超聲波探傷技術(shù)論文
超聲波探傷技術(shù)是對(duì)被檢驗(yàn)部件的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種測(cè)試手段。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的超聲波探傷技術(shù)論文，僅供參考!
超聲波探傷技術(shù)論文篇一
火車(chē)車(chē)輪超聲波探傷
摘 要：本文介紹了火車(chē)車(chē)輪超聲波A掃描和C掃描探傷，并對(duì)C掃描探傷的原理、方法和過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。對(duì)于C掃描探傷的直接接觸法與水浸法兩種方法進(jìn)行了比較，水浸法探傷在探測(cè)不同取向缺陷、較薄試件、靈敏度、分辨率、探頭壽命和可靠性方面具有較大優(yōu)勢(shì)。對(duì)于超聲波A掃描和C掃描探傷的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。
關(guān)鍵詞：火車(chē)車(chē)輪 超聲波探傷 C掃描
中圖分類(lèi)號(hào)：U26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2014)05(c)-0062-02
常規(guī)車(chē)輪檢測(cè)主要是以A掃描為主，A掃描探傷是基本的探傷方式，其采用脈沖反射幅度法檢測(cè)缺陷。A掃描只能反應(yīng)基本信息且與技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)有極大關(guān)系。常規(guī)超聲波檢驗(yàn)主要分為在線檢測(cè)和離線檢測(cè)兩種。
自動(dòng)車(chē)輪探傷工序如圖1所示。設(shè)備采用耦合接觸法超聲波探傷，車(chē)輪內(nèi)側(cè)面和踏面分別布置一組組合式耦合接觸式雙晶探頭，聲束覆蓋各掃查面寬度。工件經(jīng)過(guò)拋丸處理后由輥道進(jìn)入檢測(cè)托輥，穩(wěn)定后工件轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)探頭對(duì)工件軸向和徑向的掃查，檢測(cè)人員觀察屏幕及各通道指示燈，發(fā)現(xiàn)有缺陷紅燈指示時(shí)切換屏幕顯示，轉(zhuǎn)動(dòng)工件仔細(xì)確認(rèn)缺陷，并填寫(xiě)檢驗(yàn)結(jié)果，檢查完畢，車(chē)輪經(jīng)輥道進(jìn)入下一檢測(cè)工序。
1 車(chē)輪超聲C掃描探傷
C掃描實(shí)現(xiàn)了材料檢測(cè)的自動(dòng)化，使檢測(cè)結(jié)果呈直觀的圖像顯示;超聲C掃描具有良好的穿透性，對(duì)缺陷具有較高的靈敏度和可靠性;C掃描可以獲得材質(zhì)內(nèi)部缺陷、損傷的大量信息，甚至可以對(duì)工件的整體品質(zhì)做一定的質(zhì)量評(píng)估[1～2]。1956年在美國(guó)的加里福尼亞的派拉蒙研究出世界上第一臺(tái)超聲波C掃描檢測(cè)儀器，C掃描技術(shù)很快推廣應(yīng)用到材料內(nèi)部缺陷的檢測(cè)上。
超聲波C掃描提取垂直于聲束指定截面(即橫向截面像)的回波信息合成二維圖像，可獲取不同截面的信息，因此被廣泛應(yīng)用[3～4]，超聲C掃描過(guò)程如圖2所示。在水浸式C掃描成像中，超聲探頭得移動(dòng)是二維掃描即要沿x方向掃描，又要沿z方向掃描。為獲得某一與聲束軸線垂直的斷面在y=y0的圖像，掃描聲束應(yīng)聚焦與該平面，并從換能器接收到的散射信號(hào)中選取對(duì)應(yīng)于y=y0處的信號(hào)幅度，調(diào)制圖像中與物體坐標(biāo)(x，z)相應(yīng)像素的亮度，以獲得y=y0截面的圖像。改變掃描聲束聚焦的平面，即可獲得物體不同深度的C掃描截面圖像[5]。
