板材的超聲波檢測

厚板與中厚板的超聲波檢測——橫波法檢測

為了發(fā)現(xiàn)與板材表面呈一定角度，甚至垂直取向的缺陷，例如裂紋，有必要時還應(yīng)輔以橫波檢測。

板材橫波檢測條件的確定、定標(biāo)入射角或折射角（或K值）的確定等與一般的橫波檢測方法相同，其靈敏度的調(diào)整則采用以刻槽或柱孔為反射體的同規(guī)格、同材料、同冶金狀態(tài)與表面狀態(tài)的板材實物對比試塊。

考慮到缺陷的取向可能是多種多樣的，故在掃查時一般采用格線掃查并且聲束應(yīng)朝向4個方向（板材軋制方向的兩端和垂直于軋制方向的兩端），即4次掃查，以免漏檢。

當(dāng)采用上下版面刻槽（槽的方向垂直于板材軋制方向）為反射體時，則可預(yù)先繪制出距離—振幅曲線（上、下刻槽回波高度的連線）以便于檢測時對缺陷回波大小的評定。

薄板的超聲波檢測

一般把厚度0.5~4mm（厚度與超聲波長相當(dāng)）的板材稱為薄板。

在自動化超聲波檢測中，通常采用水浸法或溢水法、噴水柱法等，以多通道脈沖超聲波穿透法進(jìn)行檢測，當(dāng)調(diào)整檢測條件滿足板厚與檢測頻率的關(guān)系達(dá)到共振條件（板厚等于二分之一波長的整數(shù)倍）時，可獲得最大的穿透率，若是板材中出現(xiàn)缺陷時（特別是分層），將破壞原來的共振條件，使穿透率大大降低，表現(xiàn)為穿透波幅度顯著降低，從而可以發(fā)現(xiàn)缺陷的存在。

在通常情況下，采用手工接觸法蘭姆波檢測（亦稱板波法檢測）。

型材的超聲檢測

所謂型材，是指其橫截面為矩形、方形、工字形、T字形、π形以及其他形狀的長條形軋材，如方鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼、鋼軌等等。對于這些型材，常用的超聲檢測方法是縱波檢測和橫波檢測，其基本要求與鍛件的超聲波檢測基本相同。對于方鋼，一般采用縱波直探頭以相鄰的兩個側(cè)面為探測面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷后，還應(yīng)從對面?zhèn)让鏅z測驗證。

當(dāng)有較高的近表面分辨率要求時，考慮到直探頭的上盲區(qū)通常大于低盲區(qū)，則需要做4個側(cè)面探測，或另外采用組合雙晶直探頭做4個側(cè)面探測。

有些金屬的塑性不夠好，在軋制、鍛造時容易出現(xiàn)沿應(yīng)變線開裂，在方形或矩形截面上表現(xiàn)為沿對角線開裂，故還需考慮加作折射角與裂紋取向角相近的橫向橫波檢測（聲束方向與方鋼軸線方向垂直）。

在對鋼軌檢測時，依據(jù)鋼軌中可能出現(xiàn)缺陷的位置（軌腰、踏面、軌底、魚尾夾板孔等）以及缺陷的取向而采用縱波和橫波檢測，目前的鋼軌檢測已大多采用多通道儀器，集中探頭分布在鋼軌的不同位置同時檢測以提高檢測效率。

對于截面較薄的型材（例如扁鋼、角鋼、帶鋼等），常見的是采用組合雙晶直探頭或橫波檢測，在自動化檢測中則常常采用多通道的超聲波脈沖穿透法檢測等。

大直徑圓截面棒材的超聲檢測

大直徑圓截面棒材的超神檢測放大包括接觸法檢測和水浸法檢測，也包括周面徑向入射的縱波檢測和周面弦向入射的橫波檢測。

單直平探頭接觸法周面徑向入射的縱波檢測基本檢測程序：（1）調(diào)整儀器處于正常工作狀態(tài)。（2）定標(biāo)：同鍛件縱波檢測一樣，可以直接利用棒材本身或利用聲學(xué)性能與被檢測棒材相同或相近的對比試塊，采用兩次回波法定標(biāo)。（3）起始靈敏度的調(diào)整。①對比試塊法。②底波方式法。

（4）掃查：棒材檢測時的掃查方式可以采用周向掃查+直線平移、軸向直線掃查+軸向平移或螺旋線掃查。前兩種方式在手工接觸法檢測時比較方便操作，后者多用于自動化檢測（棒材旋轉(zhuǎn)，探頭沿軸向移動）。

（5）缺陷評定：棒材超聲波檢測中對缺陷的定位評定與鍛件相同，即可從已定標(biāo)的水平刻度上直接讀取缺陷的埋藏深度。缺陷的定量評定一般采用當(dāng)量法評定。在使用底波方式法時，其定量方法與鍛件檢測方法相同。

棒材的水浸法檢測

棒材的水浸法檢測較多采用浸入法耦合，也有采取局部水浸的耦合方法。

（1）周面徑向入射的縱波檢測。在用普通的水浸平直探頭檢測時，由于水中聲速顯著低于金屬棒材中的聲速，因此聲束從水中通過凸曲面進(jìn)入棒材時將嚴(yán)重發(fā)散，不但使聲能分散，而且容易產(chǎn)生干擾。

