小角度纵波检测法在瓶口螺纹检测的应用分析

张立军

【摘 要】介绍了小角度纵波探伤法在长管拖车气瓶瓶口螺纹的探伤应用。对小角度纵波斜探头灵敏度进行了调试，采用不同倾斜角度纵波斜探头在长管拖车气瓶瓶口螺纹的探伤中的检测效果进行了对比研究，从而确定出采用小于10°倾斜角的纵波斜探头进行检测可达到更好的检测效果。

【关键词】小角度纵波检测法；长管拖车；灵敏度

中图分类号：TG115.28 文献标志码：A

近几年，我国长管拖车年增长量近千台。长管拖车包括高压气瓶、附件、安全附件、气瓶固定装置、车辆部分等。常见的长管拖车气瓶的规格为Φ355×10.4mm、Φ406×12mm、Φ559×16.5mm等多种。多用于运输易燃易爆有毒有害气体的移动式压力容器，属于第三类高压容器，危险系数相对较高，其检验要求也相对更加严格。

长管拖车瓶口螺纹在长期运行中，螺纹根部容易形成应力集中，产生疲劳裂纹，这些疲劳裂纹一旦产生便会在受压循环应力和介质腐蚀作用下迅速扩展，导致危险事故发生，为此在瓶口螺纹的定期无损检测极为重要，根据《压力容器定期检验规则》附件D《长管拖车、管束式集装箱定期检验专项要求》的规定，长管拖车定期检验是需要对瓶口螺纹进行100%超声检测和渗透检测。对于超声检测，因长管拖车气瓶瓶口截面积，如果用纵波垂直入射试件检测面的方法，限于工件形状和侧壁干涉等原因，纵波直探头产生的缺陷波不稳定，再现性差，螺纹波不规则，垂直入射纵波的应用受到很大限制，笔者通过试验证实，采用具有一定倾斜角度的超声波进行检测，可以达到更好的检测效果（小于10°倾斜角的探头）。

一、小角度纵波检测原理

将超声纵波直探头做成晶片和被检工件表面成一定角度，根据波的折射原理可知，当入射角小于第一临界角时被检工件中会同时产生折射纵波和折射横波，利用折射纵波进行探伤的方法称为纵波斜入射法。

采用斜入射纵波检测可以很好地解决普通直射波存在的不足，由于探头主声束与探头轴线成一定夹角，探头主声束可以检测到普通直探头不能检测的区域。

二、探头的选用

1）从缺陷检出率及声束指向性考虑，选择较高的频率为宜，如选用5MHz

2）纵波小角度斜探头的声束轴线对准齿根裂纹时检测灵敏度最高，优于普通纵波直探头，其纵波折射角应视检测的螺纹区长度及端面来确定。

3）晶片尺寸根据瓶口端面而定，以确保探头与接触面的耦合及充裕度

三、检测灵敏度调节

长管拖车气瓶瓶口螺纹检测灵敏度有两种方法：一种是在气瓶无缺陷部位将最后远处螺纹（内、外）反射波的回波高度调到荧光屏满刻度的30%，作为检测时的基准灵敏度；一种是用CSK-ⅢA试块80mm深的横孔（注：螺纹长度约为80mm），用探头找到80mm深的横孔，调节增益，使其回波达到荧光屏的80%。

实验证明，对于不同折射角的探头，折射角越小，相同声程处φ1×6mm横孔的反射波越强，目前本站通常用6°的小角度超声波探头进行瓶口内外螺纹检测。笔者曾对北京公交公司一台长管拖车的其中一只气瓶瓶口螺纹进行检测，检测处瓶口一环向裂纹，裂纹距瓶口100mm，长度为整圈由内向外7mm深。

四、裂纹波的识别

1）波形：因裂纹面垂直声束，股裂纹波形清晰、陡直、尖锐

2）波底变化：对于较大的裂纹，波底明显减弱甚至消失

3）螺纹波变化：紧靠裂纹之后的螺纹波将由于裂纹的遮挡而消失或减弱。

同种型式的瓶口螺纹，它们对超声波的反射条件基本相同，当超声波入射到裂纹处时，在荧光屏上显示的螺纹波具有一定特征，若某处螺纹存在不连续缺陷（如裂纹）时，则改变螺纹波的这种特征，以此可判定裂纹的存在与否。

五、纵波斜入射检测时应注意的问题

1）由超声波的折射原理可知，采用纵波倾斜入射时，检测工件中同时存在折射横波和折射纵波，可以从超声波的传播时间及两种反射波的不同声压（回波高度）进行区分，折射横波往往是在特定位置产生的，（其波形比折射纵波略显宽大），其位置在检测范围内根据探头的角度可通过计算求出，此外，在理论上折射横波是整圈的，可通过更换其它角度探头的方法进一步检测验证，如该位置还出现回波，则缺陷的可能性大，如不在同一位置，可以认为是折射横波造成的。

通过这几年的实践，分析与总结得出，纵波斜入射探头对模拟裂纹产生的缺陷回波清晰、稳定、再现性好，螺纹波较规则，纵波直探头产生的缺陷波不稳定，再现性较差，螺纹波不规则。随着模拟缺陷距探测面距离的增大，纵波直探头对缺陷的检出率下降。縱波斜探头具有较高的检出灵敏度。

六、结论

纵波斜入射检测长管拖车瓶口螺纹的灵敏度比直射纵波检测灵敏度高，发现小缺陷的能力强，用纵波直探头检测，瓶口螺纹，由于波束轴线与缺陷不相交，缺陷的反射波声压较低，用纵波斜探头检测瓶口螺纹时，移动探头，可使倾斜入射的超声波束入射到缺陷上形成反射回波声压较高，缺陷回波很强。在长管拖车气瓶瓶口螺纹利用倾斜入射的超声波进行检测可以弥补直射纵波检测的不足，对齿根裂纹信号和假信号的辨别，需要通过计算声程确定，并结合检测人员实践经验加以识别，才能做出正确缺陷判定，随着超声波检测技术的进步，纵波斜入射检测必将有更广泛的应用。