(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112147223 A(43)申请公布日 2020.12.29
(21)申请号 202011094550.6(22)申请日 2020.10.14
(71)申请人 首钢京唐钢铁联合有限责任公司
地址 063200 河北省唐山市曹妃甸工业区(72)发明人 魏运飞 刘金刚 狄国标 徐海卫
张学峰 邹扬 何元春 武卫阳 赵新宇 黄乐庆 路士平 王凯凯 师大兴 齐岩 (74)专利代理机构 北京华沛德权律师事务所
11302
代理人 修雪静(51)Int.Cl.
G01N 29/04(2006.01)G01N 29/34(2006.01)G01N 29/32(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图1页
G01N 29/48(2006.01)G01N 29/44(2006.01)
CN 112147223 A(54)发明名称
一种铸坯内部缺陷检测方法(57)摘要
具体涉本发明涉及铸坯缺陷检测技术领域，
及一种铸坯内部缺陷检测方法。包括：将超声波探伤仪的探头贴合在铸坯表面的设定位置处；将超声波探伤仪的超声波频率和一次底波的基础幅值分别调整为设定频率和设定幅值；计算设定位置处的灵敏度增益值；将设定位置处的灵敏度增益值更新为铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值；将超声波探伤仪的灵敏度增益调整为更新后的设定位置处的灵敏度增益值；扫描铸坯的内部，以对铸坯的内部缺陷进行检测。本发明采用超声波探伤的方法来检测铸坯的内部缺陷，通过使用铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值来调整超声波探伤仪的灵敏度增益，抑制了检测过程中过多草状波对于检测结果准确性的影响，实现了铸坯内部缺陷的准确检测。
CN 112147223 A
权 利 要 求 书
1/2页
1.一种铸坯内部缺陷检测方法，其特征在于，包括：
将超声波探伤仪的探头贴合在铸坯表面的设定位置处；
将所述超声波探伤仪的超声波频率和一次底波的基础幅值分别调整为设定频率和设定幅值；
计算所述设定位置处的灵敏度增益值；
将所述设定位置处的灵敏度增益值更新为所述铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值；将所述超声波探伤仪的灵敏度增益调整为更新后的所述设定位置处的灵敏度增益值；扫描所述铸坯的内部，以对所述铸坯的内部缺陷进行检测。2.根据权利要求1所述的铸坯内部缺陷检测方法，其特征在于，所述将所述超声波探伤仪的超声波频率和一次底波幅值分别调整为设定频率和设定幅值，包括：
若所述铸坯的晶粒的平均粒度超过设定粒径，则将所述设定频率的取值范围为0.5MHz至1MH；
若所述铸坯的晶粒的平均粒度不超过所述设定粒径，则将所述设定频率的取值范围为2MHz至2.5MH。
3.根据权利要求1所述的铸坯内部缺陷检测方法，其特征在于，所述计算所述设定位置处的灵敏度增益值，包括：
利用底波公式，计算所述设定位置处的灵敏度增益值Δ1；其中，所述底波公式为：
其中，λ为所述设定频率的超声波的波长，x1为所述铸坯的厚度，D1为所述超声波探伤仪的基准平底孔当量尺寸。
4.根据权利要求3所述的铸坯内部缺陷检测方法，其特征在于，所述将所述设定位置处的灵敏度增益值更新为所述铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值，包括：
计算所述铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值Δ2，具体计算公式为：Δ2＝Δ1-12dB。
5.根据权利要求4所述的铸坯内部缺陷检测方法，其特征在于，所述扫描所述铸坯的内部，以对所述铸坯的内部缺陷进行检测，包括：
获取某一缺陷的反射波的幅值h1；
计算所述某一缺陷的反射波的幅值h1与当前的基准灵敏度Δ之间的差值Δ3，具体的计算公式为：
Δ3＝|h1-Δ|；
计算所述某一缺陷的缺陷当量尺寸D2和缺陷深度x2，具体的计算公式为：
6.根据权利要求5所述的铸坯内部缺陷检测方法，其特征在于，所述计算所述某一缺陷的缺陷当量尺寸D2和缺陷深度x2之后，所述方法还包括：
将所述铸坯的内部的所有缺陷中的任一缺陷等效为缺陷球体；其中，所述缺陷球体的直径为所述任一缺陷的缺陷当量尺寸；
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CN 112147223 A
权 利 要 求 书
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计算所述铸坯的内部的所有缺陷对应的累计缺陷体积。7.根据权利要求6所述的铸坯内部缺陷检测方法，其特征在于，所述计算所述铸坯的内部的所有缺陷对应的累计缺陷体积之后，所述方法还包括：