超聲C掃描技術(shù)是將超聲檢測(cè)與電腦控制系統(tǒng)相連接，利用電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存貯、處理、圖像顯示集合在一起的技術(shù)。超聲波C掃描系統(tǒng)使用電腦控制探頭在工件上掃查，把工件內(nèi)部C掃描的反射波強(qiáng)度作為輝度變化并連續(xù)顯示出來(lái)，可繪制工件內(nèi)部缺陷的橫截面圖形。超聲波C掃描系統(tǒng)由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、C掃描控制器、超聲波C掃描檢測(cè)儀以及PC微機(jī)系統(tǒng)四部分組成。檢測(cè)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取、處理、存貯與評(píng)價(jià)都是在每一次掃描的同時(shí)，由電腦在線實(shí)時(shí)進(jìn)行。共有兩個(gè)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)處理：一個(gè)是探頭所處位置的信號(hào)，一個(gè)是來(lái)自超聲波檢測(cè)儀描述超聲波振幅的模擬信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后輸入電腦，然后由掃描模式產(chǎn)生一個(gè)確定其尺寸的數(shù)據(jù)陣列，圖形顯示這個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)數(shù)據(jù)陣列里每個(gè)點(diǎn)在顯示器上顯示為一個(gè)像素。圖形可以有多種顏色分級(jí)顯示，代表不同的dB數(shù)，在每次掃描結(jié)束時(shí)，計(jì)算機(jī)可通過(guò)軟件自動(dòng)完成對(duì)每一種顏色和顯示的面積的像素?cái)?shù)的統(tǒng)計(jì)。對(duì)顯示的掃描圖像作相應(yīng)的解釋?zhuān)瑢?duì)缺陷進(jìn)行評(píng)定[6～7]。
超聲波C掃描是記錄來(lái)自“A掃描”的數(shù)據(jù)和信息的二維平面圖。在C掃描上所示的所有信息首先在示波器上顯示，而后由C掃描顯示器上顯示出來(lái)。在示波器上有控制輸出信號(hào)的閘門(mén)電路，檢測(cè)人員確定采集所需信號(hào)，可轉(zhuǎn)化成為衡量材料質(zhì)量的信息，并將其顯示在C掃描記錄上[8]。
超聲波C掃描檢測(cè)系統(tǒng)，其系統(tǒng)配置主要包括以下四個(gè)模塊：(1)機(jī)械掃查結(jié)構(gòu);(2)運(yùn)動(dòng)控制硬件和軟件;(3)數(shù)據(jù)采集分析硬件和軟件;(4)其他相關(guān)儀器。
超聲波C掃描檢測(cè)系統(tǒng)主要由傳感器、檢測(cè)儀、機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)、信號(hào)采集單元、控制系統(tǒng)以及成像顯示單元組成，如圖3所示。
其工作原理是：當(dāng)被檢物體內(nèi)部的均勻性發(fā)生變化時(shí)(例如車(chē)輪內(nèi)部存在夾雜等缺陷)，聲波將會(huì)改變其原有的傳播規(guī)律，這種變化被換能器接收，其信號(hào)以回波形式通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。通過(guò)提取其中與缺陷有關(guān)的特征參量，建立缺陷識(shí)別模式，將被檢測(cè)部分的檢測(cè)結(jié)果以不同顏色顯示出來(lái)。超聲波自動(dòng)C掃描成像檢測(cè)通過(guò)設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的掃描機(jī)構(gòu)，在控制系統(tǒng)的作用下，自動(dòng)地完成對(duì)被檢測(cè)材料或績(jī)構(gòu)上每二點(diǎn)的覆蓋掃描、同時(shí)以波形和圖像實(shí)時(shí)顯示被檢測(cè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部質(zhì)量[9]。
