超声波探伤检测及铅模覆盖法在黄铜药筒检测中的应用

【摘要】本文主要介绍了超声波探伤无损检测技术的原理以及方法性能，由于其具有灵敏度高、穿透力强、使用简单成本低、无污染检测效率高等优点，在实际检测中得到越来越多的应用。为了解决黄铜药筒的缺陷检测，就采用超声波无损探伤技术，但由于无法直接检测，就运用铅模覆盖法制造标准体，通过对标准体进行超声波无损检测，达到检测黄铜药筒的目的。

【关键词】超声波无损检测；标准体；铅模覆盖法

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.04.036

Application of Ultrasonic Testing and Lead Model Covering Method in Brass Medicine Cylinder Testing

JI Hong

（Xingcheng Inspection and Testing Center， Xingcheng 125100， China）

Abstract： This article mainly introduces the principle and performance of ultrasonic non-destructive testing technology. Due to its high sensitivity， strong penetration， simple and low-cost use， high efficiency， and no pollution， it has been increasingly used in practical testing. To solve the defect detection of brass shells， ultrasonic non-destructive testing technology is used. However， as direct detection is not possible， the lead model covering method is used to manufacture a standard body. Through ultrasonic non-destructive testing of the standard body， the purpose of detecting brass shells is achieved.

Key words： ultrasonic non-destructive testing； standard body； lead model covering method

1超声波探伤检测技术原理

超声波探伤检测技术作为一种常见的金属损伤的检测技术，由于其具有在损伤检测中灵敏度高，穿透力强，使用简单成本低，无污染检测效率高等优点，故在实际中有较广的检测应用范围。黄铜药筒的裂痕、夹杂和夹层、道线深度，一直是影响企业产品质量的关键问题，但在生产过程中，铜壳体内的这些毛病是人肉眼很难发现的。为了提高产品质量，加强检测手段，企业决定启用对药筒进行超声波探伤的方法来解决这些问题。

超声波检测是指用超声波对材料和工件进行的一种无损检测方法，超声波是指振动频率大于2万赫兹的声波，这种波能在大多数材料（包括钢材）内穿透传播折射或反射和波形转换，利用超声波的物理特性就可以制成仪器，来探测材料内部的缺陷[1]。超声波探伤的特点是灵敏度高（尤其对裂纹性质的线状缺陷较敏感）设备轻便、使用简单、耗费低廉、无污染、检测速度快以及便于进行计算机处理，用于探伤检测的超声波频率1.5～5兆赫。超声波检测原理：超声波探伤设备由超声波探伤仪和探头（又称换能器）两部分组成，中间由导线连接，其工作原理是：超声波探伤仪中高频发生器产生的高频电压，经过连接导线加在探头里面的压电晶体上，并用晶体的正压电效应激发晶片以相同的频率作弹性振动，当探头与介质紧密接触时，高频振动便以波的形式在介质中传播，遇在导质界面（缺陷或工件底面）时，产生反射波，并为探头晶片所接收，再由晶体的逆压电效应将弹性振动转变为高频电讯号，经放大后，在示波屏上以一定的形式显示出来。超声波探伤检测技术主要是通过超声波仪器的探头接触到被检测部位，将超声波的短脉冲输入到被检测器件的内部，然后根据被检测器件内部传出的回波，由超声波探伤检测信号系统进行信号检测，进而显示出检测结果，超声波探伤检测仪器信号系统处理的信号为超声波探伤检测过程中反射波的幅度变化以及波传播的时间等，如果已知检测器件的声速，就可以根据超声波检测传输的时间将二者相乘，计算出被检测器件的缺陷深度[2]。无损检测技术主要包括以下几种方法：射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤等。其中超声波探伤和射线探伤广泛应用在压力容器焊缝内部缺陷检测中。常用的探伤方法有液浸法、接触法、穿透法、反射法，多用于非破坏性的检测工作中[3]。超声波探伤的优点是设备轻便，灵敏度高，探伤灵活，使用简单，成本低，无污染对人身体无任何伤害。超声波探伤在检测中既准确又可靠，在工业上已经成为重要的检测手段，得到越来越多的应用。

