齊園
(上海誠云建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司,上海 201313)
利用超聲波對帶涂層鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件開展檢測,采用的技術(shù)原理是:利用接觸法將探頭經(jīng)由耦合劑耦合處理后直接與工件金屬表面接觸,接觸中探頭會同步發(fā)射超聲波,超聲波傳播到工件內(nèi)部過程中如遇到構(gòu)件缺陷或介質(zhì)界面,就會出現(xiàn)反射現(xiàn)象,而探頭同步接收反射波信息,對反射回波進(jìn)行分析,就可以進(jìn)行缺陷的定位。在檢測時,探頭與構(gòu)件金屬表面之間存在有涂層隔離,而涂層與鋼構(gòu)件的聲速存在著明顯的區(qū)別,當(dāng)超聲波處于傾斜入射狀態(tài)下時,從涂層進(jìn)入構(gòu)件上的超聲波將發(fā)生明顯的折射,超聲波傳播路徑的變化明顯。因此,當(dāng)超聲波檢測的是帶涂層的鋼構(gòu)件時,涂層厚度是檢測結(jié)果的一個影響因素。
對于沒有經(jīng)過任何處理的涂層,其表面的平整度不同,在利用超聲波檢測時,探頭與涂層表面耦合環(huán)節(jié)將出現(xiàn)一定的聲能損失。當(dāng)超聲波處于涂層介質(zhì)傳播條件下時,涂層介質(zhì)本身會對超聲波產(chǎn)生一定的衰減作用,而這一作用也會引發(fā)聲能損失。此外,當(dāng)超聲波傳播通過了介質(zhì)界面的情況下,部分聲波存在反射作用,也存在聲能損失。
(1)對探頭K值的影響。當(dāng)沒有涂層時,超聲波傾斜入射直接進(jìn)入鋼構(gòu)件的情況下,假設(shè)有玻璃聲速、鋼中聲速、入射角和折射角分別為C有、C鋼、α1、β。
超聲波處于介質(zhì)界面上存在如下的折射規(guī)律:
當(dāng)有涂層時,超聲波經(jīng)過了涂層和鋼構(gòu)件兩個界面,發(fā)生兩次折射,設(shè)涂層的聲速為C涂,涂層中的折射角為β1,涂層中的入射角為α2,鋼中的折射角為β2。按照折射定律的分析,有機(jī)玻璃與涂層界面、涂層與鋼界面存在公式(2)、公式(3)的結(jié)果。
根據(jù)分析發(fā)現(xiàn)存在α2=β1的關(guān)系,隨后將這些關(guān)系代入到公式(2)公(3),可以得出以下結(jié)論:
結(jié)合(1)和(4)可以看出,β2=β,這一關(guān)系表明,當(dāng)超聲波傾斜入射涂層和不經(jīng)涂層的情況時,在鋼中的折射角完全相同,再加上K=tgβ這一關(guān)系的存在,說明有無涂層或者涂層厚度大小都不會對探頭的K值產(chǎn)生影響。
(2)對探頭前沿的影響。前沿情況直接由探頭自身決定,當(dāng)鋼構(gòu)件表面存在有涂層的情況下,超聲波在進(jìn)入鋼構(gòu)件前,就已經(jīng)發(fā)生了一次折射現(xiàn)象,如果假定探頭前沿為L0,有涂層的情況下,入射點平移后的前沿發(fā)生了明顯的變化,為L1,此時的涂層厚度用δ=O2A來表示。在該圖中,作超聲波在鋼中折射的反向延長線,與涂層相交在B點,而O2點的法線與涂層表面相交于A點。
圖1 探頭前沿修正示意圖
經(jīng)由上述關(guān)系,超聲波在界面的折射定律,可得到以下結(jié)果:
查相關(guān)資料得:C鋼=3230m/s,C涂=1100m/s
不同K值探頭的前沿修正系數(shù)結(jié)果如表1所示。
表1 同K值探頭的前沿修正系數(shù)
根據(jù)上表的數(shù)據(jù)結(jié)果,可以看出,探頭前沿修正系數(shù)取決于很多因素,其中,K值和涂層厚度的影響最直接。
(1)試驗步驟。此試驗遵循以下步驟:①選用厚40mm的Q3558鋼板,利用特定型號的探頭完成相應(yīng)的探測工作。②為獲得可靠的檢測結(jié)果,選用尺寸長、寬、高分別為400mm、40mm、110mm的試塊,在試塊長方向中間設(shè)置不同深度的長橫孔,深度分別為20mm、40mm、60mm、80mm。③對試驗過程中產(chǎn)生的油漆層數(shù)和厚度指標(biāo)進(jìn)行記錄,不涂油漆層和涂油漆層的分別用A、B側(cè)表示。④每涂抹一層油漆,就要利用同一斜探頭在A、B兩側(cè)對同一個基準(zhǔn)孔進(jìn)行探測,并根據(jù)探測結(jié)果來進(jìn)行dB值的記錄。
(2)試驗結(jié)果。此試驗結(jié)果如表2所示:
表2 試驗結(jié)果對比與分析
此試驗中需注意:所配備的測試探頭為2.5P13×13K2 (01816765);選用的是機(jī)油耦合劑;在確定了最高波以后,及時使用3kg的壓塊進(jìn)行壓實作業(yè),以減小人為因素對試驗結(jié)果造成的干擾;選用USM GO+ 型號的試驗儀器。
(1)試驗步驟。在開展直探頭檢測對比試驗的過程中,光潔度為V4,其中A、B側(cè)分別為涂油漆層和不涂油漆層。具體試驗步驟如下:①將碳素鋼板作為試驗要素,選用30mm和40mm厚的碳素鋼板,規(guī)格為Q355B,當(dāng)選定了材料后,用2.5Pφ20單晶直探頭來完成探測工作。②將試塊一半的上下兩個表面都開展涂漆處理,而另一半不涂漆,保持原狀不變。③在試驗過程中進(jìn)行油漆層數(shù)、油漆厚度的記錄。④將前期配好的探頭放在A側(cè)并使用壓塊壓住,根據(jù)試驗結(jié)果來適當(dāng)進(jìn)行靈敏度的調(diào)節(jié),當(dāng)板底波高度為80%的條件下,對d值進(jìn)行有效記錄,同樣,在B側(cè)同樣與A側(cè)的試驗步驟一樣,記錄dB值。
(2)試驗結(jié)果。此試驗結(jié)果如表3所示。
表3 試驗結(jié)果對比
經(jīng)由一系列試驗的分析,可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)鋼構(gòu)件上的涂層厚度不超0.4m的情況下,涂層厚度會造成一定的聲能損失;當(dāng)油漆層厚度相對均勻與構(gòu)件表面存在較好的黏合效果時,斜探頭超聲波檢測靈敏度相差最大保持在0.3dB左右,而直探頭超聲波檢測靈敏度相差最大為0.2dB。進(jìn)行超聲波檢測工作時,只要油漆層分布較為均勻且黏合效果良好,不去除油漆層就可以得到良好的檢測結(jié)果,油漆層不會對超聲波檢測的靈敏度造成巨大的干擾。