辨析车轮超声波探伤中真伪缺陷

陶国强，国新春，王 翔

（宝武集团马钢交材科技有限公司，安徽 马鞍山 243000）

超声波探伤是无损检测中的一个重要的门类，即在不损坏工件的情况下利用超声波检测工件内部的完好性[1]。宝武集团马钢轨交材科技有限公司（以下简称马钢）的车轮探伤开始于20世纪80年初期，到目前有车轮、车轴、轮箍、环件、走轮、滑轮、齿坯等上百种产品需经超声波探伤。

1 超声波探伤的原理

超声波是频率≥20 kHz的声波，车轮超声波探伤主要是利用超声波的反射特性来检测车轮产品内部完好性。通常车轮的超声波探伤一般采用1~5 MHz探头检测工件，主要检测车轮的轮辋部位，如下图所示：探头放置在轮辋内侧面上，超声波探伤仪发射电脉冲，电脉冲传播到探头上，探头晶片发生高频振荡，将电能转换成高频机械振动，即产生超声波[2]。

超声波穿越轮辋的上、下两个界面，并在两个界面产生反射，再由探头晶片将接收到的机械振动转换成电信号，在A形示波屏上显示，如图1中的第一和第三个波幅即为工件工件上下两个界面反射，当工件内部存在不连续性即缺陷（或人工缺陷）时，超声波在缺陷表面也会发生反射，在A型显示的示波屏上可以看到如图1右侧的图形，上界面反射（第一个波幅）、缺陷反射（80%，第二个波幅）、底面（第三个波幅）反射，以此方法探测工件的完好性。

图1 轮辋超声波探伤示意图

2 车轮中常见缺陷

车轮超声波探伤常见的缺陷：夹杂、白点、裂纹、折叠、翻皮等，其中夹杂、翻皮在用模铸锭生产出的产品中常见。

3 车轮中探伤中真伪缺陷的辨析

在车轮超声波探伤过程中有时出现的缺陷波非常好分辨，如图1所示，但在实际工作中也经常会遇到真、伪缺陷比较难分辨的情况，作为探伤工既不能将有缺陷的车轮放行，也不能因伪缺陷而判废被检产品从而造成不必要的损失，以下是在工作中总结的一些真、伪缺陷的辨析方法。

3.1 单个缺陷波

通常出现如图1的一个缺陷反射，称其为单个缺陷，该缺陷性质基本以夹杂为多。但结合实际探伤的不同工件，也常会发现该种显示的波形可能是伪缺陷。常见的几种伪缺陷的原因如下：

3.1.1 结构波

常见的是工件表面的台阶，或轮缘、踏面处的斜度等形状引起的回波。判断和处理方法：是否是结构波的判断可用手沾些耦合剂在可能产生反射波的部位轻轻拍打，如果反射波上下跳动，波高不稳定，并随手拍的轻重上下晃动即可判定该波为结构波。

3.1.2 探伤面表面加工粗糙

当工件表面加工粗糙度较高，达不到检测灵敏度的要求时（例如检测灵敏度为Φ1.0 mm平底孔当量，而表面粗糙度＞12.5μm），可能出现表面游动的反射波，如下页图2。

图2 由表面粗糙度引起的游动反射波

判断和处理方法：当探头移动时，游动波随着探头的移动在水平方向上移动，并且随探头移动的快慢，该游动波左右平移也加快或减慢，没有明显的波峰，波形呈现出包络状，呈现出疑似缺陷深度随探头移动在上下表面间游走的迹象，再次将探测表面机械加工降低粗糙度处理后，该波会消失。

3.1.3 仪器重复频率设置过高

在实际探伤中如超声波探伤仪器重复频率过高也会在上、下两个反射面中间产生一个峰值较高，波峰尖锐的波形，在沿着轮辋轴向一周探伤时，其水平位置固定不变，示意图如图3。

图3 重复频率过高引起的幻象波示意图

判断和处理方法：降低仪器重复频率，该种“缺陷波形”即会消失。（典型案例：两起质量异议中发现同批次中个别车轮有上述波形反射，主要原因是仪器重复频率调置过高造成的，如CTS-2200的重复频率第三档，这种波也称为幻象波）。

3.1.4 纵波水浸探伤中的钢、水界面反射

知道纵波在钢中的传播速度为5.9×103m/s，水中纵波传播速度为1.4×103m/s，即超声波纵波在水中速度近似为钢中声速的1/4，在水浸探伤时当水层厚度与工件厚度相同时，仪器接收到4次工件底面反射时才能接到钢、水界面的第二次回波，此时示波器上波形较复杂。

判断和处理方法：预先选择好二次界面波与底波形式位置的关系通过以下公式计算，得出界面波的位置，以区分缺陷和界面波的辩识。

式中：n为重合波次数，如n=1为一次重合，n=2为二次重合，一般常用4次重合法；C为声速。

3.1.5 双晶探头的固有波

因双晶探头有在契块中有固定反射波，探伤时该波与始波容易混淆，并且出现在始波之前，因此容易将工件界面波误判为缺陷波。

判断和处理方法：用延迟调到最小，将固定波找到（第一个波），再用延迟旋钮将此固定波移出探伤观察区域，这样可以避免误判。通常该工件界面波深度不变，并且整个检测面都会出现该波形，因此较容易分辨。

3.2 密集性缺陷

在探伤时经常会遇到在上、下两个界面的回波间出现多个缺陷波的情况，在判断时容易将危害性缺陷如白点和探伤表面粗糙引起的游动波混淆。

白点是危害性缺陷，在探伤时有尖锐的反射波，其位置主要在工件中部，通常在检测面的某局部区域，严重时甚至在整个车轮或轮箍中都会出现，随着探头的移动其尖锐的波形此起彼伏和表面粗糙的包络状反射不同，其深度通常在工件整个检测范围（厚度）的中部区域，较表面粗糙的包络状波范围小（不像表面粗糙引起的包络状波甚至会游动到靠近始波和底波），图4为典型的白点缺陷反射波形图。

图4 典型的白点缺陷反射波形图

图5为白点与表面刀花比较图，图中1、2为缺陷回波，3为表面粗糙引起的漫反射。

图5 白点与表面刀花比较图

3.3 实际应用

在实际工作中还发现有些从探伤角度分析是“缺陷反射”的波形特征，但是可以被判为合格品的事例，典型的有车轮外表面的热压印字的反射波、径向面的折叠且折叠深度在二次加工中可以消除的。还有些产品因只对探伤面进行了加工，其他部位为原始的轧制面，在探伤时往往会发现这些未加工区域存在结构回波，这需要对产品二次加工及用户的可接受条件有了解，这样可以避免因误判造成损失。

4 结语

探伤人员应对工件的生产工艺和交货条件有较清楚的了解，并在实际的车轮探伤工作中注意观察、分析和积累，这样可以帮助提高判伤的准确性，做到不漏检、不错判，发挥检测的作用。