超聲波C掃描探傷技術(shù)，由于其具有自動(dòng)化程度高，檢測(cè)結(jié)果直觀可靠，檢測(cè)結(jié)果便于永久保存，這都為缺陷的定量、定性、定位的最終判定提供了有利的判定依據(jù)。利用高頻超聲波具有波長(zhǎng)短、方向性好及分辨率高等特點(diǎn)對(duì)車(chē)輪進(jìn)行C掃描實(shí)驗(yàn)，可對(duì)微小缺陷(例如非金屬夾雜物)進(jìn)行檢測(cè)。利用A掃描中缺陷波的深度位置及C掃描中缺陷距試樣邊界距離進(jìn)行定位，同時(shí)，C掃描圖像可再現(xiàn)單個(gè)大顆粒夾雜物或小夾雜物團(tuán)重疊的形貌。此外，利用超聲波C掃描功能可獲得車(chē)輪試樣的超聲層析成像，進(jìn)而獲得缺陷的具體形狀和精確尺寸，這就為車(chē)輪的安全評(píng)定，壽命評(píng)估和有限元應(yīng)力計(jì)算等提供了準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)依據(jù)。
對(duì)于車(chē)輪探傷，在掃描方式上選擇水浸式，這樣與超聲波C掃描技術(shù)有利的結(jié)合起來(lái)。超聲波探傷有很多方法，按耦合方式分類(lèi)可分為：直接接觸法與水浸法兩種。其中直接接觸法是最為常見(jiàn)的探傷方法，其具有方便靈活、耦合層薄、聲能損失少等優(yōu)點(diǎn)。然而，實(shí)際探傷時(shí)由于探頭上所施加壓力大小、耦合層厚度、接觸面積大小、工件表面情況均難以控制，因此，它們的綜合影響難以估量;再則，直接接觸法使探頭容易磨損，檢測(cè)速度慢，因此對(duì)于諸如車(chē)輪，宜采用水浸法探傷。其有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：
(1)探頭和試件不接觸，超聲波的發(fā)射和接收都比較穩(wěn)定。試塊表面粗糙度的影響在水浸法中也存在，但粗糙表面引起的聲能損失比接觸法小的多。 (2)通過(guò)調(diào)節(jié)探頭角度，可方便地改變探頭發(fā)射的超聲束的方向，從而很容易地實(shí)現(xiàn)斜射聲束檢測(cè)，以及沿曲面或不規(guī)則表面進(jìn)行的掃查，對(duì)于獲得不同取向缺陷的最大回波高度也是有利的。
(3)由于表面回波寬度比發(fā)射脈沖寬度窄，可縮小檢測(cè)盲區(qū)，從而可檢測(cè)較薄的試件。
(4)由于探頭不直接接觸試件，探頭損壞的可能性較小，探頭壽命較長(zhǎng)。
(5)便于實(shí)現(xiàn)聚焦聲束檢測(cè)，滿足高靈敏度、高分辨率檢測(cè)的需要。
(6)探頭可以在機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，減少影響檢測(cè)可靠性的人為因素。
2 車(chē)輪探傷方法的比較
就當(dāng)前國(guó)內(nèi)的常規(guī)車(chē)輪超聲波探傷技術(shù)應(yīng)用情況來(lái)看，常規(guī)超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)雖然己經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于車(chē)輪檢測(cè)，對(duì)質(zhì)量控制和在線實(shí)時(shí)檢測(cè)都具有重要的作用和影響;但是常規(guī)波形檢測(cè)結(jié)果對(duì)檢測(cè)人員的依賴(lài)性都還很強(qiáng)，并且都還存在著一些難以克服的困難和缺陷，例如：
(1)通常要有熟練的技術(shù)技能，對(duì)結(jié)果做出說(shuō)明及解釋。因此，在相互關(guān)系未經(jīng)證明的情況下，可能存在不同人員對(duì)結(jié)果看法不統(tǒng)一。
(2)外界環(huán)境的溫度、濕度、粉塵、振動(dòng)、噪音以及磁、電場(chǎng)和儀器本身內(nèi)部的各種干擾都會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。
(3)超聲無(wú)損檢測(cè)還大部分是采用常規(guī)的A型脈沖反射法技術(shù)，存在不直觀、判傷難、無(wú)記錄、人為因素影響大等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響著超聲檢測(cè)結(jié)果的可靠性。
通過(guò)上面對(duì)不同車(chē)輪超聲探傷方法的介紹，不難看出超聲波C掃描檢測(cè)技術(shù)巨大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，較之常規(guī)超聲探傷技術(shù)，高頻超聲波C掃描檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)可總結(jié)如下：
