.1 脈沖反射法

脈沖反射法是目前檢測鋼材質量最為常用的一種超聲檢測方法，該方法只需要利用一個兼發射與接收功能的探頭完成檢測流程。當被檢測的試件沒有質量缺陷時，顯示屏上只顯示初始脈沖與底波，如果試件存在質量缺陷，顯示屏上就會顯示缺陷波，出現缺陷波，底波高度下降，當試件出現大缺陷時，全部聲能被反射，顯示屏上只存在初始波與缺陷波，底波則完全消失。脈沖反射法檢測靈敏度高、操作便捷、適用范圍廣，并且能夠準確定位質量缺陷的具體部位。但是，這種檢測方法存在檢測盲區，近表面缺陷的檢測能力相對較差[1]。

脈沖反射法使用頻率較高的方法是垂直探傷法，該方法利用直探頭發射縱波，常用于檢測鑄件、鍛件及軋件的內部缺陷，有時也用于焊縫及管件內部缺陷檢測。以檢測鍛鋼件為例，由于缺陷方向與形狀不固定，檢測時，可以從鋼件的各個方面進行探傷，如果鋼件直徑大于2m，且晶粒細小，利用垂直探傷法較為方便。

1.2.2 直接接觸法

該檢測方法主要是將探頭與被檢測試件直接接觸，同時在試件表面涂抹油脂或者水玻璃等耦合劑，一般用于橫波檢測、縱波檢測、表面波檢測和板波檢測，該方法操作方便、聲能損失小，耦合層薄。但是，利用這種方法，容易加快探頭的磨損速度，而且檢測速度較慢。

2 磁力探傷技術

2.1 磁力探傷原理

磁力探傷的工作原理是將被檢測試件磁化，對于沒有質量缺陷的試件，磁性分布均勻，每個部位的磁導率相同，磁力線通過的方向不會發生任何變化。如果被檢測試件出現裂紋、孔洞或者不均勻組織，試件中某個部位的磁導率就會降低，磁力線的方向就會偏離原方向。此時，若在試件表面噴撒磁粉，缺陷部位就會吸收磁粉。在判定鋼材質量缺陷大小時，可以根據缺陷表面引起的磁漏強弱為依據，磁漏強，則易顯示，磁漏弱，則顯示圖像模糊。結合這一特性，在選擇磁粉時，應當以黑色、棕色或者白色磁粉為主，這樣能夠提升圖像的清晰度。也可以選用熒光磁粉，如果在紫外線照射下，更容易觀察到鋼材的內部缺陷。

2.2 磁力探傷方法

2.2.1 試件磁化法

該方法分為周向磁化與縱向磁化，周向磁化是直接對試件進行通電，使電流貫通試件中心孔，這樣能夠以試件為主導體，形成一個閉合磁場，周向磁化法主要用于檢測鋼材平行的缺陷。縱向磁化是將電流通過環繞試件的線圈，使試件沿著軸向磁化的方法。該方法適用于檢測試件軸垂直的缺陷。

2.2.2 磁粉檢測法

利用該檢測方法應當選用低矯頑力、高磁導率的磁粉，顏色一般為黑色、棕色或者熒光粉，較為常用的磁粉是Fe3O4粉末。如果被檢測試件表面平滑，光澤度較高，可以選擇黑色磁粉，如果被檢測試件表面粗糙，顏色暗黑，可以選擇紅色或者白色磁粉，這樣，容易觀察試件缺陷。按照磁粉噴射與磁化的時間關系，磁粉檢測法分為連續與不連續兩種方法，連續法磁化與噴射磁粉同時進行，該方法具有磁化效果好、充磁時間長等特點，適用于剩磁較小的試件材料。不連續法則是先通電流，然后斷電，再向試件表面噴射磁粉，該方法適用于剩磁較大的試件，尤其是大批量小件，比如經過熱處理的結構鋼工件，但是，不連續法的檢測靈敏度相對較低。

