摘 要：在我國(guó)科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展下，近些年在從超聲自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備中出現(xiàn)了如水浸點(diǎn)聚焦探頭、線聚焦探頭等在內(nèi)的眾多不同類型的聚焦探頭。而現(xiàn)階段在選用聚焦探頭當(dāng)中大多使用橫波檢測(cè)的方式，關(guān)于棒材超聲水浸法縱波檢測(cè)聚焦探頭方面的研究則相對(duì)較少。因此本文將通過(guò)從簡(jiǎn)單說(shuō)明縱波水浸法以及棒材水浸檢測(cè)法的相關(guān)原理入手，著重圍繞棒材超聲水浸法縱波檢測(cè)聚焦探頭的選用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析研究。

關(guān)鍵詞：超聲波檢測(cè)；縱波；點(diǎn)聚焦

在運(yùn)用縱波檢測(cè)方式檢驗(yàn)棒材內(nèi)部缺陷的過(guò)程中，水浸聚焦探頭的選型對(duì)于最終的檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性與可靠性有著直接的影響作用。因此為了有效保障檢測(cè)工作的順利進(jìn)行，使得而檢測(cè)結(jié)果能夠更加精準(zhǔn)在有效，還需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求合理選用棒材超聲水浸法縱波檢測(cè)聚焦探頭。對(duì)比于西方國(guó)家，我國(guó)學(xué)者對(duì)棒材超聲水浸法的研究不夠深入，并且研究視域較狹窄，所得到的研究結(jié)論不能更好的指導(dǎo)實(shí)踐，最終影響聚焦探頭檢測(cè)準(zhǔn)確性。為了縮小我國(guó)西方國(guó)家在這一方面的差距，針對(duì)“棒材超聲水浸法縱波檢測(cè)聚焦探頭的選用探析”這一論題展開分析是極為必要的，論題探究如下。

一、縱波水浸法與棒材水浸檢測(cè)法的基本原理

縱波水浸檢測(cè)法主要是通過(guò)在水中放入探頭之后利用超聲波能夠多次自動(dòng)生成水與鋼界面反射波的原理，結(jié)合被檢件內(nèi)部所產(chǎn)生的反射波完成檢測(cè)工作。而由于水與鋼這兩種傳播介質(zhì)不同，因此使得在不同介質(zhì)中的超聲波傳播速度會(huì)出現(xiàn)一定差異。[1]此時(shí)通過(guò)對(duì)探頭和被檢件之間的水層距離進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使得在二次水界面反射波之前可以出現(xiàn)被檢件底波。此時(shí)介于底波與水鋼界面波的中間位置處將會(huì)出現(xiàn)缺陷波。

通過(guò)結(jié)合相關(guān)資料可知絕大多數(shù)棒材中的缺陷會(huì)沿著棒材軋制方向延伸，在橫截面上則多集中分布于棒材中心。而因受到近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度、脈沖寬度等因素的影響，縱波直探頭并不適用于檢測(cè)棒材表面以及近表面周圍的曲線。同樣，在缺陷自身以及較小聲束夾角的影響下，垂直于棒材表面或是基本垂直于棒材表面的裂紋類缺陷缺乏較高的回波幅度，因而也在一定程度上增加了檢測(cè)缺陷的難度。此時(shí)需要通過(guò)配合使用橫波檢測(cè)的方式才能有效完成特殊棒材的缺陷檢測(cè)工作。

二、棒材超聲水浸法縱波檢測(cè)聚焦探頭選用

棒材內(nèi)部缺陷現(xiàn)象出現(xiàn)后，應(yīng)盡可能在短時(shí)間內(nèi)探索缺陷彌補(bǔ)措施，在這一過(guò)程中，做好缺陷檢測(cè)工作，同時(shí)，按照既定順序完成缺陷檢測(cè)任務(wù)。選用棒材超聲水浸法縱波檢測(cè)聚焦探頭的過(guò)程中，以實(shí)驗(yàn)分析的方式選用適合探頭，在此期間，優(yōu)選適合的驗(yàn)證方法，并針對(duì)驗(yàn)證結(jié)果具體分析，最后進(jìn)行取樣分析，希望相關(guān)人員能夠以此為借鑒，掌握聚焦探頭選用技巧。