2超声波探伤技术在缺陷检测的应用

2.1黄铜药筒缺陷分析

黄铜药筒是军工产品，材料是四六黄铜，由于生产的黄铜药筒其表面有裂纹缺陷，其分布特征有斜向的，有沿纵向直线状的，有圆弧状的，有V型的以上这些缺陷都需要超声波探伤检测，用超声波探伤仪进行探伤可以大大提高生产效率，缩短生产检验周期，降低成本，这对黄铜药筒的生产及质量控制具有重大的意义。可用超声波探伤仪检测出黄铜药筒缺陷的工作原理是：超声波在被检测材料中传播时，材料的声学特性和内部组织变化对超声波的传播产生影响，通过对超声波受影响的程度和状况的探测了解材料性能和结构变化[4]。因此，超声波探测仪探头接触到黄铜药筒的筒壁进行检测时，药筒壁如果有缺陷时（裂痕、夹杂、夹层等），超声波探伤仪的显示器上就会出现不同的波形。超声波探伤仪检测黄铜药筒的方法是首先人工制作一个标准体，在标准体内外表面上做上不同的人工缺陷，如：外表面长（30±2.0）mm、内表面长（15±2.0）mm深度均（0.4±0.06）mm，角度为60°V型槽等，当探头接触到标准体上这些缺陷时，显示器上就会显现出不同的波形，将这些波形作為黄铜药筒质量缺陷极限记录在超声波的记忆系统内，当探头再次去检测黄铜药筒的筒体，如果筒体有缺陷超声波在显示屏上产生波纹，如果筒体缺陷尺寸超过标准体的人工缺陷尺寸，超声波探测仪的报警装置就会报警，从而检测出不合格黄铜药筒的裂纹等缺陷。然而，作为标准体，它上面的人工缺陷尺寸是否符合技术要求，是超声波探伤仪检测精度的关键，因此标准体上的人工缺陷必须进行精确测量。然而标准体表面细小的尺寸就很难测量，而标准体内壁上的尺寸就更难测量出来。一年多来，公司起初是购买标准体，定期去724计量区域站进行检测，花费了大量的经费，但是由于标准体使用频繁、磨损快，其深度、形状、尺寸和精度都无法保证，使得探伤检测仪对黄铜药筒检测精度也大打折扣。为了降低测量的经济成本，提高产品的检测率公司决定自己制作标准体。但是标准体人工缺陷精度的测量在公司现有的测量技术水平上是最大的难题，因为标准体上细小的人工缺陷很难用仪器直接测量，何况标准体内部的缺陷尺寸更是无法直接测量到。并且我们也咨询了许多专业的计量测试部门均无法检测。公司把解决这个难题的任务交给计量部门，部门领导和老师傅们经过多次的探讨和实验，终于摸索出用铅模覆盖法解决了这一难题。

2.2铅模覆盖方法及应用

铅模覆盖法就是利用金属铅的柔软易成形，出模后不易折断，不易变形的金属特性，以标准体人工缺陷为模型，将铅条用金属锤敲入标准体的缺陷模型中，使铅条与铜壳形成一体，再将铅条敲实，修整平滑，成为铜壳上同人工缺陷一样的铅模。然后将铅模轻轻取出，铅模的形状尺寸就是人工缺陷的实际形状尺寸。这样标准体内表面上的凹陷尺寸，变成铅模的外表突出的尺寸。再用万能工具显微镜影像法测得其尺寸，然而仪器的光源都是从底向上照射，也叫底来光，我们的模型立在仪器测量台上，正好挡住了底来光线，无法检测到模型的尺寸。后来经过多次试验，最后采用改变万能工具显微镜光源来源方向也就是把一个光源夹在万能工具显微镜的镜头上，把底来光源变成上来光源，这样，铅模的实际投影就清晰地反映在万工显的镜头里，从而就能准确地测量出铅模的实际尺寸。此方法经过公司技术部和检验部领导和技术人员的验证后认为具有可行性。经实地考察，军方代表的有关技术人员认为此测量方法可行，测得的数据准确可靠。因此证明我们公司制作的标准体缺陷尺寸符合产品技术要求，公司制作的标准体能为黄铜药筒的超声波探伤精度提供保证。

