Page 43 - 无损检测2022年第十一期
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杨平华, 等:

   发动机盘环件径轴向裂纹超声检测能力及影响因素分析


   的检测能力优于缺陷回波法的检测能力。当声束                             进行分析发现, 采用 10 MHz水浸聚焦探头进行底

   0° 入射时, 底波监控法无法检出长为 1.5 mm 的裂                     波监控时, 疲劳裂纹实际尺寸与底波监控检测效果

   纹, 可检出长度为 3 mm 的 3# 裂 纹, 而 长 度 同 为                之间的关系如表 3 所示( 表中“ × ” 表示裂纹不可见,
   3mm 的 4# 则无法检出; 结合表 1 中的裂纹实测尺                     “ ★ ” 越多表示检测效果越好)。

   寸可知, 虽然 3# 、 4# 裂纹长度相差不大, 但 4# 裂                   表 3  疲劳裂纹实际尺寸与底波监控检测效果对比
   纹的开口宽度仅为 0.326 μ m ( 约为 3# 的 1 / 4 ), 因                                         底波监控检测效果

                                                       试样编号         裂纹尺寸
   此这两个试样在相同的检测条件下检测效果差异较                                                       声束 0° 入射  声束 2° 入射
                                                      2# , 3# ,   长度 ≥3mm ,
   大。声 束 2° 入 射 时, 底 波 监 控 法 可 检 出 长 度 为                                          ★★       ★★★★
                                                       5# , 6#   开口宽度 >1 μ m
   1.5~10mm 的径轴向裂纹, 且 C 扫描图像上的裂                                   长度 <3mm ,

                                                       1# , 4#                     ×         ★★
   纹显示比 0° 入射时的显示更明显。                                            开口宽度 <1 μ m
       图 4 为底波监控法检测时, 不同长度裂纹处的
                                                     2.2  底波监控法检测能力的影响因素分析
   底波幅度相对于无缺陷部位底波幅度( 80% 满屏波
                                                     2.2.1  探头参数的影响
   高) 的分贝差( 相对幅度), 由该图中 0° 与 2° 入射时
                                                          使用探头 1~3 , 调整水层距离使焦点落于疲劳
   底波相对幅度的对比也可明显看出, 声束以 2° 入射
                                                     裂纹试样上表面, 使声束从试样上表面( 靠近裂纹
   时, 裂纹处底波幅度的降低明显大于 0° 入射时底波
                                                     侧) 分别以 0° , 2° 入射进行底波监控 C 扫描检测, 得
   幅度的降低, 当裂纹长度大于 3mm 时差异更为明

                                                     到的 C 扫描图像及不同长度裂纹处的底波相对幅
   显。可见, 声束 2° 入射进行底波监 控法检测, 可明
                                                     度曲线分别如图 5 , 6 所示。
   显提高对裂纹的检测灵敏度。
                                                          由图 5 可见, 进行径轴向裂纹的底波监控 C 扫
       分析认为, 缺陷处底波幅度的降低一般由缺陷
                                                     描检测时, 无论声束以 0° 还是 2° 入射, 采用 5 MHz
   对声波的反射、 散射等引起。当声束以 0° 垂直入射
                                                     聚焦探头均无法检出长度不大于 3 mm 的裂纹, 而
   时, 裂纹尖端对声波的反射面积较小, 从而对底波幅
                                                     10MHz聚焦探头则可检出长为 3mm 的裂纹, 检测
   度的影响程度有限, 尤其对于长度较小( 长 度小于
                                                     能力优于前者。分析认为, 5 MHz聚焦探头在裂纹

   3mm ) 的裂纹, 其引起的声衰减也相对较小, 因此直
                                                     处的声束宽度较大, 裂纹在声束横截面上的面积占
   入射底波监控检测法对于小裂纹的检出较为困难。
                                                     整个声束截面积的比例较小, 导致缺陷对声能的反
   当入射角为 2° 时, 主声束正好到达裂纹中部, 使得
                                                     射、 散射引起的底波能量降低不明显, 而 10MHz聚
   折射声束同时到达裂尖和裂根处, 裂纹对声波的反
                                                     焦探头在裂纹处的声束宽度更小, 因而由裂纹引起
   射作用增强, 从而导致底波幅度的降低较 0° 入射时
                                                     的底波降低更加明显。另外, 不同频率超声波的波
   的降低更加明显。
                                                     长不同, 对缺陷的绕射能力有差异, 低频超声波的绕
                                                     射能力更强, 可绕过缺陷到达底面, 从而导致缺陷对
                                                     底波幅度的影响小于对高频探头底波的影响, 这也

                                                     是5MHz探头对径轴向裂纹的底波监控检测能力

                                                     不及 10MHz探头的原因之一。

                                                          对于同为 10 MHz的 1 , 2 探头, 当使用焦距为

                                                     89mm 的 10MHz探头, 使声束以 2° 入射进行底波

                                                     监控检测时, 可检出长度为 1.5~10 mm 的所有裂

                                                     纹, 探头 1 检测径轴向裂纹的能力明显优于焦距为


           图 4  不同长度裂纹处的底波相对幅度                       200mm 的 10MHz探头 2 。分析认为, 采用表面聚
       由以上对比还可发现, 在相同的检测条件下, 底                       焦方式检测时, 长焦距探头的水层距离过大, 引起水
   波监控法对于裂纹的检出效果不仅与裂纹 长度相                            中声能的损失较大, 透入材料的声能也就减小, 导致
   关, 还与裂纹开口宽度密切相关, 例如对于长度相同                         微缺陷对底波幅度的影响不明显。由以上结果和分
   的 3# , 4# 裂纹, 开口宽度不同导致检测能力存在                      析可见, 探头参数对于裂纹的底波监控检测效果影
   明显差异。基本规律是裂纹长度越长、 开口宽度越                           响较大, 基本规律是探头频率越高, 焦距越短, 检测
   大, 检出效果越好。结合表 1 所示的裂纹实际尺寸                         能力越好。

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                                                                                      无损检测
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