Page 58 - 无损检测2021年第十期

范伟诚, 等:

钢板受控射流超声检测用线聚焦探头检测灵敏度的影响因素

种, 其采用射流腔体将耦合剂引导到钢板表面, 通过
水浸线聚焦探头对钢板进行在线检测。
水浸聚焦超声探头具有非接触、 检测精度高、 可
重复性好、 易实现自动化等优点, 是未来水浸超声检
测的发展方向 [ 6 ] 。相比于平探头, 聚焦探头具有检
测精度高以及信噪比高的优点。聚焦探头分为线聚
焦探头和点聚焦探头, 线聚焦探头的聚焦区域比点
聚焦探头的大, 检测效率更高。考虑到钢板生产线
检测时的实际工况, 该探头在检测中受多重因素的
图1 受控射流超声检测原理示意
影响, 如探头偏转、 水的浊度及气泡等。国内目前没
会发生扩散, 检测灵敏度会下降。为了提升检测灵
有钢板在线局部水浸超声检测的标准及工艺参数的
确定方法, 板、 棒、 管材受控射流超声在线检测工艺 敏度, 聚焦探头采用了声透镜来实现声波的汇聚。
参数由接触式水膜法改进而来, 没有标准可参考, 这 点聚焦探头使用的是球面声透镜, 线聚焦探头使用
的是柱面声透镜 [ 9 ] 。
不利于受控射流超声在线检测技术的规范化和推广
由于干涉现象的存在, 聚焦探头的声束并不
应用, 因此需要对基于局部水浸方法的受控射流超
是严格地汇聚为一个点或一条线, 而是其声压在
声在线检测中的多个影响因素进行研究, 进而制定
最大值附近一定尺寸的区域内保持一定的幅度,
相应的检测标准, 对设备开发和工艺制定进行规范。
形成一个聚焦区, 聚焦声束原理如图 2 所示, 其
查阅文献可知, 不少学者对钢管和棒材水浸超
中: 声压最大值点称为焦点; F 为焦距, 是焦点距
声检测的影响因素进行了相关研究。罗经晶 [ 7 ] 针对
声源的距离; d 为焦区宽度, 是焦点处横截面上保
棒材水浸超声检测可能的影响因素( 水距和探头偏
持为最大声压的声束宽度范围; L 为焦区长度, 是
转角度) 进行了试验, 结果表明, 探头偏转角度对检
声轴上焦点附近声压保持为最大声压的声束长度
测灵敏度影响很大。张元 [ 8 ] 发现钢管表面附着的铁
锈、 灰尘及氧化皮会使检测结果出现误判, 分析了出 范围。
现误判的原因并进行了相关试验, 但并未对这些影

响因素进行量化试验。
笔者对可能影响水浸线聚焦超声探头检测灵敏
度的因素进行量化试验。研究的影响因素包括: 探
头偏转角度、 水的浊度及气泡。试验结果可为国内
相关标准的制定以及检测工艺参数的选定提供依
图2 聚焦声束原理示意
据, 具有重要意义。
1 受控射流超声检测原理及水浸线聚焦探 2 试验装置及试块

头介绍 2.1 试验装置
1.1 受控射流超声检测原理 采用如图3所示的水浸超声扫描系统, 该系统
受控射流超声检测原理如图1所示。受控射流 除了能够满足常规板、 棒、 管的检测需求外, 还可用
传感器由射流腔体、 线聚焦探头及其他辅助部件组 于各复杂曲面的盘、 环件及异形工件的检测。该系

成。检测时, 水流注入射流腔体, 在探头与被检钢板 统的检测精度可以达到 ϕ 0.3mm 当量平底孔, 实

间形成一定厚度的水层, 通过对水质、 流速、 流量和 时采 样 率 达 400 MHz , 上 下 表 面 盲 区 高 度 小 于

流线的控制来消除气泡和湍流, 达到良好的超声耦 1.5mm , 检测通道可达8个, 支持高达1000mm ·
合效果。探头激发超声波, 经过水层对钢板进行检 s 的扫描精度。
-1
测。传感器与被检钢板相对运动, 耐磨靴与钢板接 2.2 试块
试验共使用了 3 块试块, 分别为薄、 厚阶梯试
触, 可避免探头发生磨损。

1.2 水浸线聚焦探头的介绍 块( 见图4 ) 以及 ϕ 5mm 平底孔试块, 试块参数如

普通直探头晶片发射的超声波超过了非扩散区 表1所示, 5mm 平底孔试块尺寸( 长 × 宽 × 高)
ϕ
0
2

2021年 第43卷 第10期
无损检测