3 射線探傷技術

3.1 射線探傷原理

射線探傷包括X射線與γ射線，這兩種射線等同于無線電波，二者本質相同，傳播速度相同，波長與頻率不同。X射線從陰極燈絲發射的高速電子撞擊到陽極靶上，部分電子在原子核場中被急速阻止，使內層電子躍遷，進而產生X射線。

γ射線主要由放射性同位素產生，比如銥192、鈷60、銩170等，由于放射性同位素穩定性較差，在激發狀態下，原子核的能級明顯高于基級，在向基級轉變時便釋放出γ射線。射線探傷主要是利用射線穿透物質時能量衰減的原理來檢測鋼材缺陷，通過沖洗后的底片對鋼材試件缺陷的形狀、部位、尺寸大小加以判斷。

3.2 射線檢測方法

3.2.1 照相法

照相法是較為常用的記錄方法，當射線貫穿試件后，軟片暗盒在射線的作用下，經過顯影與定影，成為攝有被檢測試件缺陷的底片。通過照相的方法在軟片上透射記錄試件缺陷，當底片出現最大反差時，檢測靈敏度最高。底片上圖像的反差是指底片各部分的黑度差，如果軟片襯度系數大，黑度差就越大，反之，黑度差則越小。由此可以看出，照相法主要是根據底片影像來檢測鋼材缺陷的。

3.2.2 熒光顯示法

這種方法是將被檢測試件的射線投射在顯示屏上面，通過屏幕可以直接觀察到試件的內部缺陷，熒光顯示法多用于X射線探傷，用于投射射線的顯示屏也被稱之為透視屏，這種顯示屏潰以銀作為激活劑的硫化鋅鎘制成，外觀呈黃綠色，如果試件出現缺陷，屏幕上的缺陷處是光亮的，而沒有缺陷的部位則呈現暗黑色。由于熒光顯示法用肉眼觀察，對于厚度超過50mm的試件，則不易觀察出質量缺陷，甚至X射線極易對人體造成傷害。因此，該方法常用于檢查批量的輕合金制件或者一些厚度較薄的鋼結構試件[2]。

3.2.3 電離記錄法

采用X射線或者γ射線探傷時，常常使用電離箱以及計數器來測量電離輻射強度，而這種方法被稱為電離法，其中，示波器毫安表、單獨脈沖機械計數器、聲響或光信號裝置都可以作為指示器，被透視試件兩邊分別裝有輻射源以及接收器，這兩種裝置與被透視物同時平行移動，并且與被檢測試件間的距離相同。

3.2.4 發光晶體記錄法

這種方法主要是由射線源發出射線束，經過被檢測試件落在不透光裝置內部的發光晶體上面，而發光晶體上引起的閃爍頻率與落在晶體上的輻射強度成正比，如果試件存在缺陷，輻射強度大，如果試件不存在缺陷，輻射強度則較小。較為常用的發光晶體是用鉈激活的碘化鈉、碘化鉀或者碘化銫晶體，由于這些晶體密度大、透明度好、光譜范圍內發光率高，因此，在X射線與γ射線的作用下，能夠激發這些晶體內的發光物質。與電離記錄法相比，發光晶體記錄法檢測靈敏度高、探傷儀體積小、閃爍發光時間短，應用頻率遠高于電離記錄法。

4 結語

鋼材質量無損檢測技術除了上述幾種類型外，還包括滲透檢測技術以及渦流檢測技術，由于無損檢測技術無需破壞鋼材試件結構，不僅提高了檢測效率，而且也能夠確保檢測精度。目前，我國的建筑業發展迅猛，鋼材需用量不斷增大，這就對鋼材質量檢測工作提出了更高的要求，在這種形勢之下，檢測技術人員應當利用豐富的檢測經驗、專業的檢測技術、多樣化的檢測方法，從源頭嚴把鋼材質量關，為建筑工程項目提供更多的優質鋼材。