超聲波探傷檢測及鉛模覆蓋法在黃銅藥筒檢測中的應用

【摘要】本文主要介紹了超聲波探傷無損檢測技術的原理以及方法性能，由于其具有靈敏度高、穿透力強、使用簡單成本低、無污染檢測效率高等優點，在實際檢測中得到越來越多的應用。為了解決黃銅藥筒的缺陷檢測，就采用超聲波無損探傷技術，但由于無法直接檢測，就運用鉛模覆蓋法制造標準體，通過對標準體進行超聲波無損檢測，達到檢測黃銅藥筒的目的。

【關鍵詞】超聲波無損檢測；標準體；鉛模覆蓋法

【DOI編碼】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超聲波探傷檢測技術原理

超聲波探傷檢測技術作為一種常見的金屬損傷的檢測技術，由于其具有在損傷檢測中靈敏度高，穿透力強，使用簡單成本低，無污染檢測效率高等優點，故在實際中有較廣的檢測應用范圍。黃銅藥筒的裂痕、夾雜和夾層、道線深度，一直是影響企業產品質量的關鍵問題，但在生產過程中，銅殼體內的這些毛病是人肉眼很難發現的。為了提高產品質量，加強檢測手段，企業決定啟用對藥筒進行超聲波探傷的方法來解決這些問題。

超聲波檢測是指用超聲波對材料和工件進行的一種無損檢測方法，超聲波是指振動頻率大于2萬赫茲的聲波，這種波能在大多數材料（包括鋼材）內穿透傳播折射或反射和波形轉換，利用超聲波的物理特性就可以制成儀器，來探測材料內部的缺陷[1]。超聲波探傷的特點是靈敏度高（尤其對裂紋性質的線狀缺陷較敏感）設備輕便、使用簡單、耗費低廉、無污染、檢測速度快以及便于進行計算機處理，用于探傷檢測的超聲波頻率1.5～5兆赫。超聲波檢測原理：超聲波探傷設備由超聲波探傷儀和探頭（又稱換能器）兩部分組成，中間由導線連接，其工作原理是：超聲波探傷儀中高頻發生器產生的高頻電壓，經過連接導線加在探頭里面的壓電晶體上，并用晶體的正壓電效應激發晶片以相同的頻率作彈性振動，當探頭與介質緊密接觸時，高頻振動便以波的形式在介質中傳播，遇在導質界面（缺陷或工件底面）時，產生反射波，并為探頭晶片所接收，再由晶體的逆壓電效應將彈性振動轉變為高頻電訊號，經放大后，在示波屏上以一定的形式顯示出來。超聲波探傷檢測技術主要是通過超聲波儀器的探頭接觸到被檢測部位，將超聲波的短脈沖輸入到被檢測器件的內部，然后根據被檢測器件內部傳出的回波，由超聲波探傷檢測信號系統進行信號檢測，進而顯示出檢測結果，超聲波探傷檢測儀器信號系統處理的信號為超聲波探傷檢測過程中反射波的幅度變化以及波傳播的時間等，如果已知檢測器件的聲速，就可以根據超聲波檢測傳輸的時間將二者相乘，計算出被檢測器件的缺陷深度[2]。無損檢測技術主要包括以下幾種方法：射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷等。其中超聲波探傷和射線探傷廣泛應用在壓力容器焊縫內部缺陷檢測中。常用的探傷方法有液浸法、接觸法、穿透法、反射法，多用于非破壞性的檢測工作中[3]。超聲波探傷的優點是設備輕便，靈敏度高，探傷靈活，使用簡單，成本低，無污染對人身體無任何傷害。超聲波探傷在檢測中既準確又可靠，在工業上已經成為重要的檢測手段，得到越來越多的應用。

