隨著社會(huì)的發(fā)展，鋼管的需求量越來越大，尤其是一些廣泛應(yīng)用于航空、軍工、原子能與空間技術(shù)等領(lǐng)域的高精度、薄壁、高強(qiáng)度鋼管的需求量逐步增加。鋼管生產(chǎn)中存在的缺陷，以及這些缺陷潛在的危害已成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。本文結(jié)合理論分析和實(shí)際檢測實(shí)驗(yàn)，探討了超聲波探傷技術(shù)在薄壁小管徑鋼管分層自動(dòng)檢測應(yīng)用中的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用超聲波探傷儀，可實(shí)現(xiàn)薄壁小管徑鋼管分層自動(dòng)檢測。

1.水浸法超聲波檢測原理

小口徑、薄壁鋼管由于曲率大、管壁薄，在自動(dòng)化檢測中采用直接接觸法檢測難以實(shí)現(xiàn)，故一般采用水浸法超聲波檢測。其檢測原理是：將水浸超聲波縱波聚焦探頭置于水中。利用超聲波縱波聚焦探頭發(fā)出的超聲縱波垂直入射到鋼管管壁中，當(dāng)聲波遇到管壁中的分層缺陷時(shí)，產(chǎn)生反射回波，反射波沿原路返回被探頭接收。如圖1所示。

圖1 水浸法超聲波檢測分層原理圖

2.檢測參數(shù)的選擇

在實(shí)際檢測中，由于聲波是垂直入射到鋼管表面，因此鋼與水的界面回波很強(qiáng)，造成回波中界面波很寬，檢測盲區(qū)大。尤其是在檢測薄壁管時(shí)，界面波甚至覆蓋一次底面回波，使分層檢測無法實(shí)施。為解決這個(gè)問題，需調(diào)整檢測參數(shù)，提高檢測的分辨率。在水浸法超聲波檢測中，與檢測分辨率相關(guān)的參數(shù)有：探頭參數(shù)（包括頻率、晶片尺寸、聚焦探頭的焦距）、儀器參數(shù)（包括脈沖寬度、檢波方式、匹配等）。

2.1 探頭參數(shù)的選擇

2.1.1探頭頻率    超聲波縱波可檢出的最小缺陷尺寸與探頭頻率有關(guān)，即頻率越高，檢測的靈敏度和分辨率越高。為提高檢測的分辨率應(yīng)盡量選擇高頻探頭，但頻率越高，聲波在水中的衰減也越大，這又直接影響到了超聲波的回波幅度，不利于檢測靈敏度的提高。綜合考慮，探頭頻率選在5～10 MHz較為合適。

2.1.2探頭的晶片尺寸   晶片尺寸越大，聲波的指向性越好，但檢測的分辨率越差。同時(shí)晶片尺寸的大小也與檢測效率有關(guān)，即探頭的有效檢測區(qū)域越大，則檢測效率越高。在自動(dòng)化檢測分層時(shí)，為了不漏檢，通常選用的線聚焦探頭軸線晶片尺寸為被檢測平底孔直徑的2倍。對于點(diǎn)聚焦探頭，其情況視其要求的有效檢測區(qū)域而定。

2.1.3聚焦探頭的焦距   在小口徑鋼管檢測中，為保證聲束兩側(cè)的一致性，通常探頭水中焦點(diǎn)與鋼管的圓心重合，即F=H+R，F(xiàn)為探頭水中焦距，H為水層厚度，R為鋼管半徑。其中H作為中間耦合劑的水層厚度在縱波檢測中應(yīng)使水、鋼的二次界面波S2出現(xiàn)在底波B1之后。同時(shí)H還應(yīng)小于聲場的近場區(qū)N，以避免聲束在入射面發(fā)生大量的散射而使探傷靈敏度降低，即N>H>(VL1/VL2)T。VL1=1450 m/s為水中縱波聲速，VL2=5850 m/s為鋼中縱波聲速。在這里需要指出的是對于一些薄壁管的分層檢測，當(dāng)鋼/水一次界面波S1與底波B1無法分開時(shí)，適當(dāng)調(diào)整水層厚度，可選用2~3次傷波探傷，特別是對于據(jù)與管壁中間的分層，由于聲波的干涉效應(yīng)，3~4次分層回波最高，探傷效果最佳。如圖2所示。