(1)采用水浸式探傷方式，大大提到了自動(dòng)化檢測(cè)的程度，其檢測(cè)的精度、檢測(cè)的效率也大幅提高。
(2)利用高頻超聲波波長(zhǎng)短、方向性好及分辨率高等特點(diǎn)，可更好的再現(xiàn)缺陷的形貌以及缺陷在車(chē)輪中的分布情況。
(3)調(diào)節(jié)探頭入射角度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輪關(guān)鍵部位的檢測(cè)，避免了常規(guī)超聲波探傷中的漏檢。
3 車(chē)輪探傷技術(shù)存在問(wèn)題
在以往火車(chē)車(chē)輪探傷過(guò)程中，技術(shù)人員想要了解車(chē)輪中的缺陷(如夾雜物)的情況，通常采取金相等有損檢測(cè)辦法，但是金相檢驗(yàn)的辦法是無(wú)法對(duì)車(chē)輪整體的缺陷情況進(jìn)行檢測(cè)判斷，它的取樣面積小，并且是在二維平面上進(jìn)行檢查，所以檢查效率很低。采用超聲波探傷技術(shù)來(lái)研究車(chē)輪缺陷是目前出現(xiàn)的較新的無(wú)損評(píng)價(jià)(NDE)技術(shù)，通過(guò)采用高頻率聚焦超聲C掃描，結(jié)合對(duì)車(chē)輪樣品制備技術(shù)，在對(duì)車(chē)輪質(zhì)量的無(wú)損評(píng)價(jià)方法相關(guān)的靈敏度校準(zhǔn)和建立理想檢測(cè)條件的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)車(chē)輪質(zhì)量檢測(cè)的超聲結(jié)果和金相解剖結(jié)果進(jìn)行了分析和對(duì)比，來(lái)進(jìn)行車(chē)輪質(zhì)量的評(píng)估，具有極大意義。但同時(shí)超聲檢測(cè)技術(shù)也存在問(wèn)題，具體問(wèn)題如下：
(1)盲區(qū)的影響。不管是C掃描、S掃描，還是電磁超聲都存在著波形盲區(qū)的影響
(2)試樣表面質(zhì)量的影響。試樣表面質(zhì)量及傾斜度都會(huì)影響超聲波在介質(zhì)中的傳播，引起能量的衰減。超聲C、S掃描需要耦合介質(zhì)，試樣的表面粗糙度和傾斜度對(duì)靈敏度的影響較大。電磁超聲需要鐵磁性介質(zhì)，試樣表面潔凈度會(huì)產(chǎn)生一定影響。
(3)試樣加工問(wèn)題。超聲無(wú)損探傷是一種對(duì)比探傷，是在一定標(biāo)準(zhǔn)試塊的基礎(chǔ)上探傷的。所謂的當(dāng)量法就是要求所探缺陷與標(biāo)準(zhǔn)試塊上的人工標(biāo)準(zhǔn)缺陷回波高度相同或者換算當(dāng)量大小相同。車(chē)輪中的自然缺陷是不可知的，所以人工制造的缺陷也不能完全反應(yīng)自然缺陷。
4 結(jié)論
(1)C掃描探傷的水浸法相對(duì)于直接接觸法在探測(cè)不同取向缺陷、較薄試件、靈敏度、分辨率、探頭壽命和可靠性方面具有較大優(yōu)勢(shì)。
(2)C掃描檢測(cè)技術(shù)相對(duì)于A掃描探傷，其檢測(cè)的精度、檢測(cè)的效率和自動(dòng)化檢測(cè)的程度具有優(yōu)勢(shì)。
(3)車(chē)輪探傷在盲區(qū)的影響、試樣表面質(zhì)量和試樣加工等方面存在較多問(wèn)題。
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超聲波探傷技術(shù)論文篇二
超聲波斜探頭磨損對(duì)超聲探傷的影響與修復(fù)方法
摘要：在超聲無(wú)損檢測(cè)中，斜探頭在使用過(guò)程中與檢測(cè)工件產(chǎn)生摩擦，根據(jù)個(gè)人習(xí)慣、所檢測(cè)工件及使用頻率的不同探頭會(huì)產(chǎn)生不同程度的磨損，探頭經(jīng)過(guò)磨損后其原有的特性會(huì)遭到破壞。本文就是討論這種破壞對(duì)檢測(cè)工作的影響及如何通過(guò)修復(fù)探頭來(lái)糾正這種影響。
一、探頭的磨損形式
下面是筆者在工作實(shí)踐中遇到的幾種磨損形式：
二、磨損對(duì)探傷結(jié)果的影響
