面积型缺陷方向性对垂直接触法超声检测可靠性的影响

发布时间：2020-03-27

　　摘要：垂直接触法超声检测的优点是对面积型缺陷的检出率较高。然而，面积型缺陷的反射波具有方向性，当入射声束轴线与面积型缺陷不相垂直时，由于面积型缺陷方向性的影响，使缺陷反射波不能被探头接收，导致缺陷的漏检。对面积型缺陷方向性对垂直接触法超声检测可靠性的影响进行系统地分析，并加工不同尺寸、不同方向的面积型缺陷进行对比试验，总结出面积型缺陷漏检的各种因素，并提出相应的对策和措施。

　　关键词：面积型缺陷;超声检测;垂直接触法;方向性;可靠性

　　0引言

　　以脉冲回波技术进行超声检测时，缺陷回波·2O·高度与缺陷形状、位置、方向、表面粗糙度、缺陷波的指向性和缺陷性质等因素密切相关。垂直接触法超声检测的优点是对面积型缺陷的检出率较高。然而面积型缺陷的反射波具有方向性，当入射声束轴线与面积型缺陷不相垂直时，由于面积型缺陷方向性的影响，使缺陷反射波不能被探头接收，导致缺陷的漏检。面积型缺陷的反射回波受缺陷方向、尺寸、表面粗糙度、缺陷波的指向性等因素的影响j。当人射超声波与缺陷方向垂直时，缺陷回波最高I6j。当有倾角时，缺陷波高随入射角的增大而下降，下降程度与缺陷尺寸、表面粗糙度、缺陷波的指向性相关r。文中对面积型缺陷方向性对垂直接触法超声检测可靠性的影响进行了系统地分析，建立了面积型缺陷回波声压的理论模型;通过加工不同尺寸、不同方向的面积型缺陷进行对比试验，总结出面积型缺陷漏检的各种因素，并提出相应的对策和措施。

　　1理论分析

　　当宽度为t的带状缺陷对声束轴线有一定的倾角时，而缺陷不在声束中心线上，且与声束中心线有一定偏移，偏移的角度为0，如图1所示。

　　2试验研究

　　当缺陷自身高度小于波长的3倍时，面积型缺陷不能看成镜面反射，其缺陷回波具有一定的指向性…，缺陷波的指向性又与缺陷自身大小有关。为研究缺陷自身高度与其指向性的关系，笔者加工了如图2，3所示的试块，试块中的带状缺陷模拟具有一定自身高度的面积型缺陷，用2.5P14探头沿着试块圆弧面移动，并记录带状缺陷的反射回波高度。试验结果如图4所示。从图4结果分析，缺陷自身高度越小，指向性变差，当缺陷自身高度接近波长时，这时缺陷反射波能量呈球形分布，指向性变得很差，垂直入射及倾斜入射都有大致相同的反射指向性，探伤时倾斜入射也可能发现这种缺陷。

　　面积型缺陷方向性会对缺陷定位产生一定影响，为研究纵波声场中不在声场中心轴上且稍微倾斜的带状缺陷(平面缺陷)的反射特征，笔者加工了如图5所示的试块，试块中的带状缺陷模拟具有一定自身高度的面积型缺陷，缺陷的方向与声束轴线有一定倾角。用2.5P14探头在探测面移动，以找到其最高回波值，试验结果见图6。从试验结果可以得出：对于与声束轴线有一定倾角的带状缺陷，其回波声压最高时缺陷并不在声束轴线上，而是以靠近垂直缺陷入射方向的某一角度时其值为最大，这从式(1)可以看出，因为缺陷回波高度是由声束指向性和缺陷指向性共同决定的。当缺陷的方向与声束轴线倾角为5°，缺陷偏移声束轴线在5°左右时其回波声压最高，这从式(2)可以看出。

　　3采取措施

　　3.1采用合适的检测频率

　　通过前面的分析，面积型缺陷的指向性与检测频率有关，频率越高，方向性越好，对于与声束轴线有一定倾角的面积型缺陷，采用较高的频率有可能导致探头接收不到缺陷的反射回波，导致缺陷漏检。

　　3.3采用相控阵探头

　　常规直探头发射的纵波角度通常是固定的。而采用相控阵探头可以实现声束的偏转。相控阵变角如图7所示，使探头内各阵元通过电子方式轮流触发，依次振动，就能使超声波束倾斜入射，在试件中传播。只要改变各压电元件的振动时间差，就能自由改变声束折射角1。因此，用相控阵法可在不更换探头的情况下，在同一位置，可实现整个体积或所关心区域的多角度、多方向扫查¨，对各种取向的面积型缺陷进行探伤。

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　　4结论

　　图7相控阵检测变角示意

　　(1)对垂直接触法超声检测，当面积型缺陷方向与声束中心线不相垂直时，其反射回波幅度与缺陷尺寸、表面粗糙度、缺陷波的指向性相关;

　　(2)对于与声束轴线有一定倾角的面积型缺陷，其回波声压最高时缺陷并不在声束轴线上，而是偏离声束轴线某一角度时其值为最大，从而造成缺陷定位的误差;

　　(3)采用合适的检测频率、多个检测面、多个探头、相控阵探头等措施可改善和消除面积型方向性对超声检测的不利影响，保证不同方向的面积型缺陷能被可靠地检出。