超声横波探伤声束扩散对缺陷定位的影响分析

王力

摘 要：文章对超声波在介质中传播的横波理论声场进行分析，再通过对短横孔的测量值、读数值和考虑扩散影响计算值进行分析讨论，推理出超声横波声场一般扩散特性，最后提出一些避免扩散影响结果的建议，对焊缝探伤具有非常重要的意义。

关键词：横波；声束扩散；焊缝探伤

中图分类号：TB551 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）27-0103-02

超声波探伤的主要目的是尽量了解被探工件缺陷的性质、大小和方位，其中，对焊缝一般采用超声横波，以最高反射回波来定位缺陷。在实际探伤中，经常会发现缺陷定位与解剖后缺陷的实际位置有些许偏差，笔者认为，这可能是由于缺陷的方向不确定，再加上超声波声束的扩散，使非中心线的扩散声束得到了最大反射波幅回波，从而造成定位的偏差。为了精确测定焊缝内某个缺陷的埋藏部位，就有必要对横波声束的扩散特性以及其对缺陷定位的影响进行研究。

在实际探测中，超声波声束的扩散角非常大，但其能量主要聚集在声束中心线附近，为了便于实验，本文将以信号幅度比最大值处低6 dB的两个位置定义为声束扩散边界。

1 实验过程

分别用2.5P13×13K1（实测K0.975，前沿长度9.5 mm）、2.5P13

×13K2（实测K2.0125，前沿长度11 mm）探头，对CSK-ⅢA试块上埋深为40 mm和60 mm的短横孔进行探测并前后移动探头，如图1所示，分别记录超声波声束中心（最大幅值处）和两个-6 dB点的声程、水平距离和深度的仪器读数和实测值，通过实测值算出折射角，再利用读数声程和折射角计算出两个-6 dB点的水平距离和深度。观察4组结果中仪器显示的缺陷深度值和实际缺陷深度值的变化。

2 结果与讨论

2.5P13×13K1探头分别对40 mm和60 mm埋深的短横孔的实验结果见表1和表2，2.5P13×13K2探头分别对40 mm和

60 mm埋深的短横孔的实验结果见表3、表4。

从表1～表4中可发现，不同的探头K值及不同的缺陷埋藏深度均有以下规律：当声束中心线打在缺陷上时，通过仪器读得的缺陷深度值和实际缺陷深度值基本一致；当声束中心上边缘线（-6 dB点①）打在缺陷上时，通过仪器读得的缺陷深度值大于实际缺陷深度值；而当声束中心下边缘线（-6 dB点②）打在缺陷上时，通过仪器读得的缺陷深度值小于实际缺陷深度值。

由此可推测，由于缺陷的取向不同，可能出现声束中心线打在缺陷上时回波波幅低于有利于缺陷反射的-6d B点的回波波幅，如图2（a）、（b）、（c）所示，此时可能导致缺陷定位的偏差。

从表中还可看出，计算的短横孔的水平值和深度值与实测值基本一致。实际值、仪器读数以及计算值的比较，无论哪种情况，从仪器读出的声程值和测量值得到的声程最接近，故仪器的声程读数总是最准确的。

当缺陷方向不利于声束中心反射而有利于声束中心以下或声束中心以上某部分声束反射时，而仪器仍按照声束中心检测缺陷的方法来计算，此时仪器显示的读数会有很大误差，而且实际横波声场的扩散比-6 dB的扩散更严重，仪器显示的缺陷水平距离和深度的偏差將更大。此时如果按照上述实验的方法计算出每个探头的声束上下折射角，再计算出缺陷的位置，结果将更接近于实际值。

3 结 语

在超声横波检测时，仪器对缺陷声程的测量准确性较高，如需对缺陷进行精确定位，应充分考虑超声波声束的扩散，测出波束-6 dB的扩散角度，通过计算得出回波对应缺陷的位置相对更准确。

参考文献：

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