铅模覆盖法检测技术在黄铜药筒标准体检测中的应用，不仅提高了标准体检测的准确度，而且提高了黄铜药筒的检测率，过去公司的黄铜药筒有了争议，需要进行超声波探伤检测时，需要把它拿到外厂协助探伤检测，每次检测费50元，后来我们自己应用了超声波探伤检测，但是一个标准体就需要上万元的费用。现在铅模覆盖法的应用，解决了自制标准体的检测难题，这样我们不需要花费多少经费，就可以自己制作符合产品技术要求的标准体。并且过去由于探伤检测方法费用高和运输条件的限制，产品的探伤检测率很低，现在标准体检测方法的解决，公司黄铜药筒产品的超声波探伤检测率由购买标准体的50%提升到100%。从而控制了不合格产品出厂，提高了出厂产品的合格率。这不仅提高了公司产品质量声誉，也为产品的使用者提供安全保障。超声波探伤检测作为金属管道损伤检测的主要技术，在超声波探伤检测应用中，应做好监督与控制，保证其检测的精确度和科学性。首先依据超声波探伤检测的工作原理和其在金属损伤实际检测的应用情况，影响超声波探伤检测结果的主要因素是超声波探伤检测的工作人员的检测水平，其次是超声波仪器探头系统检验材料，检验方法，检验环境[4]。在超声波探伤检测中检测人员对于检测结果准确性的影响主要体现在工作粗心缺乏责任感，对探伤仪器及探头系统性能不了解，对检测操作程序不熟悉，对超声波探伤工作标准不熟悉，以上任何环节出现失误都会影响到超声波检测结果的准确性，使得结果出现误差。超声波仪器的探头系统对检测结果的影响主要体现在超声波仪器探头的水平线性和垂直线性指标不符合标准要求，更为严重的是仪器探头主声束发生偏斜，探头连接线接触不良造成仪器探头系统稳定性差这些都会对超声波探伤的检测结果产生影响，进而导致超声波检测结果的不准确，不合理。在超声波探伤检测中，检验材料对超声波检测结果也会产生影响，如耦合剂不适合，探伤面清理不干净都会影响超声波检测结果的准确性[5]。最后在进行超声波探伤检测时所使用的探伤方法的影响因素如超声波仪器探头扫查速度不合适，声速覆盖面积不够等都会对超声波探伤检测结果造成影响，导致超声波探伤检测结果产生误差，所以在实际工作中应注意避免使检测结果误差增大的因素，提升超声波探伤检测结果的准确性和科学性。综上所述在超声波探伤检测中存在很多问题和影响超声波探伤检测结果的因素，在进行超声波探伤检测时应注意以下几个方面，以保证超声波探伤检测结果的正确性。第一个方面就是在超声波探伤检测时对结果产生影响的人为因素，人为因素是指检测人员应具有检测资格，专业素养及责任感。为了避免人为因素影响超声波探伤检测结果，应选择专业技能扎实，接受过系统培训的检测人员。在检测过程中，首先，检测人员应记录超声波探伤检测记录，以观测超声波探伤仪是否有误差发生。其次，在日常工作中要定期地对超声波探伤仪器进行校准或期间核查，其中仪器校准在超声波探伤检测中尤为重要，检测人员在检测前根据相关标准对超声波探伤仪器进行校准，提高探伤结果的可信度，进而保证超声波探伤检测结果的准确性。還要对超声波探伤检测的距离和波幅曲线进行检验，避免超声波探伤检测结果产生误差。同时检测人员还应做好探测面的清理工作，合理选择耦合剂。

3结束语

综上所述超声波探伤无损检测已经被广泛地应用于工程设备检测中，如金属管道损伤检测，钢结构焊接质量的检测，锻件的无损检测。对在超声波探伤无损检测过程中影响因素进行分析监督控制，有利于提高超声波探伤无损检测结果的准确性和科学性，进一步推进其在实际检测中的应用[6]。在实际工作中超声波探伤仪也需要进行计量检定，超声波探伤仪的检定包括对探伤灵敏度余量，分辨力，探头上施力以及衰减器衰减量误差检定，其中前三项检定是通过探头与标准试块来完成的。通过计量检定，保证其检测结果的准确性和科学性。

【参考文献】

[1]云南超音速检测技术服务有限公司.一种非金属超声检测仪用固定装置：CN202220067541.6[P].2022-06-24.

[2]白冬莆，崔书赫，张娉婷.超声波探伤检测的影响因素分析及监督与控制[J].硅谷，2014，7（5）：71，73.

[3]柴旭天.海洋平台用D36钢窄间隙激光填丝焊工艺及接头组织性能研究[D].兰州：兰州理工大学，2021.

[4]天津市玖真工程技术检测有限公司.一种方便携带的数字超声波探伤仪：CN202022828850.4[P].2021-08-13.

[5]杨林涛，张虎.超声波探伤检测的影响因素[J].中国石油和化工标准与质量，2013，33（16）：18.

[6]曾一彪，袁邱浚.焊接质量的超声波探伤无损检测[J].中国石油和化工标准与质量，2020，40（16）：55-56.

【作者简介】

纪红，女，1974年出生，工程师，学士，研究方向为不确定度分析与评定。

（编辑：李钰双）