■ 劉仕遠(yuǎn)

?

超聲縱波遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)檢測(cè)及其應(yīng)用

■ 劉仕遠(yuǎn)

摘 要：通過(guò)分析超聲縱波檢測(cè)特點(diǎn)，提出遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)的問(wèn)題，通過(guò)合理制作檢測(cè)試塊，能夠準(zhǔn)確測(cè)試出各種超聲縱波直探頭的遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)，且操作簡(jiǎn)單、適用性廣，解決了直探頭遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)檢測(cè)技術(shù)缺失的問(wèn)題；并通過(guò)遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)的測(cè)量能夠?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)加工余量提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，避免由于超聲波直探頭遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)造成近底面缺陷無(wú)法檢出而在進(jìn)一步加工為成品過(guò)程中出現(xiàn)缺陷露頭等情況，造成產(chǎn)品成品率低甚至報(bào)廢，保證了產(chǎn)品加工質(zhì)量，節(jié)約了加工成本。

關(guān)鍵詞：超聲檢測(cè)；縱波；遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)

超聲檢測(cè)是無(wú)損檢測(cè)常規(guī)方法的一種，超聲縱波直探頭是超聲檢測(cè)中使用范圍最廣的探頭之一，大量應(yīng)用于石油、冶金、軍工、鐵路、航空、航天、特檢、橋梁、船舶、建筑等領(lǐng)域鑄件、鍛件、焊接件等的檢測(cè)，對(duì)于保障零件產(chǎn)品質(zhì)量安全具有重要作用。

在使用超聲縱波直探頭進(jìn)行工件檢測(cè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到近底面缺陷反射回波同工件本身底面反射回波之間的分辨問(wèn)題，即超聲波直探頭檢測(cè)遠(yuǎn)場(chǎng)近底面缺陷的盲區(qū)問(wèn)題。該情況常被檢測(cè)人員忽視。

1　問(wèn)題提出

在采用超聲縱波進(jìn)行產(chǎn)品檢測(cè)過(guò)程中，當(dāng)檢測(cè)面與底面基本平行時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)底面反射回波，由于通常工件底面反射回波能量高、反射強(qiáng)烈，當(dāng)在工件近底面一定范圍內(nèi)存在缺陷時(shí)，該范圍內(nèi)的缺陷反射回波靠近工件本身底面反射回波，兩回波靠近到一定距離時(shí)，檢測(cè)人員從超聲檢測(cè)儀示波器上就無(wú)法分辨出缺陷反射波，通常會(huì)被認(rèn)為只有底面反射回波，沒(méi)有缺陷回波，造成缺陷漏檢（見(jiàn)圖1）。有的工件超聲波檢測(cè)后，往往還需進(jìn)一步加工為成品，也經(jīng)常出現(xiàn)加工后缺陷露頭的情況，造成加工成本的浪費(fèi)。因此，解決超聲波直探頭遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)的測(cè)試問(wèn)題，對(duì)于防止超聲檢測(cè)缺陷漏檢、降低成本、為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員加工余量設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)具有重要意義。

然而，目前還未發(fā)現(xiàn)公布的超聲波直探頭遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)檢測(cè)試塊及方法，國(guó)內(nèi)對(duì)于超聲波直探頭性能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)主要有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于超聲波直探頭的性能指標(biāo)主要有靈敏度余量、回波頻率、回波長(zhǎng)度、垂直線性、水平線性、聲束寬度、聲束偏移、分辨力及近場(chǎng)盲區(qū)等[1]。已有的方法只能檢測(cè)直探頭近場(chǎng)盲區(qū)，近場(chǎng)盲區(qū)是由于超聲波直探頭始脈沖占寬，造成距離檢測(cè)面一段距離范圍內(nèi)的缺陷反射回波與始脈沖重疊，進(jìn)而無(wú)法分辨（見(jiàn)圖2），檢測(cè)近場(chǎng)盲區(qū)的方法不適用于遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)的檢測(cè)。

2　遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)檢測(cè)方案

為了測(cè)量在某一特定工件厚度情況下，某一特定當(dāng)量大小的缺陷究竟距離工件底面多大距離時(shí)其反射回波同工件底面回波剛好無(wú)法區(qū)分，即測(cè)量遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)的大小。

根據(jù)測(cè)試需要，制作指定規(guī)格的檢測(cè)試塊。盲區(qū)檢測(cè)方案為：在所述超聲波直探頭與檢測(cè)試塊之間施加適當(dāng)耦合劑，將超聲波直探頭置于檢測(cè)試塊上表面；移動(dòng)所述超聲波直探頭依次檢測(cè)不同深度的平底圓柱孔，并將平底圓柱孔的回波幅度調(diào)至儀器示波屏滿刻度的50%～90%；并根據(jù)波形圖判斷不同深度平底圓柱孔所對(duì)應(yīng)的深度是否為超聲波直探頭的遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)。