（一）試驗(yàn)用探頭

本文所使用的檢測(cè)設(shè)備為分別擁有兩個(gè)橫向通道和縱向通道的超聲波自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備，在縱波檢測(cè)中各運(yùn)用一個(gè)線聚焦探頭和點(diǎn)聚焦探頭，并采用旋轉(zhuǎn)探頭的方式進(jìn)行掃查，棒材則直線前進(jìn)。雖然兩種類型的聚焦探頭中，檢測(cè)界面上的聲束輪廓基本一致，點(diǎn)聚焦探頭與線聚焦探頭在管材上會(huì)分別形成點(diǎn)狀以及沿軸線延長(zhǎng)的現(xiàn)狀聚焦區(qū)。并且點(diǎn)聚焦與線聚焦檢測(cè)方式在各縱長(zhǎng)人工傷檢測(cè)中所表現(xiàn)出的靈敏性也不盡相同?？紤]到棒材的特殊性，在依照試塊比較法運(yùn)用縱波對(duì)檢測(cè)靈敏度進(jìn)行調(diào)試時(shí)，相比于點(diǎn)聚焦，線聚焦的橫向分辨率以及信噪比均相對(duì)較低。[2]

此外，本文也還運(yùn)用了縱波雙晶探頭，其兩個(gè)晶片相向傾斜共同構(gòu)成了一個(gè)菱形聲束會(huì)聚區(qū)，聲束聚焦后會(huì)在一定深度范圍內(nèi)出現(xiàn)直徑變窄、聲強(qiáng)增高的情況，進(jìn)而使得局部區(qū)域檢測(cè)擁有較好的靈敏性與較高的信噪比、橫向分辨力。但由于縱波雙晶探頭智能檢測(cè)菱形聲束會(huì)聚區(qū)以內(nèi)的缺陷，因而在聲束有效區(qū)域的限制作用下，雙晶探頭聲束掃查范圍比較小，難以達(dá)到提升檢測(cè)效率的效果。

（二）驗(yàn)證方法與結(jié)果分析

在驗(yàn)證探傷方法中，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T4162-2008 B級(jí)，基準(zhǔn)靈敏度可發(fā)現(xiàn)最大聲程處2MM平底孔。[3]而通過(guò)結(jié)合手工接觸法驗(yàn)證結(jié)果可知，在雙晶直探頭下，根據(jù)被檢棒材缺陷反射波形可知缺陷反射波幅度比檢測(cè)基準(zhǔn)靈敏度波高要高，缺陷長(zhǎng)度為130MM，按長(zhǎng)條形缺陷評(píng)定為不合格。在水浸法驗(yàn)證中，線聚焦探頭與點(diǎn)聚焦探頭均使用水作為耦合劑。

利用同一對(duì)比試樣即2MM平底孔調(diào)節(jié)儀器的靈敏度，可知點(diǎn)聚焦探頭底波出現(xiàn)了大幅下降的情況，但并未完全消失。而水浸線聚焦探頭以及雙晶直探頭底波則并沒有出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的變化，這也意味著聲束直徑均比平底孔直徑大。在將探頭移動(dòng)至被檢棒材的缺陷位置時(shí)，無(wú)論是水浸線聚焦探頭、點(diǎn)聚焦探頭還是雙晶直探頭，其底波均未出現(xiàn)明顯變化。水浸線聚焦探頭檢測(cè)與接觸法手工檢測(cè)所獲得的結(jié)果基本相同，即均檢測(cè)得到缺陷長(zhǎng)度為130MM，驗(yàn)證評(píng)定為不合格。但點(diǎn)水浸聚焦探頭的檢測(cè)結(jié)果中，驗(yàn)收評(píng)定為合格。，因此總體來(lái)看，運(yùn)用同一對(duì)比試樣調(diào)節(jié)儀器的靈敏度進(jìn)行檢測(cè)，5MHZ點(diǎn)聚焦探頭在缺陷檢測(cè)中并未表現(xiàn)出較高的靈敏性。

在重新更換10MHZ水浸點(diǎn)聚焦探頭后，根據(jù)獲得的檢測(cè)結(jié)果顯示，對(duì)比試樣反射體回波高度基本不變，但相比于5MHZ點(diǎn)聚焦探頭，10MHZ水浸點(diǎn)聚焦探頭底波出現(xiàn)了更加顯著的降低變化。被檢間缺陷反射波與5MHZ點(diǎn)聚焦探頭相比也沒有出現(xiàn)明顯變化。由此看來(lái)，對(duì)于此類缺陷，兩種水浸點(diǎn)聚焦探頭所獲得的檢測(cè)結(jié)果之間并沒有明顯處于，缺陷的反射波幅遠(yuǎn)低于多個(gè)或長(zhǎng)條形不連續(xù)2MM平底孔的定量報(bào)閘門，因而檢測(cè)結(jié)果均為合格?？梢?，即便檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)完全一致，對(duì)于此類缺陷而言頻率更高并不代表著會(huì)檢測(cè)靈敏度也會(huì)相對(duì)較高。

