影响超声检测灵敏度的因素及相应改进措施

2020-11-06李亚歌

河南化工 2020年10期

李亚歌

(洛阳欣隆工程检测有限公司，河南洛阳 471012)

超声无损检测技术是利用超声波能量在弹性介质中传播，并在界面产生反射、折射等特征来探测材料内部或表面缺陷的探伤方法。超声无损检测作为五大常规无损检测技术之一，具有方向好、穿透能力强、能量高、对人体无害等优点，使得超声无损检测技术在各个领域得到极为广泛的应用，成为了国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种重要的无损检测技术。

任何一种检测方法都不是万能的，都具有局限性，超声检测方法也是如此，超声检测的灵敏度对检测结果有着重要的影响，关系着是否可以将被检物体内的细小缺陷检测出来，因此对影响超声检测灵敏度的因素进行分析，在工作中采取相应的措施加以防范，进而提高超声检测的灵敏度，提高缺陷的检出率，保证超声检测的检测质量。

1 超声检测的基本原理

按照原理的不同可将超声检测方法分为脉冲反射法、穿透法、衍射时差法和共振法。其中应用最为广泛的方法为反射法与穿透法。

1.1 反射法

探头发射器将超声波射入检测工件中，当超声波遇到反射体时将发生反射，反射信号被发射探头接收，通过信号处理显示出各个回波的波形及声时。通过分析辨别来自缺陷的回波，从而确定缺陷的类型、位置及尺寸。

1.2 穿透法

穿透法需要一个发射器与一个接收探头，发射器与接收探头相对垂直于待检测物体放置，发射探头将超声波射入被检物体，超声波在传播过程中如遇缺陷波形将会发生变化，通过接收探头收到的信号分析波形的变化，确定缺陷信息。

2 影响超声检测灵敏度的因素及解决措施

2.1 缺陷反射面的大小及反射面与声束的相对角度对检测灵敏度的影响

一般来讲，缺陷反射面越大其反射回波声压越高、波幅也越高，反之亦然。但反射面与声束所成的角度决定了有效反射面积的大小。在缺陷表面积相同的情况下与声束相垂直的平面状缺陷具有最大的有效反射面积，反射回波最强，当声束与平面状缺陷平行时，反射面积为零，没有反射回波，则缺陷漏检。若缺陷反射面与声束所成的角度由垂直逐渐过渡到平行，反射声压也由最大逐渐变为零。因此，与声束垂直的裂纹类缺陷超声波反射面最大，检测灵敏度最高，与声束成一定角度或与声束平行的裂纹类缺陷，会因有效反射面过小而造成漏检；夹渣类缺陷反射面不规则，声波在缺陷表面产生散射，有效反射面积减小，故反射回波比与声束垂直的平面状缺陷低；气孔缺陷一般呈球形，其反射波发散，探头接收到的回波幅度也较低；垂直于表面的开口裂纹、未焊透和根部未熔合缺陷都具有反射端角，当声束与其端角线相垂直时都会产生强烈反射，因此超声检测表面开口的裂纹、未焊透和根部未熔合缺陷具有较高的灵敏度。

提高缺陷检出率的措施：选择探头时应选择其声束与预知危害性缺陷相垂直，并沿垂直于缺陷的方向扫查，为了防止漏检可选择两种角度的探头进行扫查，扫查时应适当提高检测灵敏度，标准规定采用最大声程处的评定线灵敏度进行扫查。

2.2 仪器与探头组合的系统性能和信噪比对检测灵敏度的影响

探头发射强度越高，缺陷反射信号越大，接收到的回波越高；探头接收越灵敏，可识别的反射信号越小，检测灵敏度越高；探头发射脉冲宽度越窄，分辨力和信噪比越高，发现缺陷信号的能力越强。仪器放大倍数越大，识别小信号的能力越强，检测灵敏度越高。提高系统性能的措施：选择发射功率高、接收灵敏、增益高、信噪比大的仪器和探头组合。

2.3 工件内部组织因素对检测灵敏度的影响

工件内部组织的不均匀性以及粗糙的金属晶粒会使超声波产生严重的衰减，同时也会产生噪声杂波。解决措施：采用较低频率的探头有助于减少声波衰减，采用窄脉冲探头、聚焦探头能有效提高信噪比。

2.4 声阻抗对检测灵敏度的影响

声阻抗对检测结果的影响也就是耦合剂的选择对检测灵敏度的影响。所谓耦合剂就是检测过程中探头与被检测工件间的一层用于排除空气、传导声波的一层介质。耦合剂的作用是使超声波顺利进入被检测工件，并确保超声波的折射率。耦合剂在检测过程中具有重要作用。如果耦合剂选取不当，可能污染被检工件，甚至腐蚀探头与被检测工件。改善措施：采用的耦合剂应具有良好的流动性，能够浸润被检工件表面及探头。具有适当的附着力及黏性，且便于清洗。耦合剂还应具有良好的稳定性，对探头及工件表面无腐蚀作用，且无毒无害，易于保存。最后，耦合剂还应该具有良好的声传导性。

2.5 工件表面曲率、粗糙状况和耦合效果对检测灵敏度的影响

声波从探头发射，经耦合剂进入工件，在工件内遇到缺陷，产生反射回波，反射回波再经耦合剂被探头接收，探头与工件表面曲率的匹配程度、工件表面的粗糙状况和耦合剂的耦合效果对检测灵敏度有重要影响。

探头与工件表面曲率如果不相匹配，会导致接触不良、声波传播方向发生改变、耦合剂厚度增大、声波衰减增加。工件表面粗糙会增加耦合层的厚度和不均匀性，增加声波的衰减，并产生强烈的杂乱回波，干扰缺陷信号的判定。改善措施：提高探头与工件表面曲率的一致性,清除工件表面杂质并使其光滑，以达到探头与工件紧密接触。选择传声效果良好的耦合剂均匀涂布于工件表面，确保声波有效传输。

2.6 探头频率对检测灵敏度的影响

探头频率越高，波长越短，发现小缺陷的能力越强。一般来讲，超声检测发现缺陷的极限尺寸为λ/2，即半波长。频率高也有利于提高声束的指向性，但频率越高在粗晶材料中会产生严重的衰减和产生杂波噪声。解决措施：对于晶粒度较细的材质可以选择较高频率的探头，对于奥氏体不锈钢焊缝和铸钢件的检测应采用较低频率的探头，采用聚焦斜探头有利于提高信噪比。