（1）水平測(cè)距標(biāo)定：將超聲波直探頭置于檢測(cè)試塊的完好部位，進(jìn)行水平測(cè)距標(biāo)定，得出無(wú)缺陷情況下的波形圖作為參照；

（2）人工缺陷測(cè)試：移動(dòng)超聲波直探頭，逐一測(cè)量不同深度的平底圓柱孔，觀察每次測(cè)量的平底圓柱孔反射回波與檢測(cè)試塊底面反射回波間的波形情況，并將所得波形圖與水平測(cè)距標(biāo)定步驟中所得到的波形圖進(jìn)行對(duì)比；

（3）盲區(qū)確定：當(dāng)平底圓柱孔的反射回波后沿與底面反射回波的前沿相交的波谷是示波器滿屏刻度的指定值時(shí)，認(rèn)定所述平底圓柱孔深度為所述超聲波直探頭的遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)。

圖3　遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)檢測(cè)試塊

3　遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)檢測(cè)試驗(yàn)

根據(jù)上述方案，通過(guò)實(shí)例說(shuō)明具體應(yīng)用方法。針對(duì)檢測(cè)厚度為107 mm的鍛鋼件，要求內(nèi)部缺陷當(dāng)量大小為2 mm。

首先制作遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)檢測(cè)試塊（見(jiàn)圖3），試塊上共有4個(gè)平底孔，大小及孔深分別為φ2 mm×1 mm、φ2 mm×2 mm、φ2 mm×3 mm、φ2 mm×4 mm。

然后采用數(shù)字式超聲檢測(cè)儀及2.5P20Z縱波直探頭，以機(jī)油作耦合劑。將探頭置于盲區(qū)試塊完好部位，將試塊底面反射回波調(diào)至第8大格左右，調(diào)整儀器水平刻度顯示范圍及靈偏等按鈕，將屏幕深度顯示值與試塊厚度值調(diào)整一致，此時(shí)儀器比例校準(zhǔn)完畢。采用不同深度平底孔的最高反射波調(diào)為熒光屏的80%，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4—圖7。

通過(guò)試驗(yàn)可知，在工件厚度為107 mm、平底孔大小為2 mm情況下，深度為2 mm的平底孔反射波和底面反射波重疊無(wú)法分辨，即在距離工件底面2 mm范圍內(nèi)，當(dāng)量2 mm的缺陷都無(wú)法發(fā)現(xiàn)（盲區(qū)為2 mm試驗(yàn)結(jié)果的前提是工件材料為鍛鋼件、探頭規(guī)格2.5P20Z、工件厚度107 mm、平底孔大小為2 mm。如果這些條件發(fā)生改變，所得盲區(qū)大小也會(huì)不同，但試驗(yàn)方法是通用的）。

圖4　水平測(cè)距　

圖5　φ2 mm×4 mm平底孔檢測(cè)

圖6　φ2 mm×3 mm平底孔檢測(cè)　

圖7　φ2 mm×2 mm平底孔檢測(cè)

為了避免該2 mm范圍內(nèi)的缺陷因無(wú)法檢測(cè)出而造成產(chǎn)品制造成本的增加，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)可預(yù)留2 mm加工余量，即使該2 mm范圍內(nèi)存在缺陷，通過(guò)后續(xù)的加工去除，也可降低產(chǎn)品的報(bào)廢率。

4　結(jié)束語(yǔ)

介紹一種超聲波直探頭遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)的檢測(cè)方法：首先根據(jù)測(cè)試需要，制作指定規(guī)格的檢測(cè)試塊；然后采用超聲波檢測(cè)儀、超聲縱波直探頭及盲區(qū)檢測(cè)試塊進(jìn)行盲區(qū)大小檢測(cè)；最后根據(jù)盲區(qū)大小，為產(chǎn)品余量設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參考。

該方法操作簡(jiǎn)單、結(jié)果準(zhǔn)確，通過(guò)合理制作檢測(cè)試塊，能夠準(zhǔn)確測(cè)試出各種超聲波直探頭的遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)，適用性廣，解決了直探頭遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)檢測(cè)技術(shù)缺失的問(wèn)題；且通過(guò)遠(yuǎn)場(chǎng)盲區(qū)的測(cè)量，能夠?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)加工余量提供參考數(shù)據(jù)，保證產(chǎn)品加工質(zhì)量，節(jié)約加工成本。

5　參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無(wú)損檢測(cè)分會(huì)．超聲波檢測(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012．

劉仕遠(yuǎn)：中車(chē)戚墅堰機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝研究所有限公司，工程師，江蘇 常州，213011

責(zé)任編輯 高紅義

中圖分類(lèi)號(hào)：U216.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-061X（2016）02-0083-03