為此，棒材的水浸法檢測多采用水浸聚焦探頭，并且以線聚焦型為好，可以提高檢測效率。但是，進(jìn)入棒材色聲速仍應(yīng)有一定的散發(fā)以保證對檢測區(qū)域必須的覆蓋，因此水浸聚焦探頭的水中焦點落在何處是一個必須注意的問題：a）水中焦點落在棒材中心的上部則聲束進(jìn)入棒材后會先匯聚后發(fā)散，使聲場分布不均勻，惡化了聲場的距離-振幅特性，不利于對缺陷的定量評定；

b）水中焦點落在棒材中心，聲束進(jìn)入棒材后沒有發(fā)散而匯聚在圓心處，對中心缺陷的檢測；

c）水中焦點落在棒材圓心的下半部，聲束進(jìn)入棒材后有適當(dāng)發(fā)散，能保證有一定的覆蓋區(qū)域，有利于探測各種可能取向和不同埋藏深度的缺陷。因此，應(yīng)當(dāng)以b）和c）的情況調(diào)整水程距離，即以水中焦點落在圓心或圓心以下為最好。

（2）周面弦向入射的橫波檢測當(dāng)采用水浸法作周面弦向入射的橫波檢測時，應(yīng)使探頭的水中焦點落在與聲軸線垂直并通過棒材圓心的直徑線上。折射角的控制可通過調(diào)整聲軸線與通過棒材圓心的聲軸線之間的距離—偏心距來實現(xiàn)。偏心距X=R·(C水/Cs）·sinβ，式中：R為棒材半徑；Cs為棒材中的橫波速度；β為折射角。

小直徑圓截面棒材的檢測

小直徑圓截面棒材的曲率半徑較小（通常指直徑＜60mm的棒材為小直徑棒材），若用普通單直探頭以接觸法周面徑向入射縱波檢測時，由于其近表面分辨率有限，往往處在近場區(qū)內(nèi)，加上表面變型波也會產(chǎn)生很強的干擾，甚至始波占寬都能達(dá)到棒材的半徑以上，種種原因都使得對小直徑圓截面棒材不能使用普通平直探頭的接觸法周面徑入射縱波檢測。

對于這樣的棒材，除了可以采用水浸聚焦聲束檢測外，也常采用以下述檢測方法：

（1）騎馬式組合雙晶探頭周面徑向入射檢測。用兩只探頭安置在馬鞍形有機玻璃鞍座上，儀器以“一發(fā)一收"方式工作，兩晶片的聲軸線交角通常取70為宜。

（2）普通商品化組合雙晶直探頭檢測。把普通商品化組合雙晶直探頭的延遲塊平底面磨制成凹圓柱面與棒材曲面吻合，探頭的隔聲層與棒材軸向相同。磨制成曲面后，探頭原來的入射角已被改變，延遲塊的高度也發(fā)生變化，因此需要經(jīng)過試驗來確定最佳檢測條件（經(jīng)試驗，對于直徑為φ40~60mm的鋼棒，選用原始入射角為3~6的組合雙晶直探頭效果較好）。

以上兩種方法都是使探頭的隔聲層沿棒材軸向放置的，這種方法有利于發(fā)現(xiàn)棒材中最常見的宏觀缺陷以及條狀偏析、條帶狀組織等微觀缺陷，是一種靈敏度比較高的檢測方法。即用普通商品化組合雙晶直探頭，使其隔聲層與棒材軸向垂直放置，延遲塊平底面磨制成凹圓柱面與棒材曲面吻合。這種方法能保持探頭的原始入射角不變且磨制簡單，但是由于聲束與缺陷取向構(gòu)成的角度關(guān)系以及反射條件不利，故其檢測靈敏度較低，特別是不容易發(fā)現(xiàn)例如條帶狀的顯微組織以及細(xì)長形的宏觀缺陷。

（3）水浸線聚焦雙探頭檢測。這種方法主要用于自動化檢測，要求聚焦聲束在棒材中有一定散發(fā)以保證必要的覆蓋范圍，其水距的選擇原則與前述大直徑棒材水浸縱波法檢測的情況基本相同，而兩個探頭的聲軸線夾角則與騎馬式組合雙晶探頭的情況大體相同。

這種方法的檢測效果與騎馬式組合雙晶探頭的效果差不多，但基本上是屬于縱波檢測。此外，兩個探頭之間的間距、水程距離、夾角等的調(diào)整均是在棒材實物對比試塊上進(jìn)行（同曲率、同材料、銅冶金狀態(tài)的棒材徑向平底孔試塊），特別是靈敏度的調(diào)整，比較花費時間，不過，一旦調(diào)整好后，其檢測效率比較高。

（4）加延遲塊的單直平探頭檢測。在普通平直探頭的前面加上延遲塊（有機玻璃、丙烯酸樹脂或其他金屬制成），延遲塊的前端磨制成凹圓柱面與棒材曲面吻合。

采用這種方法時，應(yīng)注意延遲塊的厚度必須保證第二次界面回波落在棒材第一次底面回波之后，延遲塊的材料對聲能不應(yīng)有太大的衰減以免影響檢測靈敏度。

延遲塊的形狀設(shè)計是必須特別關(guān)注的，應(yīng)不致使延遲塊內(nèi)的多次反射波造成干擾，這可以使延遲塊有一定的寬度，在延遲塊外壁上加工或裝設(shè)聲陷阱以吸收延遲塊內(nèi)的回波等。

采用這種方法檢測時，由于其聲場分布比較均勻，故它的檢測效果與大直徑棒材的單直平探頭檢測效果基本相同而且具有較好的近表面分辨率。