2超聲波探傷技術在缺陷檢測的應用

2.1黃銅藥筒缺陷分析

黃銅藥筒是軍工產品，材料是四六黃銅，由于生產的黃銅藥筒其表面有裂紋缺陷，其分布特征有斜向的，有沿縱向直線狀的，有圓弧狀的，有V型的以上這些缺陷都需要超聲波探傷檢測，用超聲波探傷儀進行探傷可以大大提高生產效率，縮短生產檢驗周期，降低成本，這對黃銅藥筒的生產及質量控制具有重大的意義。可用超聲波探傷儀檢測出黃銅藥筒缺陷的工作原理是：超聲波在被檢測材料中傳播時，材料的聲學特性和內部組織變化對超聲波的傳播產生影響，通過對超聲波受影響的程度和狀況的探測了解材料性能和結構變化[4]。因此，超聲波探測儀探頭接觸到黃銅藥筒的筒壁進行檢測時，藥筒壁如果有缺陷時（裂痕、夾雜、夾層等），超聲波探傷儀的顯示器上就會出現不同的波形。超聲波探傷儀檢測黃銅藥筒的方法是首先人工制作一個標準體，在標準體內外表面上做上不同的人工缺陷，如：外表面長（30±2.0）mm、內表面長（15±2.0）mm深度均（0.4±0.06）mm，角度為60°V型槽等，當探頭接觸到標準體上這些缺陷時，顯示器上就會顯現出不同的波形，將這些波形作為黃銅藥筒質量缺陷極限記錄在超聲波的記憶系統內，當探頭再次去檢測黃銅藥筒的筒體，如果筒體有缺陷超聲波在顯示屏上產生波紋，如果筒體缺陷尺寸超過標準體的人工缺陷尺寸，超聲波探測儀的報警裝置就會報警，從而檢測出不合格黃銅藥筒的裂紋等缺陷。然而，作為標準體，它上面的人工缺陷尺寸是否符合技術要求，是超聲波探傷儀檢測精度的關鍵，因此標準體上的人工缺陷必須進行精確測量。然而標準體表面細小的尺寸就很難測量，而標準體內壁上的尺寸就更難測量出來。一年多來，公司起初是購買標準體，定期去724計量區域站進行檢測，花費了大量的經費，但是由于標準體使用頻繁、磨損快，其深度、形狀、尺寸和精度都無法保證，使得探傷檢測儀對黃銅藥筒檢測精度也大打折扣。為了降低測量的經濟成本，提高產品的檢測率公司決定自己制作標準體。但是標準體人工缺陷精度的測量在公司現有的測量技術水平上是最大的難題，因為標準體上細小的人工缺陷很難用儀器直接測量，何況標準體內部的缺陷尺寸更是無法直接測量到。并且我們也咨詢了許多專業的計量測試部門均無法檢測。公司把解決這個難題的任務交給計量部門，部門領導和老師傅們經過多次的探討和實驗，終于摸索出用鉛模覆蓋法解決了這一難題。

2.2鉛模覆蓋方法及應用

鉛模覆蓋法就是利用金屬鉛的柔軟易成形，出模后不易折斷，不易變形的金屬特性，以標準體人工缺陷為模型，將鉛條用金屬錘敲入標準體的缺陷模型中，使鉛條與銅殼形成一體，再將鉛條敲實，修整平滑，成為銅殼上同人工缺陷一樣的鉛模。然后將鉛模輕輕取出，鉛模的形狀尺寸就是人工缺陷的實際形狀尺寸。這樣標準體內表面上的凹陷尺寸，變成鉛模的外表突出的尺寸。再用萬能工具顯微鏡影像法測得其尺寸，然而儀器的光源都是從底向上照射，也叫底來光，我們的模型立在儀器測量臺上，正好擋住了底來光線，無法檢測到模型的尺寸。后來經過多次試驗，最后采用改變萬能工具顯微鏡光源來源方向也就是把一個光源夾在萬能工具顯微鏡的鏡頭上，把底來光源變成上來光源，這樣，鉛模的實際投影就清晰地反映在萬工顯的鏡頭里，從而就能準確地測量出鉛模的實際尺寸。此方法經過公司技術部和檢驗部領導和技術人員的驗證后認為具有可行性。經實地考察，軍方代表的有關技術人員認為此測量方法可行，測得的數據準確可靠。因此證明我們公司制作的標準體缺陷尺寸符合產品技術要求，公司制作的標準體能為黃銅藥筒的超聲波探傷精度提供保證。

