影响超声波探伤（缺陷检测）的因素有哪些

2021-06-22 13:04:17 沈阳宇时先锋检测仪器有限公司 3821

随着我国经济快速发展 ,国家对安全生产越来越重视。为保障人民的财产和人身安全 ,国家和企业对无损检测提出了更高的要求 ,许多焊缝需要用超声波(UT) 原理进行探伤。能够快速、准确的找到缺陷的位置，并且判断其形状、大小、类型等特征是非常必要的。工作中必须以超声波探伤仪屏幕上缺陷波的位置和高度来判断被测工件中缺陷的位置和大小及性质 ,影响缺陷波位置和高度的因素很多 ,在此简单的对它们进行一下概括。

1 仪器的影响

超声波探伤仪水平线性的好坏及水平刻度的精度直接影响到缺陷定位。仪器的垂直性 ,衰减器精度 ,频率等都直接影响对缺陷的定量 ,频率偏差不仅影响利用底波调节灵敏度 ,而且影响用当量计算法对缺陷定量。

2 超声波探头的影响

超声波探头声束无论是垂直入射还是倾斜入射探伤 ,理论上波束中心与探头晶片几何中心重合 ,但实际上这两者往往难以重合 ,这样就会导致缺陷定位精度的下降。探头的双峰现象、探头斜楔的磨损 ,使得折射角及 K值变化 ,从而影响缺陷定位。探头指向性能的大小也直接影响到缺陷定位误差的大小。不同部位不同方向的缺陷 ,应采用不同形式的探头。根据现在施工情况 ,主要是焊缝探伤 ,在焊缝中危险性的缺陷大多垂直于探测面 ,宜采用横波探头 ,这样定量误差小 ,但对于近表面缺陷检出率小。对于横波 K值斜探头而言 ,不同 K值的探头的灵敏度不同。所以 K值的偏差会影响缺陷定量 ,特别是

检测对接焊缝根部未焊透等缺陷时 ,不同 K 值探头探测同一根部缺陷 ,其回波高相差较大 ,当 K =0. 7～1. 5 (β= 35°～55°) 时 ,回波较高 ,当 K = 1. 5～2. 0 (β= 55°～63°) 时 ,回波很低 ,容易引起漏检。所以在实际工作中 ,必须因工件情况来选择探头。

3 工件的影响

工件表面的粗糙程度直接影响到探头的耦合效果 ,使得进入工件的声波相互干涉从而使缺陷定位差。当试件底面与探测面不平行 ,底面粗糙或沾有水迹 ,油污时会使底波下降 ,这样利用底波调节的灵敏度会偏高 ,缺陷定量误差增加。工件的材料对缺陷的影响主要是声速和内应力 ,声速不同就会使探

头 K值发生变化 ,工件的应力较大时将使声波的传播速度和方向变化 ,都会影响到缺陷的定位。

工件的表面状况会使探头与工件有点、线两种接触情况 ,这时折射角和声束形状将发生变化 ,会使缺陷定位、定量误差增加。当缺陷靠近工件边界时 ,

由于侧壁反射波与直接入射波在缺陷处产生干涉 ,使声场声压发生变化 ,声束轴线发生偏离 ,使缺陷定位定量误差增加 (为减少侧壁影响 ,宜选用频率高 ,晶片直径大的指向性好的探头探测或横波探测。必要时还可以采用试块比较法来定量 ,以便提高定量精度 ,探头 K 值一般在室温下测定 ,当探测的工件温度发生变化时 ,工件中的声速发生变化 ,使得探头的折射角随之发生变化 ,从而影响缺陷定位。试件尺寸的大小对定量也有一定的影响。

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4 耦合与衰减的影响

4. 1 耦合的影响

耦合剂的声阻抗和耦合层厚度对缺陷回波高度有较大的影响 ,进而影响缺陷定量。当探头与灵敏度用的试块和被探工件表面耦合状态不同 ,而又没有进行恰当的补偿 ,也会使定量误差增加 ,精度下降。(超声耦合是指超声波在探测面上的声强透射率。声强透射率高 ,超声耦合好) 。为了提高耦合效

果 ,在探头与工件表面之间施加一层透声介质称为耦合剂。耦合剂的作用在于排除探头与工件表面之间的空气 ,使超声波能有效地传入工件 ,达到探伤的目的。耦合剂还有减少摩擦的作用 ,在电站探伤工作中 ,考虑到施工方便及其经济方面 ,我们采用的是化学浆糊。

