超聲波探傷的影響因素分析及其控制

謝傳進 葉天贈

(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 葉天贈

(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，隨著科學技術的不斷發展，超聲波探傷技術已得到廣泛應用，其具有較高的檢測靈敏度及穿透性，且靈活性較強。采用超聲波探傷技術檢測鋼材，可及時發現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，進而提出解決策略，提高鋼材質量。然而，在實際操作過程中，探傷結果極易受到檢測自身、檢測人員水平及責任心等因素的影響，容易造成漏探或誤探現象。本文將對超聲波探傷的影響因素進行分析，并對其控制進行研究。

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。當超聲波進入材料后，其所產生的機械振動會在被檢測材料中得到傳播，其聲學特性及材料內部組織的變化會對超聲波的傳播產生一定影響。檢測過程主要是利用一種壓電晶片向材料內部發射超聲波，當超聲波束自零件表面傳播至內部，遇到缺陷與零件底面時就分別發生反射波，并在熒光屏上形成脈沖波形，可根據這些脈沖波形進而判斷缺陷位置及其大小。

超聲波探傷可根據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)。穿透法是根據脈沖波或者連續波穿透試件后的能量變化來判斷缺陷，通常采用兩個探頭，分別做發射及接收用，放置在試件的兩側。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，其根據儀器屏幕上所顯示的缺陷波來判斷缺陷。共振法則是指當聲波在被檢測工件內傳播，當試件的厚度為超聲波半波長的整數倍時，在儀器上就能夠顯示共振頻率，根據試件的共振特性即可判斷試件缺陷。TOFD法檢測試件時采用一對或者多對寬聲束縱波斜探頭，聲束將覆蓋到檢測區域，若有缺陷則會產生反射波及其衍射波，根據傳播時間，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，其尺寸形狀及相關參數是否合理，直接關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部位的良好接觸，并改善耦合條件，應在探測前對軸端面進行打磨并加工成平面。根據頻率與波長的關系，確定探傷頻率對波高的影響，要求根據材質合理選擇低頻及較大直徑的探頭進行檢測。

2.1.2 超聲波探頭K值選擇不當

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

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

2.1.3 試塊的選擇不合理

超聲波探傷檢測試塊可分為對比試塊及標準試塊。一般情況下，對儀器性能進行檢驗時所采用的試塊為標準試塊，但由于試塊與實際鋼材的尺寸不同，就會影響到實際的超聲波探傷效果。

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

2.1.4 耦合劑選擇不當

由于超聲波在傳播的過程中會遇到不同介質，進而發生反射或者折射現象。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部質量問題，從而影響探測結果。

控制辦法：為了確保有足夠的折射率，超聲波探傷應在介質的界面之上涂抹耦合劑，可有效實現探頭與介質的聲耦合。當前所使用的耦合劑種類較多，這就需要根據鋼材實際的探傷狀態合理選擇。通常情況下，所選擇的耦合劑應具有足夠的浸潤性，且黏附性較強，對鋼材無腐蝕性，對人體無害，探傷檢測后，耦合劑能夠較容易地清除。

2.1.5 其他因素

管理及技術環境也能夠影響探傷檢測效果。其中，管理環境是指檢測的管理制度不夠完善及科學，如：在檢測過程并未制定相關條款及規定，導致職責不明確，責任制落實不到位。而技術環境則是指探傷檢測的作業場地相對較小，具有較高的危險性，其檢驗標準的采用與被檢對象的特性相差較大，不利于探傷檢測工作的進一步開展。

控制辦法：根據鋼材超聲波檢測實際情況，

制定合理的探傷檢測制度，其內容應涉及檢測人員的配置、檢測時間、檢測工藝等，并在制度中明確被檢測對象的具體規格、特性等，明確個人職責，落實監督及觀察機制。在檢測過程中，對于涉及的復核檢驗及循環檢驗等，應針對具體檢驗環境制定適宜制度，確保檢測工作的正常、有序進行，提高探傷檢測質量。

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行，而在探傷檢測過程中難免出現人為失誤，導致探傷檢測不精確。人員因素分為情緒因素、技術因素及程序性因素，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，導致在檢測過程中責任心不強，時常會大意、馬虎及粗心。而這些負面情緒得不到緩解，帶到工作中，容易導致失誤。還有部分檢測人員并未受過正規訓練，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等知識，導致在操作過程中出現失誤，影響探測精度。

控制辦法：首先，嚴格錄取探傷檢測人員，確認探傷人員資格，必須獲取國家相關部門頒發的二級資格證書，并在有效期內。其次，不定期檢測探測人員對檢驗工藝的熟悉度，確保其能夠正確及熟練地操作。再次，加強對探測人員的培訓，主要培訓操作技巧、探測技能等內容，建立一支高業務水平的探傷隊伍。最后，提高探測人員道德素質，培養其責任心，使探測人員能夠在探傷檢測過程中任勞任怨。同時通過激勵機制，提高人員工作熱情及信心。

3 結語

超聲波探傷檢測技術在鋼材質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量，及時發現問題，減少鋼材質量不過關的情況。本文通過對影響超聲波探傷的因素進行分析，提出了相應的控制策略，望為后期鋼材探傷檢測提供參考依據。

[1]常少文.焊接鋼管超聲波自動探傷檢測系統的軟件設計與應用[J].焊管，2011(8)

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

[3]羅海湘.關于鋼結構探傷檢測的探討[J].城市建設理論研究：電子版，2012(21)

[4]李立國.超聲波自動化探傷在鋼材檢測中的應用[J].科技致富向導，2010(6)

2014-06-24

謝傳進(1985—)，男，廣東梅州人，研究方向：機械加工、材質檢驗、質量改善。

葉天贈(1983—)，男，廣東梅州人，助理工程師，研究方向：熱處理工藝、工藝設計、材質檢驗、產品國產化。