鉛模覆蓋法檢測技術在黃銅藥筒標準體檢測中的應用，不僅提高了標準體檢測的準確度，而且提高了黃銅藥筒的檢測率，過去公司的黃銅藥筒有了爭議，需要進行超聲波探傷檢測時，需要把它拿到外廠協助探傷檢測，每次檢測費50元，后來我們自己應用了超聲波探傷檢測，但是一個標準體就需要上萬元的費用。現在鉛模覆蓋法的應用，解決了自制標準體的檢測難題，這樣我們不需要花費多少經費，就可以自己制作符合產品技術要求的標準體。并且過去由于探傷檢測方法費用高和運輸條件的限制，產品的探傷檢測率很低，現在標準體檢測方法的解決，公司黃銅藥筒產品的超聲波探傷檢測率由購買標準體的50%提升到100%。從而控制了不合格產品出廠，提高了出廠產品的合格率。這不僅提高了公司產品質量聲譽，也為產品的使用者提供安全保障。超聲波探傷檢測作為金屬管道損傷檢測的主要技術，在超聲波探傷檢測應用中，應做好監督與控制，保證其檢測的精確度和科學性。首先依據超聲波探傷檢測的工作原理和其在金屬損傷實際檢測的應用情況，影響超聲波探傷檢測結果的主要因素是超聲波探傷檢測的工作人員的檢測水平，其次是超聲波儀器探頭系統檢驗材料，檢驗方法，檢驗環境[4]。在超聲波探傷檢測中檢測人員對于檢測結果準確性的影響主要體現在工作粗心缺乏責任感，對探傷儀器及探頭系統性能不了解，對檢測操作程序不熟悉，對超聲波探傷工作標準不熟悉，以上任何環節出現失誤都會影響到超聲波檢測結果的準確性，使得結果出現誤差。超聲波儀器的探頭系統對檢測結果的影響主要體現在超聲波儀器探頭的水平線性和垂直線性指標不符合標準要求，更為嚴重的是儀器探頭主聲束發生偏斜，探頭連接線接觸不良造成儀器探頭系統穩定性差這些都會對超聲波探傷的檢測結果產生影響，進而導致超聲波檢測結果的不準確，不合理。在超聲波探傷檢測中，檢驗材料對超聲波檢測結果也會產生影響，如耦合劑不適合，探傷面清理不干凈都會影響超聲波檢測結果的準確性[5]。最后在進行超聲波探傷檢測時所使用的探傷方法的影響因素如超聲波儀器探頭掃查速度不合適，聲速覆蓋面積不夠等都會對超聲波探傷檢測結果造成影響，導致超聲波探傷檢測結果產生誤差，所以在實際工作中應注意避免使檢測結果誤差增大的因素，提升超聲波探傷檢測結果的準確性和科學性。綜上所述在超聲波探傷檢測中存在很多問題和影響超聲波探傷檢測結果的因素，在進行超聲波探傷檢測時應注意以下幾個方面，以保證超聲波探傷檢測結果的正確性。第一個方面就是在超聲波探傷檢測時對結果產生影響的人為因素，人為因素是指檢測人員應具有檢測資格，專業素養及責任感。為了避免人為因素影響超聲波探傷檢測結果，應選擇專業技能扎實，接受過系統培訓的檢測人員。在檢測過程中，首先，檢測人員應記錄超聲波探傷檢測記錄，以觀測超聲波探傷儀是否有誤差發生。其次，在日常工作中要定期地對超聲波探傷儀器進行校準或期間核查，其中儀器校準在超聲波探傷檢測中尤為重要，檢測人員在檢測前根據相關標準對超聲波探傷儀器進行校準，提高探傷結果的可信度，進而保證超聲波探傷檢測結果的準確性。還要對超聲波探傷檢測的距離和波幅曲線進行檢驗，避免超聲波探傷檢測結果產生誤差。同時檢測人員還應做好探測面的清理工作，合理選擇耦合劑。

3結束語

綜上所述超聲波探傷無損檢測已經被廣泛地應用于工程設備檢測中，如金屬管道損傷檢測，鋼結構焊接質量的檢測，鍛件的無損檢測。對在超聲波探傷無損檢測過程中影響因素進行分析監督控制，有利于提高超聲波探傷無損檢測結果的準確性和科學性，進一步推進其在實際檢測中的應用[6]。在實際工作中超聲波探傷儀也需要進行計量檢定，超聲波探傷儀的檢定包括對探傷靈敏度余量，分辨力，探頭上施力以及衰減器衰減量誤差檢定，其中前三項檢定是通過探頭與標準試塊來完成的。通過計量檢定，保證其檢測結果的準確性和科學性。

【參考文獻】

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[3]柴旭天.海洋平臺用D36鋼窄間隙激光填絲焊工藝及接頭組織性能研究[D].蘭州：蘭州理工大學，2021.

[4]天津市玖真工程技術檢測有限公司.一種方便攜帶的數字超聲波探傷儀：CN202022828850.4[P].2021-08-13.

[5]楊林濤，張虎.超聲波探傷檢測的影響因素[J].中國石油和化工標準與質量，2013，33（16）：18.

[6]曾一彪，袁邱浚.焊接質量的超聲波探傷無損檢測[J].中國石油和化工標準與質量，2020，40（16）：55-56.

【作者簡介】

紀紅，女，1974年出生，工程師，學士，研究方向為不確定度分析與評定。

（編輯：李鈺雙）