计算用于评价所述铸坯内部缺陷的等效缺陷层数值E，具体的计算公式为：
其中，V为所述铸坯的内部的所有缺陷对应的累计缺陷体积，S为所述超声波探伤仪的检测区域面积；
将所述铸坯的内部的所有缺陷的缺陷深度中的最大值作为用于确定所述铸坯的压合工艺的最大缺陷层数值。
8.根据权利要求1至7任一所述的铸坯内部缺陷检测方法，其特征在于，所述设定幅值的取值范围为所述超声波探伤仪的50％的纵向量程至80％的纵向量程。
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CN 112147223 A
说 明 书
一种铸坯内部缺陷检测方法
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技术领域
[0001]本发明涉及铸坯缺陷检测技术领域，具体涉及一种铸坯内部缺陷检测方法。背景技术
[0002]高品质特厚板主要用于桥梁、模具以及大型容器、水电工程、海洋平台等，对钢板内在品质的要求较为严格。但是，特厚板在生产时，其压缩比有限，因此对原始的铸坯的内部质量要求比较高。而在铸坯铸造的末期，由于受钢水凝固时的体积收缩影响，导致铸坯内部容易出现空隙、气孔等缺陷，导致铸坯中心疏松，影响特厚板的品质。[0003]传统铸坯内部缺陷的评价采用国标GB/T226-2015《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》，按照熔炼批次抽取两块钢坯，在宽度截面上进行低倍组织及缺陷酸蚀检测。该方法按批次抽取，且仅限于切开的一个截面，存在较大的偶然性，检测的准确性不高。[0004]因此，如何提高铸坯内部缺陷检测的准确性，是目前亟需解决的技术问题。发明内容
[0005]本发明的目的是提供一种铸坯内部缺陷检测方法，以提高铸坯内部缺陷检测的准确性。
[0006]为实现上述目的，本发明实施例提供了一种铸坯内部缺陷检测方法，包括：[0007]将超声波探伤仪的探头贴合在铸坯表面的设定位置处；
[0008]将所述超声波探伤仪的超声波频率和一次底波的基础幅值分别调整为设定频率和设定幅值；
[0009]计算所述设定位置处的灵敏度增益值；
[0010]将所述设定位置处的灵敏度增益值更新为所述铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值；
[0011]将所述超声波探伤仪的灵敏度增益调整为更新后的所述设定位置处的灵敏度增益值；[0012]扫描所述铸坯的内部，以对所述铸坯的内部缺陷进行检测。[0013]在一种可能的实施例中，所述将所述超声波探伤仪的超声波频率和一次底波幅值分别调整为设定频率和设定幅值，包括：
[0014]若所述铸坯的晶粒的平均粒度超过设定粒径，则将所述设定频率的取值范围为0.5MHz至1MH；
[0015]若所述铸坯的晶粒的平均粒度不超过所述设定粒径，则将所述设定频率的取值范围为2MHz至2.5MH。
[0016]在一种可能的实施例中，所述计算所述设定位置处的灵敏度增益值，包括：[0017]利用底波公式，计算所述设定位置处的灵敏度增益值Δ1；其中，所述底波公式为：
[0018]
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说 明 书
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其中，λ为所述设定频率的超声波的波长，x1为所述铸坯的厚度，D1为所述超声波探
伤仪的基准平底孔当量尺寸。
[0020]在一种可能的实施例中，所述将所述设定位置处的灵敏度增益值更新为所述铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值，包括：
[0021]计算所述铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值Δ2，具体计算公式为：[0022]Δ2＝Δ1-12dB。
[0023]在一种可能的实施例中，所述扫描所述铸坯的内部，以对所述铸坯的内部缺陷进行检测，包括：
[0024]获取某一缺陷的反射波的幅值h1；
[0025]计算所述某一缺陷的反射波的幅值h1与当前的基准灵敏度Δ之间的差值Δ3，具体的计算公式为：
[0026]Δ3＝|h1-Δ|；
[0027]计算所述某一缺陷的缺陷当量尺寸D2和缺陷深度x2，具体的计算公式为：
[0028][0029]
在一种可能的实施例中，所述计算所述某一缺陷的缺陷当量尺寸D2和缺陷深度x2之后，所述方法还包括：
[0030]将所述铸坯的内部的所有缺陷中的任一缺陷等效为缺陷球体；其中，所述缺陷球体的直径为所述任一缺陷的缺陷当量尺寸；
[0031]计算所述铸坯的内部的所有缺陷对应的累计缺陷体积。[0032]在一种可能的实施例中，所述计算所述铸坯的内部的所有缺陷对应的累计缺陷体积之后，所述方法还包括：
