小角度縱波檢測法在瓶口螺紋檢測的應用分析

張立軍

【摘 要】介紹了小角度縱波探傷法在長管拖車氣瓶瓶口螺紋的探傷應用。對小角度縱波斜探頭靈敏度進行了調試，采用不同傾斜角度縱波斜探頭在長管拖車氣瓶瓶口螺紋的探傷中的檢測效果進行了對比研究，從而確定出采用小于10°傾斜角的縱波斜探頭進行檢測可達到更好的檢測效果。

【關鍵詞】小角度縱波檢測法；長管拖車；靈敏度

中圖分類號：TG115.28 文獻標志碼：A

近幾年，我國長管拖車年增長量近千臺。長管拖車包括高壓氣瓶、附件、安全附件、氣瓶固定裝置、車輛部分等。常見的長管拖車氣瓶的規格為Φ355×10.4mm、Φ406×12mm、Φ559×16.5mm等多種。多用于運輸易燃易爆有毒有害氣體的移動式壓力容器，屬于第三類高壓容器，危險系數相對較高，其檢驗要求也相對更加嚴格。

長管拖車瓶口螺紋在長期運行中，螺紋根部容易形成應力集中，產生疲勞裂紋，這些疲勞裂紋一旦產生便會在受壓循環應力和介質腐蝕作用下迅速擴展，導致危險事故發生，為此在瓶口螺紋的定期無損檢測極為重要，根據《壓力容器定期檢驗規則》附件D《長管拖車、管束式集裝箱定期檢驗專項要求》的規定，長管拖車定期檢驗是需要對瓶口螺紋進行100%超聲檢測和滲透檢測。對于超聲檢測，因長管拖車氣瓶瓶口截面積，如果用縱波垂直入射試件檢測面的方法，限于工件形狀和側壁干涉等原因，縱波直探頭產生的缺陷波不穩定，再現性差，螺紋波不規則，垂直入射縱波的應用受到很大限制，筆者通過試驗證實，采用具有一定傾斜角度的超聲波進行檢測，可以達到更好的檢測效果（小于10°傾斜角的探頭）。

一、小角度縱波檢測原理

將超聲縱波直探頭做成晶片和被檢工件表面成一定角度，根據波的折射原理可知，當入射角小于第一臨界角時被檢工件中會同時產生折射縱波和折射橫波，利用折射縱波進行探傷的方法稱為縱波斜入射法。

采用斜入射縱波檢測可以很好地解決普通直射波存在的不足，由于探頭主聲束與探頭軸線成一定夾角，探頭主聲束可以檢測到普通直探頭不能檢測的區域。

二、探頭的選用

1）從缺陷檢出率及聲束指向性考慮，選擇較高的頻率為宜，如選用5MHz

2）縱波小角度斜探頭的聲束軸線對準齒根裂紋時檢測靈敏度最高，優于普通縱波直探頭，其縱波折射角應視檢測的螺紋區長度及端面來確定。

3）晶片尺寸根據瓶口端面而定，以確保探頭與接觸面的耦合及充裕度

三、檢測靈敏度調節

長管拖車氣瓶瓶口螺紋檢測靈敏度有兩種方法：一種是在氣瓶無缺陷部位將最后遠處螺紋（內、外）反射波的回波高度調到熒光屏滿刻度的30%，作為檢測時的基準靈敏度；一種是用CSK-ⅢA試塊80mm深的橫孔（注：螺紋長度約為80mm），用探頭找到80mm深的橫孔，調節增益，使其回波達到熒光屏的80%。

實驗證明，對于不同折射角的探頭，折射角越小，相同聲程處φ1×6mm橫孔的反射波越強，目前本站通常用6°的小角度超聲波探頭進行瓶口內外螺紋檢測。筆者曾對北京公交公司一臺長管拖車的其中一只氣瓶瓶口螺紋進行檢測，檢測處瓶口一環向裂紋，裂紋距瓶口100mm，長度為整圈由內向外7mm深。

四、裂紋波的識別

1）波形：因裂紋面垂直聲束，股裂紋波形清晰、陡直、尖銳

2）波底變化：對于較大的裂紋，波底明顯減弱甚至消失

3）螺紋波變化：緊靠裂紋之后的螺紋波將由于裂紋的遮擋而消失或減弱。

同種型式的瓶口螺紋，它們對超聲波的反射條件基本相同，當超聲波入射到裂紋處時，在熒光屏上顯示的螺紋波具有一定特征，若某處螺紋存在不連續缺陷（如裂紋）時，則改變螺紋波的這種特征，以此可判定裂紋的存在與否。

五、縱波斜入射檢測時應注意的問題

1）由超聲波的折射原理可知，采用縱波傾斜入射時，檢測工件中同時存在折射橫波和折射縱波，可以從超聲波的傳播時間及兩種反射波的不同聲壓（回波高度）進行區分，折射橫波往往是在特定位置產生的，（其波形比折射縱波略顯寬大），其位置在檢測范圍內根據探頭的角度可通過計算求出，此外，在理論上折射橫波是整圈的，可通過更換其它角度探頭的方法進一步檢測驗證，如該位置還出現回波，則缺陷的可能性大，如不在同一位置，可以認為是折射橫波造成的。

通過這幾年的實踐，分析與總結得出，縱波斜入射探頭對模擬裂紋產生的缺陷回波清晰、穩定、再現性好，螺紋波較規則，縱波直探頭產生的缺陷波不穩定，再現性較差，螺紋波不規則。隨著模擬缺陷距探測面距離的增大，縱波直探頭對缺陷的檢出率下降。縱波斜探頭具有較高的檢出靈敏度。

六、結論

縱波斜入射檢測長管拖車瓶口螺紋的靈敏度比直射縱波檢測靈敏度高，發現小缺陷的能力強，用縱波直探頭檢測，瓶口螺紋，由于波束軸線與缺陷不相交，缺陷的反射波聲壓較低，用縱波斜探頭檢測瓶口螺紋時，移動探頭，可使傾斜入射的超聲波束入射到缺陷上形成反射回波聲壓較高，缺陷回波很強。在長管拖車氣瓶瓶口螺紋利用傾斜入射的超聲波進行檢測可以彌補直射縱波檢測的不足，對齒根裂紋信號和假信號的辨別，需要通過計算聲程確定，并結合檢測人員實踐經驗加以識別，才能做出正確缺陷判定，隨著超聲波檢測技術的進步，縱波斜入射檢測必將有更廣泛的應用。