超聲橫波探傷聲束擴散對缺陷定位的影響分析

摘 要：文章對超聲波在介質中傳播的橫波理論聲場進行分析，再通過對短橫孔的測量值、讀數值和考慮擴散影響計算值進行分析討論，推理出超聲橫波聲場一般擴散特性，最后提出一些避免擴散影響結果的建議，對焊縫探傷具有非常重要的意義。

關鍵詞：橫波；聲束擴散；焊縫探傷

中圖分類號：TB551 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）27-0103-02

超聲波探傷的主要目的是盡量了解被探工件缺陷的性質、大小和方位，其中，對焊縫一般采用超聲橫波，以最高反射回波來定位缺陷。在實際探傷中，經常會發現缺陷定位與解剖后缺陷的實際位置有些許偏差，筆者認為，這可能是由于缺陷的方向不確定，再加上超聲波聲束的擴散，使非中心線的擴散聲束得到了最大反射波幅回波，從而造成定位的偏差。為了精確測定焊縫內某個缺陷的埋藏部位，就有必要對橫波聲束的擴散特性以及其對缺陷定位的影響進行研究。

在實際探測中，超聲波聲束的擴散角非常大，但其能量主要聚集在聲束中心線附近，為了便于實驗，本文將以信號幅度比最大值處低6 dB的兩個位置定義為聲束擴散邊界。

1 實驗過程

分別用2.5P13×13K1（實測K0.975，前沿長度9.5 mm）、2.5P13

×13K2（實測K2.0125，前沿長度11 mm）探頭，對CSK-ⅢA試塊上埋深為40 mm和60 mm的短橫孔進行探測并前后移動探頭，如圖1所示，分別記錄超聲波聲束中心（最大幅值處）和兩個-6 dB點的聲程、水平距離和深度的儀器讀數和實測值，通過實測值算出折射角，再利用讀數聲程和折射角計算出兩個-6 dB點的水平距離和深度。觀察4組結果中儀器顯示的缺陷深度值和實際缺陷深度值的變化。

2 結果與討論

2.5P13×13K1探頭分別對40 mm和60 mm埋深的短橫孔的實驗結果見表1和表2，2.5P13×13K2探頭分別對40 mm和

60 mm埋深的短橫孔的實驗結果見表3、表4。

從表1～表4中可發現，不同的探頭K值及不同的缺陷埋藏深度均有以下規律：當聲束中心線打在缺陷上時，通過儀器讀得的缺陷深度值和實際缺陷深度值基本一致；當聲束中心上邊緣線（-6 dB點①）打在缺陷上時，通過儀器讀得的缺陷深度值大于實際缺陷深度值；而當聲束中心下邊緣線（-6 dB點②）打在缺陷上時，通過儀器讀得的缺陷深度值小于實際缺陷深度值。

由此可推測，由于缺陷的取向不同，可能出現聲束中心線打在缺陷上時回波波幅低于有利于缺陷反射的-6d B點的回波波幅，如圖2（a）、（b）、（c）所示，此時可能導致缺陷定位的偏差。

從表中還可看出，計算的短橫孔的水平值和深度值與實測值基本一致。實際值、儀器讀數以及計算值的比較，無論哪種情況，從儀器讀出的聲程值和測量值得到的聲程最接近，故儀器的聲程讀數總是最準確的。

當缺陷方向不利于聲束中心反射而有利于聲束中心以下或聲束中心以上某部分聲束反射時，而儀器仍按照聲束中心檢測缺陷的方法來計算，此時儀器顯示的讀數會有很大誤差，而且實際橫波聲場的擴散比-6 dB的擴散更嚴重，儀器顯示的缺陷水平距離和深度的偏差將更大。此時如果按照上述實驗的方法計算出每個探頭的聲束上下折射角，再計算出缺陷的位置，結果將更接近于實際值。

3 結 語

在超聲橫波檢測時，儀器對缺陷聲程的測量準確性較高，如需對缺陷進行精確定位，應充分考慮超聲波聲束的擴散，測出波束-6 dB的擴散角度，通過計算得出回波對應缺陷的位置相對更準確。

參考文獻：

[1] NDT考委會.超聲檢測學[J].鍋爐壓力容器安全，1995，（3）.

[2] 胡智，劉偉成，李堅.超聲橫波斜探頭K值對缺陷定位的影響[J].南昌航空大學學報（自然科學版），2008，（4）.

[3] GB/T 18852-2002，損檢測超聲檢驗測量接觸探頭聲束特性的參考試塊和方法[S].