關于帶涂層超聲波檢測對探測結果和過程的影響分析

齊園

（上海誠云建設工程質量檢測有限公司，上海 201313）

1 帶涂層超聲波檢測對檢測結果和過程的影響

1.1 對缺陷定位的影響

利用超聲波對帶涂層鋼結構構件開展檢測，采用的技術原理是：利用接觸法將探頭經由耦合劑耦合處理后直接與工件金屬表面接觸，接觸中探頭會同步發射超聲波，超聲波傳播到工件內部過程中如遇到構件缺陷或介質界面，就會出現反射現象，而探頭同步接收反射波信息，對反射回波進行分析，就可以進行缺陷的定位。在檢測時，探頭與構件金屬表面之間存在有涂層隔離，而涂層與鋼構件的聲速存在著明顯的區別，當超聲波處于傾斜入射狀態下時，從涂層進入構件上的超聲波將發生明顯的折射，超聲波傳播路徑的變化明顯。因此，當超聲波檢測的是帶涂層的鋼構件時，涂層厚度是檢測結果的一個影響因素。

1.2 對缺陷反射波幅的影響

對于沒有經過任何處理的涂層，其表面的平整度不同，在利用超聲波檢測時，探頭與涂層表面耦合環節將出現一定的聲能損失。當超聲波處于涂層介質傳播條件下時，涂層介質本身會對超聲波產生一定的衰減作用，而這一作用也會引發聲能損失。此外，當超聲波傳播通過了介質界面的情況下，部分聲波存在反射作用，也存在聲能損失。

1.3 涂層對探頭主要技術指標的影響

（1）對探頭K值的影響。當沒有涂層時，超聲波傾斜入射直接進入鋼構件的情況下，假設有玻璃聲速、鋼中聲速、入射角和折射角分別為C有、C鋼、α1、β。

超聲波處于介質界面上存在如下的折射規律：

當有涂層時，超聲波經過了涂層和鋼構件兩個界面，發生兩次折射，設涂層的聲速為C涂，涂層中的折射角為β1，涂層中的入射角為α2，鋼中的折射角為β2。按照折射定律的分析，有機玻璃與涂層界面、涂層與鋼界面存在公式（2）、公式（3）的結果。

根據分析發現存在α2=β1的關系，隨后將這些關系代入到公式（2）公（3），可以得出以下結論：

結合（1）和（4）可以看出，β2=β，這一關系表明，當超聲波傾斜入射涂層和不經涂層的情況時，在鋼中的折射角完全相同，再加上K=tgβ這一關系的存在，說明有無涂層或者涂層厚度大小都不會對探頭的K值產生影響。

（2）對探頭前沿的影響。前沿情況直接由探頭自身決定，當鋼構件表面存在有涂層的情況下，超聲波在進入鋼構件前，就已經發生了一次折射現象，如果假定探頭前沿為L0，有涂層的情況下，入射點平移后的前沿發生了明顯的變化，為L1，此時的涂層厚度用δ=O2A來表示。在該圖中，作超聲波在鋼中折射的反向延長線，與涂層相交在B點，而O2點的法線與涂層表面相交于A點。

圖1 探頭前沿修正示意圖

經由上述關系，超聲波在界面的折射定律，可得到以下結果：

查相關資料得：C鋼=3230m/s，C涂=1100m/s

不同K值探頭的前沿修正系數結果如表1所示。

表1 同K值探頭的前沿修正系數

根據上表的數據結果，可以看出，探頭前沿修正系數取決于很多因素，其中，K值和涂層厚度的影響最直接。

2 缺陷的定量

2.1 斜探頭檢測對比試驗

（1）試驗步驟。此試驗遵循以下步驟：①選用厚40mm的Q3558鋼板，利用特定型號的探頭完成相應的探測工作。②為獲得可靠的檢測結果，選用尺寸長、寬、高分別為400mm、40mm、110mm的試塊，在試塊長方向中間設置不同深度的長橫孔，深度分別為20mm、40mm、60mm、80mm。③對試驗過程中產生的油漆層數和厚度指標進行記錄，不涂油漆層和涂油漆層的分別用A、B側表示。④每涂抹一層油漆，就要利用同一斜探頭在A、B兩側對同一個基準孔進行探測，并根據探測結果來進行dB值的記錄。

（2）試驗結果。此試驗結果如表2所示：

表2 試驗結果對比與分析

此試驗中需注意：所配備的測試探頭為2.5P13×13K2 (01816765)；選用的是機油耦合劑；在確定了最高波以后，及時使用3kg的壓塊進行壓實作業，以減小人為因素對試驗結果造成的干擾；選用USM GO+ 型號的試驗儀器。

2.2 直探頭檢測對比試驗

（1）試驗步驟。在開展直探頭檢測對比試驗的過程中，光潔度為V4，其中A、B側分別為涂油漆層和不涂油漆層。具體試驗步驟如下：①將碳素鋼板作為試驗要素，選用30mm和40mm厚的碳素鋼板，規格為Q355B，當選定了材料后，用2.5Pφ20單晶直探頭來完成探測工作。②將試塊一半的上下兩個表面都開展涂漆處理，而另一半不涂漆，保持原狀不變。③在試驗過程中進行油漆層數、油漆厚度的記錄。④將前期配好的探頭放在A側并使用壓塊壓住，根據試驗結果來適當進行靈敏度的調節，當板底波高度為80%的條件下，對d值進行有效記錄，同樣，在B側同樣與A側的試驗步驟一樣，記錄dB值。

（2）試驗結果。此試驗結果如表3所示。

表3 試驗結果對比

3 結語

經由一系列試驗的分析，可以發現，當鋼構件上的涂層厚度不超0.4m的情況下，涂層厚度會造成一定的聲能損失；當油漆層厚度相對均勻與構件表面存在較好的黏合效果時，斜探頭超聲波檢測靈敏度相差最大保持在0.3dB左右，而直探頭超聲波檢測靈敏度相差最大為0.2dB。進行超聲波檢測工作時，只要油漆層分布較為均勻且黏合效果良好，不去除油漆層就可以得到良好的檢測結果，油漆層不會對超聲波檢測的靈敏度造成巨大的干擾。