大型游乐设施棒材超声波检测工艺优化

杨芬

【摘 要】 大型游乐设施棒料超声波手动检测时，有时不易确定灵敏度或不易确定其缺陷当量，常出现基准灵敏度不准、表面补偿不准、缺陷定位不准等问题，本文对此工艺进行了优化。并通过反复试验，在正确选用探头，校正灵敏度，探头偏移位置后精准对缺陷进行定位。对缺陷精准定位后可避免在坡口预留线内留有缺陷。对焊接质量造成严重影响。

【关键词】 棒料 超声波检测 超声波探伤 手动检测

1  引言

大型游乐设施中棒料作为关键部件存在，超声波检测适用于检测棒料内部缺陷。对平行于表面的厚度较小的棒料，射线检测往往较困难的，而超声波检测是最经济可行的方法。棒料手动检测一般用超声纵波，在游乐设施中棒料直径一般均大于20mm且小于等于250mm，检测人员选用延棒料的轧制方向进行检测，在检测过程中对缺陷有疑问或合同双方技术协议中有规定时，除了进行纵波检测外还应增加横波检测。棒料检测面的表面粗糙度Ra≤6.3μm，表面的不规则状态不得影响检测，否则应做适当的处理。所有影响超声检测的锈蚀和污物及氧化皮等都应予以清除，大面积的锈蚀和污物可用化学方法清除，局部的可用物理方法清除，常用铲刀、砂布、砂纸等。

2  仪器和试块

超声波检测时通常挑选水平线性误差和垂直线性误差都较小的仪器，超声波探伤仪应符合GB/T27664.1的规定，水平线性误差不大于1%，垂直线性误差不大于5%。棒料检测时，根据具体需要选择试块，检测棒料用标准试块有CSⅠ、CSⅡ，对比试块有径向检测对比试块。棒料厚度小于等于20mm时，用双晶直探头检测，采用CSⅡ标准试块;否则用单直探头检测，采用CSⅡ试块。CBⅡ试块有CBⅡ-1至CBⅡ-4，共4种，每种试块适应各自不同灵敏度的棒料，底部有深度一定的φ2mm—φ6mm平底孔，试块有最小高度要求。

3 探头

3.1探头选择。超声波检测时挑选的单直探头，应远场分辨力较大、始脉冲宽度较小、主声束垂直度好。对于检测厚度不大于30mm的棒料，采用双晶直探头;对于检测厚度大于30mm的棒料，采用单直探头。双晶直探头的公称频率选用5MHz，探头晶片面积不小于150mm2，且不大于500mm2。采用双晶直探头时，棒料超声检测对双晶直探头性能要求较高，要求在直径30mm上的回波高度与最大回波高度差在3dB～6dB范围内;单晶直探头的公称频率常选用2.5 MHz或5MHz，对于检测直径不大于40mm的棒料，单直探头的公称频率常选用5MHz，探头晶片直径一般为φ14 mm、φ16 mm、φ20 mm;对于检测厚度大于40mm的棒料，单直探头的公称频率常选用2.5 MHz，探头晶片直径一般为φ20 mm、φ25mm。直探头的远场分辨力应不小于30dB，探头主声束垂直方向不应有明显的双峰或倾斜。在基准灵敏度下，仪器和直探头组合的始脉冲宽度：对于频率为5MHz的探头，宽度不大于10mm;对于频率为2.5MHz的探頭，宽度不大于15mm。

3.2直探头偏离位置的测定。工件为小直径情况下，直探头主声束轴线与探测面垂线的偏离角β是基本可以忽略的。但是，在大直径的超声波检测中，由于工件的厚度较大，主声束轴线与探测面垂线微小的偏离角β都可能引起较大的定位误差，通常为2-10mm。

直探头主声束轴线与探测面垂线偏离角β，可用CSⅠ试块测量，测量时，探头在CSⅠ试块上表面平移，找到稳定的和最大的缺陷反射信号，然后固定探头，这时探头主声束对准反射体，测量得到试块上表面中心与探头下表面中心的水平偏离距离A，并用红笔在探头上表面标示出主声束轴线偏离中心的方位，如图1所示。利用偏心距A和CSⅠ试块的L，即可计算偏离角β=arctan（A/L），通过偏离角和垂直距离即可计算水平偏离距离。

实践中，根据不同CSⅠ试块，可分别测得和记录L为30mm、80mm、130mm、180mm时的偏心距A值，在发现缺陷找到最大缺陷反射信号后，按缺陷深度计算缺陷的偏心距A，再根据红笔标示的方位进行修正，探头上的箭头为红笔在探头上表面标示的偏离方向。同时，由于偏离角的存在，检测过程中应当注意，探头只平移不宜转动，否则可能降低扫查覆盖率和定位准确率。比如，L为130mm时，测得A为7mm，L为180mm时，测得A为9.5mm，当发现的缺陷深度为165mm时，估算A为8.25mm。探头沿红笔标示的方位移动8.25mm以后，探头中心在缺陷正上方。

案例，实际应用，在对原材料复验时，检测见点状缺陷显示，找到最高波S3点进行打点定位，并下料切割成正方形。打点处位于正方形中心。反向进行气刨挖出缺陷。再经渗透检验。其缺陷显示部位偏移中心点。

小 结

本文从实践出发，总结了棒料超声手工检测工艺经验，在多个方面对棒料超声波纵波手动检测工艺进行了优化，解决了棒料超声波检测中基准灵敏度不准、表面补偿不准、缺陷定位不准等难题，在实践中大大提高了检测精度和速度。实际工作中，优化的钢棒料超声手工检测工艺可作参考。

【参考文献】

[1] NB/T47013.3-2005《承压设备无损检测》[S]

[2] GB/T34370.5《大型游乐设施超声波检测》