[0033]计算用于评价所述铸坯内部缺陷的等效缺陷层数值E，具体的计算公式为：
[0034]
其中，V为所述铸坯的内部的所有缺陷对应的累计缺陷体积，S为所述超声波探伤仪的检测区域面积；
[0036]将所述铸坯的内部的所有缺陷的缺陷深度中的最大值作为用于确定所述铸坯的压合工艺的最大缺陷层数值。
[0037]在一种可能的实施例中，所述设定幅值的取值范围为所述超声波探伤仪的50％的纵向量程至80％的纵向量程。[0038]本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：[0039]本发明采用超声波探伤的方法来检测铸坯的内部缺陷，通过使用铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值来调整超声波探伤仪的灵敏度增益，抑制了检测过程中过多草状波对于检测结果准确性的影响，实现了铸坯内部缺陷的准确检测。附图说明
[0040]为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些
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[0035]
CN 112147223 A
说 明 书
3/5页
实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]图1是本发明实施例提供的一种铸坯内部缺陷检测方法的流程图。
具体实施方式
[0042]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
[0043]本领域中，常用超声波探伤仪来对金属内部的缺陷进行探伤检测。超声波探伤仪的探头具备发射超声波信号和接收超声波信号的功能，超声波探伤仪通过探头向金属内部发射超声波信号，并接收反射回来的超声波信号，再通过波形分析，从而检测出金属内部的缺陷。但是铸坯由于其厚度较大，直接使用超声波探伤仪对铸坯进行内部缺陷检测时，其低频超声波信号会受到铸坯的内部结构干扰，使得反射波信号中携带了大量的草状波干扰信号，导致无法准确地对信号进行缺陷分析，因此本领域中通常并不适用超声波探伤仪对铸坯进行缺陷检测。
[0044]本发明希望通过以下方案，实现利用超声波探伤仪对铸坯内部缺陷进行准确检测。
[0045]本实施例提供一种铸坯内部缺陷检测方法，请参阅图1，图1为该方法实施例的流程图，具体包括步骤11至步骤16。[0046]步骤11，将超声波探伤仪的探头贴合在铸坯表面的设定位置处。[0047]具体的，超声波探伤仪能够设定检测范围，探头的贴合位置则决定了本次检测的范围。本实施例中将超声波探伤仪的检测范围设为以设定位置为中心的铸坯的全宽×200mm的区域。[0048]步骤12，将所述超声波探伤仪的超声波频率和一次底波的基础幅值分别调整为设定频率和设定幅值。[0049]具体的，通过超声波探伤仪的频率选择旋钮，可以设定超声波探伤仪的超声波频率，通过超声波探伤仪的发射强度旋钮和抑制旋钮，可以调整一次底波的基础幅值。[0050]具体的，若铸坯的晶粒的平均粒度超过设定粒径，则将设定频率的取值范围为0.5MHz至1MH；若铸坯的晶粒的平均粒度不超过设定粒径，则将设定频率的取值范围为2MHz至2.5MH。
[0051]具体的，设定幅值的取值范围为超声波探伤仪的50％的纵向量程至80％的纵向量程。幅值与灵敏度的单位均为dB。[0052]步骤13，计算所述设定位置处的灵敏度增益值。
[0053]这里给出一种计算设定位置处的灵敏度增益值的方案，具体为：[0054]步骤21，利用底波公式，计算所述设定位置处的灵敏度增益值Δ1；其中，所述底波公式为：
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说 明 书
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其中，λ为所述设定频率的超声波的波长，x1为所述铸坯的厚度，D1为所述超声波探
伤仪的基准平底孔当量尺寸。[0057]步骤14，将所述设定位置处的灵敏度增益值更新为所述铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值。
[0058]具体的，由于直接使用设定位置处的灵敏度增益值作为超声波探伤仪的灵敏度增益值，会在反射波形图中出现大量的草状波干扰信号，本发明的发明人通过大量的试验后，发现将超声波探伤仪的灵敏度增益调整为铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值，即可有效抑制草状波干扰信号的幅值高度，进而消除这些草状波对于缺陷分析的干扰。[0059]这里给出了铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值计算方法，具体为：[0060]步骤31，计算所述铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值Δ2，具体计算公式为：[0061]Δ2＝Δ1-12dB。[0062]步骤15，将所述超声波探伤仪的灵敏度增益调整为更新后的所述设定位置处的灵敏度增益值。