結(jié)合上圖可以看出探頭經(jīng)過(guò)磨損后其原有的特性會(huì)遭到改變，主要表現(xiàn)在折射角(K值)變大或變小、聲束入射點(diǎn)(探頭前沿)改變、偶合性改變(平板探傷磨損后耦合性會(huì)變差，而進(jìn)行管材或棒材探傷檢驗(yàn)時(shí)其耦合性會(huì)隨著接觸面的增大而變好)這幾方面。隨著聲束折射角與入射點(diǎn)的改變會(huì)使缺陷的深度和位置在探傷儀上產(chǎn)生變化。耦合性在設(shè)備偶合補(bǔ)償不變的情況下變差會(huì)帶來(lái)探傷靈敏度的降低，反之則會(huì)帶來(lái)靈敏度的升高。若是由于個(gè)人習(xí)慣的問(wèn)題經(jīng)常性的從固定的一側(cè)向另一側(cè)進(jìn)行檢測(cè)就會(huì)帶來(lái)探頭的磨偏使探頭產(chǎn)生聲束偏斜使缺陷的定位產(chǎn)生誤差。特性改變后會(huì)容易產(chǎn)生漏檢或錯(cuò)判，給檢測(cè)工作帶來(lái)不確定性。若是輕度磨損可通過(guò)在試塊上調(diào)整探傷儀的數(shù)據(jù)來(lái)糾正這種改變，若是重度磨損就不是調(diào)整探傷儀數(shù)據(jù)就能彌補(bǔ)的了，這時(shí)就需要更換探頭或進(jìn)行探頭修復(fù)來(lái)糾正。
三、探頭的修復(fù)
在檢測(cè)工作進(jìn)行一段時(shí)期之后，除需進(jìn)行常規(guī)的調(diào)試之外應(yīng)視探頭磨損程度進(jìn)行探頭的修復(fù)工作。如果探頭只是輕微磨損，應(yīng)當(dāng)在粗砂紙上進(jìn)行打磨，使探頭與工件接觸面與上平面保持平行，經(jīng)過(guò)粗加工后用水砂紙進(jìn)行細(xì)磨以保證光潔度及耦合性。在修復(fù)后應(yīng)當(dāng)在試塊上進(jìn)行調(diào)試確定其前沿、K值，并重新制作DAC曲線以保證探傷數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。如果探頭重度磨損則應(yīng)當(dāng)在砂輪機(jī)上磨去多余部分保證工作面與上平面平行(不應(yīng)暴露晶片)，然后用粗細(xì)砂紙打磨保證光潔。由于現(xiàn)在使用的斜探頭斜楔通常是由有機(jī)玻璃制作，所以應(yīng)使用尺寸稍大于探頭需要修復(fù)面，厚度約為3～5mm的有機(jī)玻璃板進(jìn)行修復(fù)，其表面應(yīng)保證光潔無(wú)劃痕，使用三氯甲烷將探頭與有機(jī)玻璃板粘接在一起，使用臺(tái)虎鉗夾緊保證粘接效果晾干后修去有機(jī)玻璃板多余部分即為修復(fù)完成。經(jīng)修復(fù)后的探頭應(yīng)按照新探頭的程序來(lái)確定其前沿、K值并重新制作DAC曲線。
重度磨損的修復(fù)方法也適用于制造特種探頭，比如檢驗(yàn)無(wú)縫鋼管焊接焊縫可先做出一個(gè)帶曲度的，與所檢驗(yàn)材料相吻合的面粘接在探頭上以保證耦合性，避免漏檢。
四、探頭的調(diào)校
將探頭放于CSK-ⅠA試塊上測(cè)定探頭零點(diǎn)和探頭前沿。
1)探頭零點(diǎn)調(diào)校-找到直徑100mm圓弧最高反射波，固定不動(dòng)，增加儀器上探頭零點(diǎn)數(shù)值，直到聲程顯示100(或者接近100，不能差太多)，此時(shí)探頭零點(diǎn)設(shè)置完成[1]。
2)探頭前沿調(diào)校-固定探頭不動(dòng)，用鋼板尺量出距離L，探頭前沿即為100mm-L，在儀器探頭前沿欄輸入該數(shù)值。返回查看聲程數(shù)值有無(wú)變化，無(wú)變化即設(shè)定完成，有變化則調(diào)校探頭零點(diǎn)。
3)探頭折射角度(K值)的調(diào)校-將探頭置于上圖K2.5位置前后移動(dòng)探頭找到Φ50橫孔的最高回波，固定探頭，測(cè)量出探頭前沿至試塊端面的距離L。
若是使用數(shù)字式超聲波探傷儀可直接在CSK-ⅠA試塊上進(jìn)行K值調(diào)校，探傷儀會(huì)直接給出K值數(shù)據(jù)。
五、結(jié)束語(yǔ)
上述內(nèi)容為筆者在實(shí)際工作中與同事共同遇到的各種問(wèn)題，因工作局限性及專(zhuān)業(yè)水平的限制所以本篇文章難免有不足之處，望各位專(zhuān)家及讀者不吝指正。
參考文獻(xiàn)
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