浅析锻件超声波探伤中缺陷波和伪缺陷波的识别

浅析锻件超声波探伤中缺陷波和伪缺陷波的识别

解斌

沈阳铸锻工业有限公司检测中心辽宁沈阳110142

摘要：锻件经常用于承受应力复杂、冲击震动、重负荷载等类型的零部件中，其一旦出现问题，将造成严重后果。基于此，文章介绍了锻件超声波探伤中关于缺陷波和伪缺陷波的识别方法，希望能够为锻件生产提供一定的指导，达到对锻件探伤的目的。

关键词：锻件超声波探伤；缺陷波；伪缺陷波；识别

引言

近年来，锻件在石油化工、兵器、航天、能源、机械、冶金等行业获得广泛应用，逐渐成为这些行业生产过程中的重要设备。如果锻件质量出现问题，会严重影响这些行业的发展。因此，应用超声波探伤并找出反射波的规律，识别其中的缺陷波和伪缺陷波显得尤为必要。

1识别锻件缺陷波和伪缺陷波的重要性

锻件常应用于承受重负载荷、冲击振动以及复杂应力等类型零部件中。这些零件损坏或者是失效以后会引发严重后果，轻则影响到系统功能，重则可能会危及到工作人员的生命安全，并给相关产业带来巨大的经济损失。因此，保证锻件质量需要正确识别锻件超声波探伤中的缺陷波以及伪缺波，以此来指导锻件的生产。超声波探伤是一种检查接焊缝内部缺陷的方法，具有灵敏度高、检测速度快并且使用方便等优点，可以有效检测出锻件的质量问题。

2缺陷波识别方法

2.1根据缺陷特征分析缺陷性质

对于平面状缺陷，可以从不同方向进行探测，根据缺陷回波高度的差异识别缺陷波。在垂直于缺陷方向探测，缺陷回波高，在平行于缺陷方向探测，缺陷回波低，甚至无缺陷回波。一般来说裂纹、夹层、折叠等属于这种缺陷。对于点状缺陷从不同方向探测，缺陷回波无明显变化。一般包括点状夹渣和密集气孔以及单个气孔。点状夹渣和气孔的缺陷回波波形稳定，高度较低，从任何方向探测，反射波的高度差别不大，但稍一移动探头就消失。但两者也有所不同，其原因主要是其内含物声阻抗的不同。白点、气孔等内含气体，声阻抗小，反射率更高，波形陡直尖锐，而金属夹渣或非金属夹渣声阻抗较大，反射回波低。另外，不同类型缺陷的反射波形状也存在一定差异，夹渣界面反射率较低，表面粗糙，波形宽大带锯齿；气孔界面反射率较高，波形尖锐、陡直，两者反射波形的对比图如图1所示。

图1夹渣和气孔反射波形的对比图

2.2利用动态分析法进行识别

在探测器探头的移动过程中，缺陷波的形状会发生变化，相关人员可以根据缺陷波形状的变化情况进行识别。

3伪缺陷波识别方法

3.1迟到波

将纵波的直探头放置到试块或者细长形状的工件上时，扩散纵波束会在侧壁发生波形变换，转变为横波，当经过另一侧面时又会再次恢复为纵波，然后回到探头。由于转换的横波具有较长的声程，波速较小，因此传播时间比较长。并且转换之后形成的波形始终出现在第一次底波之后，所以被称为迟到波。变形横波在两侧壁会发生多次反射，每次反射都会形成一个迟到波。可以通过计算、验算得到迟到波声场差的特定值，纵波声程差的计算公式为：

△x=△ω/2

=（CLd/CScosαS-dtgαS）/2

=（5900d/3230cos33°-dtg33°）/2

=0.76d

上式中，D为试件的直径或厚度，Δω为底波B1与迟到波H1的波程差（双程）。迟到波总是位于底波之后并且位置固定，而缺陷波一般位于之前，因此，一般情况下迟到波不会干扰缺陷波的判别。

3.261°反射波

当试块为直角三角形时，纵波的入射角α与横波反射角β之间的关系满足α+β=90°，示波屏的特定位置上就会出现反射波。由α+β=90°可知sinβ=cosα，如果材料为钢，则有tgα=1.82，可得到α=61°，因此该种反射波也被称为61°反射波。当探测器的探头在直角边上移动时，反射波的位置不会发生变化，其声程始终为61°所对应的直角。

3.3三角反射波

纵波直探头径向探测实心圆柱体时，由于柱面与探头平面接触面积较小，因此波束扩散角会增加，此时扩散波束就会在圆柱面上形成三角反射路径，这样就会在示波屏出现一个三角反射波，人们将其称为三角反射波。纵波扩散波束在圆柱面上不发生波型转换，形成等边三角形反射，其回波声程为：

X1=dcos30°≈1.3d

当纵波所形成的的扩散波束发生波形变换时，其回波声程计算式为：

X2=3/2dcosαL+0.5CL/CSdcosαS

上式中，如果所使用的材料为钢，则αL=35.6°，αS=18.8°，因此可将公式变换成如下形式：

X2=dcos35.6°+0.5×5900/3230dcos18.8°=1.67d

由以上计算公式可以知道，两次三角反射波始终处于第一次底波和第二次底波之间，并且位置固定，分别是1.3d和1.67d。一般情况下，缺陷波会处于第一次底波之前，因此，这一点得到明确，就能够排除三角波对锻件探伤结果的干扰了。三角反射波的波形示意图如图2所示。

图2三角反射波示意图

结语

总而言之，锻件超声波探伤中关于缺陷波和伪缺陷波的识别很重要，可能会出现各种各样的非缺陷回波，干扰对缺陷的识别，通过文章分析可知，可以通过缺陷特征分析法和动态分析法来识别缺陷波，使用三角反射波、61°反射波、迟到波以及其他杂波等方法识别伪缺陷波，从而达到探伤的目的。

参考文献

[1]唐瑞.锻件超声波探伤中缺陷波和伪缺陷波的识别[J].科技创业家，2014（05）：185.

[2]曹卫亮，杨涯学，李宣儒.托轮轴超声波探伤中幻象波伪缺陷的识别[J].水泥，2015（04）：40-42.

[3]陈浩楠，付翔.锻件超声波探伤中的几个问题探讨[J].企业技术开发，2016，35（12）：66-67.