[0063]具体的，通过超声波探伤仪的灵敏度增益旋钮，可以调整超声波探伤仪的灵敏度增益。
[0064]步骤16，扫描所述铸坯的内部，以对所述铸坯的内部缺陷进行检测。[0065]这里给出了一种铸坯的内部缺陷扫描检测方案，具体为：[0066]步骤41，获取某一缺陷的反射波的幅值h1。[0067]具体的，根据反射波形图，可以很容易分辨出代表铸坯内部单一缺陷的反射波，通过读数，可以获知该反射波的幅值高度(即波高)。[0068]步骤42，计算所述某一缺陷的反射波的幅值h1与当前的基准灵敏度Δ之间的差值Δ3，具体的计算公式为：[0069]Δ3＝|h1-Δ|。[0070]具体的，当前的基准灵敏度是指调整超声波探伤仪的灵敏度增益之前的基准灵敏度与铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值之和。[0071]具体的，反射波的幅值与灵敏度的单位均为dB。[0072]步骤43，计算所述某一缺陷的缺陷当量尺寸D2和缺陷深度x2，具体的计算公式为：
[0073]
具体的，缺陷深度是指该缺陷到铸坯表面的深度距离。通过重复步骤41至步骤43，即可扫描获得所有的缺陷对应的缺陷当量尺寸和缺陷深度。[0075]为了更直观地评价铸坯内部缺陷，本发明还给出了利用累计缺陷体积来评价铸坯内部缺陷的方案，具体为：[0076]步骤51，将所述铸坯的内部的所有缺陷中的任一缺陷等效为缺陷球体；其中，所述缺陷球体的直径为所述任一缺陷的缺陷当量尺寸。[0077]步骤52，计算所述铸坯的内部的所有缺陷对应的累计缺陷体积。[0078]本实施例将缺陷等效为球体，通过累计缺陷体积即可判断出铸坯内部缺陷的存在情况，方便指导之后的生产加工。
[0079]为了更全面地评价评价铸坯内部缺陷，本发明还给出了利用等效缺陷层数值和最
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[0074]
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说 明 书
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大缺陷层数值来评价铸坯内部缺陷的方案，具体为：[0080]步骤61，计算用于评价所述铸坯内部缺陷的等效缺陷层数值E，具体的计算公式为：
[0081]
其中，V为所述铸坯的内部的所有缺陷对应的累计缺陷体积，S为所述超声波探伤
仪的检测区域面积。[0083]具体的，等效缺陷层数值用于评价整体平均缺陷深度，反映整张铸坯内部质量整体状况。
[0084]步骤62，将所述铸坯的内部的所有缺陷的缺陷深度中的最大值作为用于确定所述铸坯的压合工艺的最大缺陷层数值。[0085]具体的，最大缺陷层数值表示缺陷在深度方向上的最大尺寸，可以作为采用何种压合工艺的量化指标，据此设计压合各类尺寸缺陷的工艺。[0086]这里给出以下应用案例：[0087]某钢厂厚度400mm连铸坯，采用1MHz低频纵波直探头进行区域超声波探伤，具体检测区域为长为200mm且宽为铸坯全宽的区域，按FBH5调节基准灵敏度，根据底波公式计算灵敏度增益值为36dB，并将最终的灵敏度增益设为24dB(即36dB-12dB)，然后将探头置于铸坯上，将1次底波调至50％进行扫查，记录缺陷值。最后，通过分析，缺陷当量尺寸最大为9.95mm，缺陷当量尺寸5-6mm共计32处，累计缺陷体积为17.001cm3，等效平均缺陷层数值为0.0425mm，最大缺陷层数值为9.95mm。
[0088]本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：[0089]本发明实施例采用超声波探伤的方法来检测铸坯的内部缺陷，通过使用铸坯的中心厚度处的灵敏度增益值来调整超声波探伤仪的灵敏度增益，抑制了检测过程中过多草状波对于检测结果准确性的影响，实现了铸坯内部缺陷的准确检测。[0090]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。[0091]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
[0082]
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CN 112147223 A
说 明 书 附 图
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图1
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