超聲波探傷的影響因素分析及其控制

謝傳進(jìn) 葉天贈(zèng)

(BPW(梅州)車軸有限公司，廣東 梅州 514743)

超聲波探傷的影響因素分析及其控制

謝傳進(jìn) 葉天贈(zèng)

(BPW(梅州)車軸有限公司，廣東 梅州 514743)

首先簡要闡述了超聲波探傷的原理及方法，然后詳細(xì)分析了超聲波探傷的影響因素，并給出了控制策略。

超聲波探傷；影響因素；控制；檢測

0 引言

近幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲波探傷技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，其具有較高的檢測靈敏度及穿透性，且靈活性較強(qiáng)。采用超聲波探傷技術(shù)檢測鋼材，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼材制件中所存在的夾雜物、裂縫、分層、劃傷、氣孔、夾渣、未焊透等一系列缺陷，進(jìn)而提出解決策略，提高鋼材質(zhì)量。然而，在實(shí)際操作過程中，探傷結(jié)果極易受到檢測自身、檢測人員水平及責(zé)任心等因素的影響，容易造成漏探或誤探現(xiàn)象。本文將對(duì)超聲波探傷的影響因素進(jìn)行分析，并對(duì)其控制進(jìn)行研究。

1 超聲波探傷原理及方法

超聲波探傷利用的是超聲波的頻率，頻率不同，從材料所返回的波形也不盡相同。當(dāng)超聲波進(jìn)入材料后，其所產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)會(huì)在被檢測材料中得到傳播，其聲學(xué)特性及材料內(nèi)部組織的變化會(huì)對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生一定影響。檢測過程主要是利用一種壓電晶片向材料內(nèi)部發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波束自零件表面?zhèn)鞑ブ羶?nèi)部，遇到缺陷與零件底面時(shí)就分別發(fā)生反射波，并在熒光屏上形成脈沖波形，可根據(jù)這些脈沖波形進(jìn)而判斷缺陷位置及其大小。

超聲波探傷可根據(jù)原理的不同分為穿透法、脈沖反射法、共振法及TOFD法(Time of Flight Diffraction)。穿透法是根據(jù)脈沖波或者連續(xù)波穿透試件后的能量變化來判斷缺陷，通常采用兩個(gè)探頭，分別做發(fā)射及接收用，放置在試件的兩側(cè)。脈沖反射法則是利用反射波來檢測試件缺陷的方法，包括多次底波法、底波高度法及缺陷回波法。缺陷回波法(圖1)是最為基本的方法，其根據(jù)儀器屏幕上所顯示的缺陷波來判斷缺陷。共振法則是指當(dāng)聲波在被檢測工件內(nèi)傳播，當(dāng)試件的厚度為超聲波半波長的整數(shù)倍時(shí)，在儀器上就能夠顯示共振頻率，根據(jù)試件的共振特性即可判斷試件缺陷。TOFD法檢測試件時(shí)采用一對(duì)或者多對(duì)寬聲束縱波斜探頭，聲束將覆蓋到檢測區(qū)域，若有缺陷則會(huì)產(chǎn)生反射波及其衍射波，根據(jù)傳播時(shí)間，利用三角方程來確定缺陷位置及其尺寸。

圖1 缺陷回波法

2 超聲波探傷的影響因素及其控制

2.1 檢測自身因素及控制辦法

2.1.1 超聲波探傷探頭參數(shù)不合理

超聲波探頭是超聲波探傷儀的核心部分，其尺寸形狀及相關(guān)參數(shù)是否合理，直接關(guān)系到探傷檢測的精確度。

控制辦法：為了確保探傷探頭檢測面與被側(cè)部位的良好接觸，并改善耦合條件，應(yīng)在探測前對(duì)軸端面進(jìn)行打磨并加工成平面。根據(jù)頻率與波長的關(guān)系，確定探傷頻率對(duì)波高的影響，要求根據(jù)材質(zhì)合理選擇低頻及較大直徑的探頭進(jìn)行檢測。

2.1.2 超聲波探頭K值選擇不當(dāng)

超聲波探頭K值若選擇不當(dāng)，則儀器掃描調(diào)節(jié)方法不合適，不宜控制探頭掃描的速度，甚至在掃描的過程中會(huì)出現(xiàn)聲束覆蓋面積不夠的問題，將影響到探傷檢測結(jié)果的精確度。

控制辦法：由于探頭K值不當(dāng)，其折射角的選擇也相應(yīng)影響探傷效果，為此，可根據(jù)所選探頭的聲束來掃查整個(gè)探傷面。

2.1.3 試塊的選擇不合理

超聲波探傷檢測試塊可分為對(duì)比試塊及標(biāo)準(zhǔn)試塊。一般情況下，對(duì)儀器性能進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)所采用的試塊為標(biāo)準(zhǔn)試塊，但由于試塊與實(shí)際鋼材的尺寸不同，就會(huì)影響到實(shí)際的超聲波探傷效果。

控制辦法：為了提高實(shí)際超聲波探傷精度，并確保超聲波探傷的靈敏度，在選擇試塊的過程中應(yīng)采用與實(shí)際鋼材尺寸相似的對(duì)比試塊。

2.1.4 耦合劑選擇不當(dāng)

