超声波探伤的影响因素分析及其控制

谢传进 叶天赠

(BPW(梅州)车轴有限公司，广东 梅州 514743)

超声波探伤的影响因素分析及其控制

谢传进 叶天赠

(BPW(梅州)车轴有限公司，广东 梅州 514743)

首先简要阐述了超声波探伤的原理及方法，然后详细分析了超声波探伤的影响因素，并给出了控制策略。

超声波探伤；影响因素；控制；检测

0 引言

近几年来，随着科学技术的不断发展，超声波探伤技术已得到广泛应用，其具有较高的检测灵敏度及穿透性，且灵活性较强。采用超声波探伤技术检测钢材，可及时发现钢材制件中所存在的夹杂物、裂缝、分层、划伤、气孔、夹渣、未焊透等一系列缺陷，进而提出解决策略，提高钢材质量。然而，在实际操作过程中，探伤结果极易受到检测自身、检测人员水平及责任心等因素的影响，容易造成漏探或误探现象。本文将对超声波探伤的影响因素进行分析，并对其控制进行研究。

1 超声波探伤原理及方法

超声波探伤利用的是超声波的频率，频率不同，从材料所返回的波形也不尽相同。当超声波进入材料后，其所产生的机械振动会在被检测材料中得到传播，其声学特性及材料内部组织的变化会对超声波的传播产生一定影响。检测过程主要是利用一种压电晶片向材料内部发射超声波，当超声波束自零件表面传播至内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波，并在荧光屏上形成脉冲波形，可根据这些脉冲波形进而判断缺陷位置及其大小。

超声波探伤可根据原理的不同分为穿透法、脉冲反射法、共振法及TOFD法(Time of Flight Diffraction)。穿透法是根据脉冲波或者连续波穿透试件后的能量变化来判断缺陷，通常采用两个探头，分别做发射及接收用，放置在试件的两侧。脉冲反射法则是利用反射波来检测试件缺陷的方法，包括多次底波法、底波高度法及缺陷回波法。缺陷回波法(图1)是最为基本的方法，其根据仪器屏幕上所显示的缺陷波来判断缺陷。共振法则是指当声波在被检测工件内传播，当试件的厚度为超声波半波长的整数倍时，在仪器上就能够显示共振频率，根据试件的共振特性即可判断试件缺陷。TOFD法检测试件时采用一对或者多对宽声束纵波斜探头，声束将覆盖到检测区域，若有缺陷则会产生反射波及其衍射波，根据传播时间，利用三角方程来确定缺陷位置及其尺寸。

图1 缺陷回波法

2 超声波探伤的影响因素及其控制

2.1 检测自身因素及控制办法

2.1.1 超声波探伤探头参数不合理

超声波探头是超声波探伤仪的核心部分，其尺寸形状及相关参数是否合理，直接关系到探伤检测的精确度。

控制办法：为了确保探伤探头检测面与被侧部位的良好接触，并改善耦合条件，应在探测前对轴端面进行打磨并加工成平面。根据频率与波长的关系，确定探伤频率对波高的影响，要求根据材质合理选择低频及较大直径的探头进行检测。

2.1.2 超声波探头K值选择不当

超声波探头K值若选择不当，则仪器扫描调节方法不合适，不宜控制探头扫描的速度，甚至在扫描的过程中会出现声束覆盖面积不够的问题，将影响到探伤检测结果的精确度。

控制办法：由于探头K值不当，其折射角的选择也相应影响探伤效果，为此，可根据所选探头的声束来扫查整个探伤面。

2.1.3 试块的选择不合理

超声波探伤检测试块可分为对比试块及标准试块。一般情况下，对仪器性能进行检验时所采用的试块为标准试块，但由于试块与实际钢材的尺寸不同，就会影响到实际的超声波探伤效果。

控制办法：为了提高实际超声波探伤精度，并确保超声波探伤的灵敏度，在选择试块的过程中应采用与实际钢材尺寸相似的对比试块。

2.1.4 耦合剂选择不当

由于超声波在传播的过程中会遇到不同介质，进而发生反射或者折射现象。此外，耦合剂的合理选择直接影响到探伤表面的清理工作。因此，若所选的耦合剂不适合现场工作，就不能够全面清理探伤表面，也就不能全面探测到钢材内部质量问题，从而影响探测结果。

控制办法：为了确保有足够的折射率，超声波探伤应在介质的界面之上涂抹耦合剂，可有效实现探头与介质的声耦合。当前所使用的耦合剂种类较多，这就需要根据钢材实际的探伤状态合理选择。通常情况下，所选择的耦合剂应具有足够的浸润性，且黏附性较强，对钢材无腐蚀性，对人体无害，探伤检测后，耦合剂能够较容易地清除。

2.1.5 其他因素

管理及技术环境也能够影响探伤检测效果。其中，管理环境是指检测的管理制度不够完善及科学，如：在检测过程并未制定相关条款及规定，导致职责不明确，责任制落实不到位。而技术环境则是指探伤检测的作业场地相对较小，具有较高的危险性，其检验标准的采用与被检对象的特性相差较大，不利于探伤检测工作的进一步开展。

控制办法：根据钢材超声波检测实际情况，

制定合理的探伤检测制度，其内容应涉及检测人员的配置、检测时间、检测工艺等，并在制度中明确被检测对象的具体规格、特性等，明确个人职责，落实监督及观察机制。在检测过程中，对于涉及的复核检验及循环检验等，应针对具体检验环境制定适宜制度，确保检测工作的正常、有序进行，提高探伤检测质量。

2.2 人员因素及控制办法

超声波探伤检测需要工作人员来执行，而在探伤检测过程中难免出现人为失误，导致探伤检测不精确。人员因素分为情绪因素、技术因素及程序性因素，其中情绪因素占着较大比例，由于人员自身原因或者外部原因，导致在检测过程中责任心不强，时常会大意、马虎及粗心。而这些负面情绪得不到缓解，带到工作中，容易导致失误。还有部分检测人员并未受过正规训练，就投入到检测工作中，由于缺乏操作技能，甚至不熟悉探测仪器及探头系统等知识，导致在操作过程中出现失误，影响探测精度。

控制办法：首先，严格录取探伤检测人员，确认探伤人员资格，必须获取国家相关部门颁发的二级资格证书，并在有效期内。其次，不定期检测探测人员对检验工艺的熟悉度，确保其能够正确及熟练地操作。再次，加强对探测人员的培训，主要培训操作技巧、探测技能等内容，建立一支高业务水平的探伤队伍。最后，提高探测人员道德素质，培养其责任心，使探测人员能够在探伤检测过程中任劳任怨。同时通过激励机制，提高人员工作热情及信心。

3 结语

超声波探伤检测技术在钢材质量检测中占有重要地位，通过超声波探伤检测可确保钢材质量，及时发现问题，减少钢材质量不过关的情况。本文通过对影响超声波探伤的因素进行分析，提出了相应的控制策略，望为后期钢材探伤检测提供参考依据。

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[2]杨林涛，张虎.超声波探伤检测的影响因素[J].中国石油和化工标准与质量，2013(16)

[3]罗海湘.关于钢结构探伤检测的探讨[J].城市建设理论研究：电子版，2012(21)

[4]李立国.超声波自动化探伤在钢材检测中的应用[J].科技致富向导，2010(6)

2014-06-24

谢传进(1985—)，男，广东梅州人，研究方向：机械加工、材质检验、质量改善。

叶天赠(1983—)，男，广东梅州人，助理工程师，研究方向：热处理工艺、工艺设计、材质检验、产品国产化。