浅谈棒材超声水浸法纵波检测聚焦探头的选用

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1、浅谈棒材超声水浸法纵波检测聚焦探头的选用赵善敏江苏图南合金股份有限公司摘要：水浸点聚焦或线聚焦探头广泛用于超声自动化检测设备上，关于聚焦探头的选取，目前能查阅到的资料中，多是对横波检测方式，特别是在管材探伤运用中的介绍。棒材超声水浸法纵波检测聚焦探头的选用却少有具体介绍。本文通过对现场检验发现的异常现象进行对比试验和原理分析，对超声自动化棒材内部缺陷的检测探头的选用进行探讨。关键词：超声波检测；自动化；纵波；点聚焦；线聚焦引言2017年初，检测人员用超声自动化检测设备对一批316LФ30mm棒材进行检测，检测过程发现棒材距端部300mm位置有一

2、段区域(130mm)比较异常，一个通道报警幅度很高，而另一个通道持续有较小的反射信号（图1、图2）。横波横波缺陷反射指示纵波线聚焦点聚焦图1异常部位检测显示图图2异常部位长度同一根对比试样，相同的探头检测频率，都采用直射波法检测，只是一个探头用点聚焦，一个探头用线聚焦。基于常理判断：点聚焦由于焦点尺寸小，信噪比好，灵敏度高，发现小缺陷的能力应该更强。但结果正好相反，点聚焦探头对此类缺陷的反射波较低（低于报警线4～6dB），线聚焦探头却对此类缺陷反射波很高。由于缺陷显示长度较长(130mm)，按照验收标准定，点聚焦反射波幅远未达报警线不需要考虑，

3、而按线聚焦则判定为不合格，这就对验收判定工作带来一定的困难。因此，对于哪种类型的水浸聚焦探头更适合棒材内部缺陷的纵波检测，确保检测结果更可靠，更符合检测标准对产品质量的要求，需进行进一步的验证分析。一检测方法及设备简介横波探头（一）检测方法纵波探头1、小直径棒材水浸检测法小直径棒材中的缺陷主要沿轧制方向延伸，探在横截面上的分布主要集中于棒材中心，由于纵头波直探头受脉冲宽度及近场区长度的影响，棒材表面及近表面附近的缺陷无法发现，而与表面垂直或近似垂直的裂纹类缺陷，受缺陷与声束夹角棒材小的影响，回波幅度较低，使得缺陷难以检出，因此，对于一些特殊用途

4、及要求比较高的棒材探伤还须辅以横波检测。检测方法如图3所示。表面、近表面缺陷内部缺陷图3水浸法检测棒材示意图2、纵波水浸检测法原理水浸检测法是将探头放入水中，超声波会产生多次水和钢界面反射波，同时被检件内也产生反射波，由于超声波在水中和钢中的传播速度不同，通过调整探头与被检件间的水层距离，使被检件底波位于二次水界面反射波前，缺陷波将在一次水钢界面波和底波之间产生。图4水浸法直射声束纵波检测（二）检测设备URT-40超声自动化检测设备，四通道（2纵2横），纵波检测采用5P10F32点、线聚焦探头各1个，扫查方式为探头旋转，棒材直线前进。图5URT

5、-40超声自动化检测设备二验证方法理论依据棒材检测方式主要以纵波检测为主，检测灵敏度的高低与检验标准规定的人工伤（平底孔）尺寸大小和位置有直接的关系。其检测灵敏度调节方式主要分为试块比较法和计算法两种。试块比较法是将试块中规定深度的人工反射体的反射波高调节到显示屏上一定的高度作为检测灵敏度。另一种计算法是根据需检测的人工缺陷（通常为平底孔）与某反射体反射波高的理论差值确定检测灵敏度，计算法又分为试块计算法与底波计算法。计算法的应用前提是，缺陷据探头晶片的距离大于3倍近场区长度。从理论上讲，聚焦探头是不能直接采用规则反射体回波声压规律进行当量评定

6、的，因其声场不符合公式推导的条件。但在声束直径大于平底孔直径时，同声程的平底孔反射声压与平底孔直径的平方也基本上成正比的，可借用平底孔当量的概念用试块对比法进行缺陷当量的评定。但是，从严格意义上讲，采用缺陷当量对试件进行合格判定时，需要采用非聚焦探头对聚焦探头发现的缺陷进行评定。（一）试验用探头性能特点分析1、聚焦探头聚焦探头在管材自动化检测设备中使用最为广泛，管材的检测方式有点聚焦和线聚焦两种。不论是点聚焦还是线聚焦，声束在检测截面上的轮廓都是一样的，如图6、7所示。点、线聚焦探头焦点形状的差别在于其在管材轴向上的声束轮廓是不同的，如图所示。

7、点聚焦探头在管材上形成的是点状聚焦区，线聚焦探头在管材上形成的是沿轴线延长的线状聚焦区。探头点聚焦探头线聚焦图6点、线聚焦声束在棒材截面上的轮廓图7点、线聚焦声束在棒材轴向上的轮廓1）点聚焦和线聚焦两种检测方法对不同长度人工伤（纵向）的检测灵敏度存在差异，并且与焦点尺寸和人工伤长度之比有关。2）根据槽型人工伤采用横波进行检测时，采用点聚焦探头时，由于焦点尺寸小，灵敏度高，横向分辨力好，发现小缺陷的能力强；线聚焦扫查范围宽，扫查速度快，但对短小缺陷分辨力差。3）对于棒材来说，采用纵波按试块比较法调试检测灵敏度时，线聚焦除了横向分辨率、信噪比与线聚

8、焦相比较低外，对于小于声束宽度的相同缺陷大小的检测能力应该是一致的，而检测效率应更高。2、纵波双晶探头1)双晶探头两个晶片采用一发一收工作模式，检测盲