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4. 2 衰减的影响

实际工件是存在介质衰减的。由介质衰减引起的分贝差Δ= 2ⁿx 可知 ,当衰减系数n较大或距离 x较大时 ,由此引起的衰减Δ较大。这时如果不考虑介质衰减的影响 ,那么定量精度势必受到影响。因此在探伤晶粒较粗大和大型工件时 ,应测定材料的衰减系数n,并在定量计算时考虑介质衰减的影响 ,

以便减少定量误差。

5 缺陷本身的影响

5. 1 缺陷的形状的影响

试件中缺陷的形状多种多样 ,缺陷的形状对其回波波高有很大影响。平面形缺陷波高与缺陷面积成正比 ,与波长的平方和距离的平方成反比 ;球形缺陷波高与缺陷直径成正比 ,与波长的一次方和距离的平方成反比 ;长圆柱形缺陷波高与缺陷直径的 1/2次方成正比 ,与波长的一次方和距离的 3/2 次方成反比。对于各种形状的点状缺陷 ,当尺寸很小时 ,缺陷的形状对波高的影响变得很小。当点状缺陷直径远小于波长时 ,缺陷波高正比于缺陷平均直径的 3 次方。缺陷变小时 ,波高急剧下降 ,很容易下降到探伤仪器不能发现的程度。

5. 2 缺陷方位的影响

理论上是假定超声波入射方向与缺陷表面是垂直的 ,声波垂直缺陷表面时缺陷波最高 ,但是实际缺陷表面相对于超声波入射方向往往不垂直 ,因此对缺陷尺寸估计偏小的可能性很大。当有棱角时 ,缺陷波高随入射角的增大而急剧下降。

5. 3 缺陷的指向性的影响

缺陷波高与缺陷波的指向性有关 ,缺陷波的指向性与缺陷大小有关 ,而且差别较大。垂直入射于圆平面形缺陷时当缺陷直径为波长的 2～3 倍以上 ,具有较好的指向性 ,缺陷回波较高。当缺陷低于上述值时 ,缺陷波指向性变坏 ,缺陷回波降低。当缺陷直径大于波长的 3 倍时 ,不论是垂直入射还是倾斜入射 ,都可以把缺陷对声波的反射看成是镜面反射。当缺陷直径小于波长的 3 倍时 ,这时缺陷波能量呈球形分布。垂直入射和倾斜入射都有大致相同的反射指向性。表面光滑与否 ,对反射波指向性已无影响。因此探伤时倾斜入射也可能发现这种缺陷。

5. 4 缺陷表面粗糙度的影响

缺陷表面光滑与否 ,用波长衡量。如表面凹凸不平的高度差小于 1Π3 波长 ,就可以认为该表面是光滑的 ,这样的表面反射声束类似镜子反射光束 ,否则就是粗糙表面。对于表面粗糙的缺陷 ,当声波垂直入射时 ,声波反射紊乱 ,同时各部分反射波由于有相位差而产生干涉 ,使缺陷回波波高随粗糙程度的增大而下降。当声波倾斜入射时 ,缺陷回波波高随着凹凸程度与波长的比值增大而增高。当凹凸程度接近波长时 ,即使入射角较大 ,也能接收到回波。

5. 5 缺陷性质的影响

缺陷回波波高受缺陷性质的影响。声波在截面反射率是由界面两边介质的声阻抗决定的 ,当两边声阻抗差异较大时 ,近似地可认为是全反射 ,反射声波强。当差异较小 ,透射的声波已不能忽略 ,缺陷波高相应降低。金属中非金属夹杂的反射与夹杂层厚度有关 ,一般地说 ,层厚小于 1Π4 波长时 ,随层厚的增加反射相应增加。层厚超过 1Π4 波长时 ,缺陷回波波高保持在一定水平上。

5. 6 缺陷位置的影响

缺陷波高还与缺陷位置有关 ,缺陷位于近场区时 ,同样大小的缺陷随位置起伏变化 ,定量误差大。所以 ,实际探伤中总是尽量避免在近场区探伤定量。

6 操作人员的影响

调节仪器基线比例时 ,若回波前沿没有对准相应水平刻度或读数不准 ,会使缺陷定位误差增加。测定探头前沿及 K值误差较大时 ,也会影响缺陷定位。此外定位方法 (各种探测对象会有不同的定位方法) 也同样影响。