由于超聲波在傳播的過程中會(huì)遇到不同介質(zhì)，進(jìn)而發(fā)生反射或者折射現(xiàn)象。此外，耦合劑的合理選擇直接影響到探傷表面的清理工作。因此，若所選的耦合劑不適合現(xiàn)場工作，就不能夠全面清理探傷表面，也就不能全面探測到鋼材內(nèi)部質(zhì)量問題，從而影響探測結(jié)果。

控制辦法：為了確保有足夠的折射率，超聲波探傷應(yīng)在介質(zhì)的界面之上涂抹耦合劑，可有效實(shí)現(xiàn)探頭與介質(zhì)的聲耦合。當(dāng)前所使用的耦合劑種類較多，這就需要根據(jù)鋼材實(shí)際的探傷狀態(tài)合理選擇。通常情況下，所選擇的耦合劑應(yīng)具有足夠的浸潤性，且黏附性較強(qiáng)，對(duì)鋼材無腐蝕性，對(duì)人體無害，探傷檢測后，耦合劑能夠較容易地清除。

2.1.5 其他因素

管理及技術(shù)環(huán)境也能夠影響探傷檢測效果。其中，管理環(huán)境是指檢測的管理制度不夠完善及科學(xué)，如：在檢測過程并未制定相關(guān)條款及規(guī)定，導(dǎo)致職責(zé)不明確，責(zé)任制落實(shí)不到位。而技術(shù)環(huán)境則是指探傷檢測的作業(yè)場地相對(duì)較小，具有較高的危險(xiǎn)性，其檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的采用與被檢對(duì)象的特性相差較大，不利于探傷檢測工作的進(jìn)一步開展。

控制辦法：根據(jù)鋼材超聲波檢測實(shí)際情況，

制定合理的探傷檢測制度，其內(nèi)容應(yīng)涉及檢測人員的配置、檢測時(shí)間、檢測工藝等，并在制度中明確被檢測對(duì)象的具體規(guī)格、特性等，明確個(gè)人職責(zé)，落實(shí)監(jiān)督及觀察機(jī)制。在檢測過程中，對(duì)于涉及的復(fù)核檢驗(yàn)及循環(huán)檢驗(yàn)等，應(yīng)針對(duì)具體檢驗(yàn)環(huán)境制定適宜制度，確保檢測工作的正常、有序進(jìn)行，提高探傷檢測質(zhì)量。

2.2 人員因素及控制辦法

超聲波探傷檢測需要工作人員來執(zhí)行，而在探傷檢測過程中難免出現(xiàn)人為失誤，導(dǎo)致探傷檢測不精確。人員因素分為情緒因素、技術(shù)因素及程序性因素，其中情緒因素占著較大比例，由于人員自身原因或者外部原因，導(dǎo)致在檢測過程中責(zé)任心不強(qiáng)，時(shí)常會(huì)大意、馬虎及粗心。而這些負(fù)面情緒得不到緩解，帶到工作中，容易導(dǎo)致失誤。還有部分檢測人員并未受過正規(guī)訓(xùn)練，就投入到檢測工作中，由于缺乏操作技能，甚至不熟悉探測儀器及探頭系統(tǒng)等知識(shí)，導(dǎo)致在操作過程中出現(xiàn)失誤，影響探測精度。

控制辦法：首先，嚴(yán)格錄取探傷檢測人員，確認(rèn)探傷人員資格，必須獲取國家相關(guān)部門頒發(fā)的二級(jí)資格證書，并在有效期內(nèi)。其次，不定期檢測探測人員對(duì)檢驗(yàn)工藝的熟悉度，確保其能夠正確及熟練地操作。再次，加強(qiáng)對(duì)探測人員的培訓(xùn)，主要培訓(xùn)操作技巧、探測技能等內(nèi)容，建立一支高業(yè)務(wù)水平的探傷隊(duì)伍。最后，提高探測人員道德素質(zhì)，培養(yǎng)其責(zé)任心，使探測人員能夠在探傷檢測過程中任勞任怨。同時(shí)通過激勵(lì)機(jī)制，提高人員工作熱情及信心。

3 結(jié)語

超聲波探傷檢測技術(shù)在鋼材質(zhì)量檢測中占有重要地位，通過超聲波探傷檢測可確保鋼材質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，減少鋼材質(zhì)量不過關(guān)的情況。本文通過對(duì)影響超聲波探傷的因素進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的控制策略，望為后期鋼材探傷檢測提供參考依據(jù)。

[1]常少文.焊接鋼管超聲波自動(dòng)探傷檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].焊管，2011(8)

[2]楊林濤，張虎.超聲波探傷檢測的影響因素[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013(16)

[3]羅海湘.關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)探傷檢測的探討[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2012(21)

[4]李立國.超聲波自動(dòng)化探傷在鋼材檢測中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?010(6)

2014-06-24

謝傳進(jìn)(1985—)，男，廣東梅州人，研究方向：機(jī)械加工、材質(zhì)檢驗(yàn)、質(zhì)量改善。

葉天贈(zèng)(1983—)，男，廣東梅州人，助理工程師，研究方向：熱處理工藝、工藝設(shè)計(jì)、材質(zhì)檢驗(yàn)、產(chǎn)品國產(chǎn)化。