（三）取樣分析

在選取缺陷反射波幅最高的一段區(qū)域并進(jìn)行低倍觀察可知顯示出了明顯的微小缺陷。而使用50倍電子顯微鏡進(jìn)行觀察，可以清晰看出缺陷輪廓，其中間位置相對(duì)較粗，端頭則比較細(xì)小、尖銳。裂紋最大寬度在0.95mm左右，并未超過(guò)1mm。著色顯示缺陷位置約為1/2R半徑處，雖然點(diǎn)聚焦探頭焦點(diǎn)尺寸并不大，但呈細(xì)長(zhǎng)形的缺陷最寬部位也并未超過(guò)1mm，比探頭聚焦區(qū)尺寸要小。在長(zhǎng)度足夠的情況下，在整個(gè)聲束范圍內(nèi)所占比率也比較小，缺陷有效面積反射的能量并不高。雖然后期更換使用了檢測(cè)頻率更高的探頭，但檢測(cè)缺陷效果依然無(wú)明顯變化。

線聚焦探頭聚焦區(qū)與棒材長(zhǎng)條形缺陷均沿棒材軸向而形成，但由于缺陷本身比較微小，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此從探頭聚焦區(qū)尺寸面積中軸向占比的角度出發(fā)，其占比相對(duì)較大，反射能量也相對(duì)較高?；究梢詫?duì)實(shí)際缺陷情況進(jìn)行準(zhǔn)確反映，這一檢測(cè)結(jié)果也與雙晶直探頭獲得的檢測(cè)結(jié)果相似。

總結(jié)可知，取樣分析能為缺陷程度確定提供相對(duì)準(zhǔn)確的資料，同時(shí)，還能大致掌握缺陷長(zhǎng)度、寬度、方向等基本信息，進(jìn)而能為接下來(lái)缺陷具體處理提供依據(jù)，這對(duì)缺陷處理方案調(diào)整，處理計(jì)劃改進(jìn)有促進(jìn)作用。需要注意的是，盡可能優(yōu)化取樣分析程序、探索適合的取樣分析方法，保證取樣分析結(jié)果的真實(shí)性。

三、結(jié)語(yǔ)

對(duì)于規(guī)格較小的棒材而言，因其缺陷基本沿軋制方向延伸，受線聚焦探頭聲束在軸線方向上長(zhǎng)度較大的因素影響，隨著缺陷沿軸向長(zhǎng)度的不斷延長(zhǎng)，其在聲束反射面積中的占比也將逐漸增大，因而檢測(cè)靈敏度會(huì)出現(xiàn)提升的情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)特殊棒材中存在缺陷時(shí)，工作人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)切除缺陷部位，此時(shí)相比于點(diǎn)聚焦探頭，選用線聚焦探頭可以獲得更優(yōu)的檢測(cè)效果。從中能夠看出，聚焦探頭選用應(yīng)結(jié)合棒材實(shí)際缺陷，選擇適合的線聚焦探頭不僅能夠縮短檢測(cè)時(shí)間，而且還能提高檢測(cè)效率。除此之外，我國(guó)應(yīng)適當(dāng)向外國(guó)借鑒棒材超聲水浸法應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)聚焦探頭檢測(cè)實(shí)際需要探索適合的檢測(cè)方法，與此同時(shí)，這有利于提高線聚焦探頭設(shè)計(jì)水平，能夠大大提高線聚焦探頭實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅經(jīng)晶.影響棒材超聲水浸檢測(cè)靈敏度的因素[J].無(wú)損探傷，2016，40（02）：45-46.

[2]江健，周曉軍，郭天太，吳思源.水浸式棒材超聲檢測(cè)成像系統(tǒng)的若干關(guān)鍵技術(shù)研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2016（01）：161-165.

[3]陳堯.鍛鋼超聲波水浸探傷及三維成像技術(shù)研究[D].安徽工業(yè)大學(xué)，2016.

作者簡(jiǎn)介：范志山（1982-），男，河北故城人，碩士，工程師，無(wú)損檢測(cè)。