锻件近表面缺陷的超声检测

摘要：国民经济在快速发展的同时，人们对于质量的要求也在不断上升，无损检测在航空、航天、深海石油等领域质量控制方面起到了巨大的作用。超声检测也是工件内部缺陷控制的手段之一，由于其可靠性，灵活性被得到广泛的应用。锻件在超声波检测时，由于仪器，探头等因素的影响，而导致锻件近表面缺陷容易漏检，而在航空航天、深海石油应用中，往往对锻件有较高的要求，因此，本文着重介绍了三种不同类型探头对近表面缺陷的检出。

关键词： 超声检测 ；近表面缺陷

一、锻件的检测技术要求

为了确保航空航天及深海石油用锻件的近表面质量，笔者将采用同一探伤仪器，不同类型探头对不同平底孔试块的近表面缺陷进行超声检测对比试验。

锻件超声检测时，由于探头仪器等因素，探伤会具有一定的盲区而导致锻件近表面的缺陷容易漏检。而许多锻件由于其重要的用途，对其近表面缺陷的检出又不能忽视。为此需对锻件近表面缺陷的检出对比试验，从而克服硬件选取对探伤的影响。

为了寻求减小盲区的方法，提高近表面缺陷的检出，依据国家标准及超声检测的物理原理，在现有方法的基础上进行改进，可使锻件近表面缺陷的检测盲区减小到2毫米以内，且能检出1.2毫米的平底孔。

二、试验器材

根据超声检测方法准备了超声检测仪器、探头线、探头、平底孔试块、机油等器材。

探头的选取，根据以往的检测实践经验，结合超声检测物理原理，探头频率越高，波长越短，脉冲越窄，越有利于小缺陷的检出。因此，此次试验选用了三种规格的探头，分别为水浸点探头5MHZ Ф10 SJ 5 DJ，双晶直探头5Z Ф10 FG5，延迟块探头10Z Ф10。

试块的选取，根据需求选取了以下9个平底孔试块。且以下9个试块的原料均为纯钛产品，牌号为Gr2。所有试块均来自于同一批次生产。经过测试材料组织均匀，且具有相近的声学特性。

三、试验过程及结果

（一）水浸点聚焦探头

使用5MHZ Ф10 SJ 5 DJ水浸点聚焦探头，利用水浸法分别对1#～9#试块进行了测试，并对试验过程波形做了拍照记录。实验结果，成功检测出了1#、2#、4#试块的平底孔，其余试块上的平底孔均未检测出。

原因分析：水浸法探伤时，探头不是直接与工件接触，超声波要在水中传播一段距离，而导致超声波衰减增加。再加上水与钛之间介质的声阻抗存在差异，会在水、钛界面产生界面波，造成了超聲能量的降低。综上为了保证探伤灵敏度，需通过提高脉冲发射强度来解决。但提高脉冲发射强度的同时，始脉冲会变宽，会造成近场干扰加大。因此不利于近表面缺陷的检出。

（二）双晶纵波探头

使用5Z Ф10 FG5双晶纵波探头，利用接触法，机油耦合分别对1#～9#试块进行了测试，并对试验过程波形做了拍照记录。实验结果，成功检测出了1#～5#的所有平底孔，其余试块上的平底孔均未检测出。

原因分析：根据双晶纵波探头的工作原理，双晶探头的聚焦区为一菱形（见图），只有当缺陷位于菱形区时，试块上的平底孔才能得到较高的反射回波，容易被检出。当缺陷位于聚焦区外时，无法被声速扫查到，故就很难发现位于此位置的缺陷。

（三）延迟块探头

通过对以上两种探头的实验，为解决双晶探头菱形区的限制及水浸法超声能量的损失，使用延迟块直探头10Z Ф10，利用接触法，机油耦合分别对1#～9#试块进行了测试，并对试验过程波形做了拍照记录。实验结果，成功检测出了1#～8#的所有平底孔，仅9#试块平底孔未被检出。

原因分析：9#未被检出可能与设备性能，及设备与探头组合也有一定的关系。

四、结论

通过以上三种不同类型探头，对不同平底孔试块进行测试的试验结果可知，对于锻件近表面小缺陷的检测，当采用同一探伤仪时，延迟快探头的检测效果最佳。且能发现距离近表面1.5毫米处的Ф1.2mm平底孔。达到了较满意的检测效果。但对Ф0.8mm /1.5mm未能检出，后期仍需做进一步的改进。

参考文献：

[1]郑晖，林树青.超声检测.北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

[2]齐飞.超声检测盲区减小和探头姿态测量方法.中国科学院大学，2011.

[3]朱康平，田园.钛棒的纵波水浸聚焦探伤.陕西省无损检测年会，2004.

[4]刘凯.正确选择和使用纵波双晶探头.无损检测，2005.29（2）：3235.

作者简介：段晓辉（1987），男，汉族，陕西宝鸡人，本科，助理工程师，研究方向：无损检测。