超聲波探傷技術論文
超聲波探傷技術是對被檢驗部件的表面和內部質量進行檢查的一種測試手段。這是小編為大家整理的，僅供參考!
篇一
火車車輪超聲波探傷
摘 要：本文介紹了火車車輪超聲波A掃描和C掃描探傷，並對C掃描探傷的原理、方法和過程進行了詳細的介紹。對於C掃描探傷的直接接觸法與水浸法兩種方法進行了比較，水浸法探傷在探測不同取向缺陷、較薄試件、靈敏度、解析度、探頭壽命和可靠性方面具有較大優勢。對於超聲波A掃描和C掃描探傷的優缺點進行了比較。
關鍵詞：火車車輪 超聲波探傷 C掃描
中圖分類號：U26 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791***2014***05***c***-0062-02
常規車輪檢測主要是以A掃描為主，A掃描探傷是基本的探傷方式，其採用脈衝反射幅度法檢測缺陷。A掃描只能反應基本資訊且與技術人員的經驗有極大關係。常規超聲波檢驗主要分為線上檢測和離線檢測兩種。
自動車輪探傷工序如圖1所示。裝置採用耦合接觸法超聲波探傷，車輪內側面和踏面分別佈置一組組合式耦合接觸式雙晶探頭，聲束覆蓋各掃查面寬度。工件經過拋丸處理後由輥道進入檢測託輥，穩定後工件轉動，實現探頭對工件軸向和徑向的掃查，檢測人員觀察螢幕及各通道指示燈，發現有缺陷紅燈指示時切換螢幕顯示，轉動工件仔細確認缺陷，並填寫檢驗結果，檢查完畢，車輪經輥道進入下一檢測工序。
1 車輪超聲C掃描探傷
C掃描實現了材料檢測的自動化，使檢測結果呈直觀的影象顯示;超聲C掃描具有良好的穿透性，對缺陷具有較高的靈敏度和可靠性;C掃描可以獲得材質內部缺陷、損傷的大量資訊，甚至可以對工件的整體品質做一定的質量評估[1～2]。1956年在美國的加里福尼亞的派拉蒙研究出世界上第一臺超聲波C掃描檢測儀器，C掃描技術很快推廣應用到材料內部缺陷的檢測上。
超聲波C掃描提取垂直於聲束指定截面***即橫向截面像***的回波資訊合成二維影象，可獲取不同截面的資訊，因此被廣泛應用[3～4]，超聲C掃描過程如圖2所示。在水浸式C掃描成像中，超聲探頭得移動是二維掃描即要沿x方向掃描，又要沿z方向掃描。為獲得某一與聲束軸線垂直的斷面在y=y0的影象，掃描聲束應聚焦與該平面，並從換能器接收到的散射訊號中選取對應於y=y0處的訊號幅度，調製影象中與物體座標***x，z***相應畫素的亮度，以獲得y=y0截面的影象。改變掃描聲束聚焦的平面，即可獲得物體不同深度的C掃描截面圖像[5]。
超聲C掃描技術是將超聲檢測與電腦控制系統相連線，利用電腦進行資料採集、存貯、處理、影象顯示集合在一起的技術。超聲波C掃描系統使用電腦控制探頭在工件上掃查，把工件內部C掃描的反射波強度作為輝度變化並連續顯示出來，可繪製工件內部缺陷的橫截面圖形。超聲波C掃描系統由機械傳動機構、C掃描控制器、超聲波C掃描檢測儀以及PC微機系統四部分組成。檢測時資料的獲取、處理、存貯與評價都是在每一次掃描的同時，由電腦線上實時進行。共有兩個訊號輸入計算機處理：一個是探頭所處位置的訊號，一個是來自超聲波檢測儀描述超聲波振幅的模擬訊號。這兩個訊號經過A/D轉換，模擬訊號轉化為數字訊號後輸入電腦，然後由掃描模式產生一個確定其尺寸的資料陣列，圖形顯示這個區域範圍內資料陣列裡每個點在顯示器上顯示為一個畫素。圖形可以有多種顏色分級顯示，代表不同的dB數，在每次掃描結束時，計算機可通過軟體自動完成對每一種顏色和顯示的面積的畫素數的統計。對顯示的掃描影象作相應的解釋，對缺陷進行評定[6～7]。
超聲波C掃描是記錄來自“A掃描”的資料和資訊的二維平面圖。在C掃描上所示的所有資訊首先在示波器上顯示，而後由C掃描顯示器上顯示出來。在示波器上有控制輸出訊號的閘閘電路，檢測人員確定採集所需訊號，可轉化成為衡量材料質量的資訊，並將其顯示在C掃描記錄上[8]。
超聲波C掃描檢測系統，其系統配置主要包括以下四個模組：***1***機械掃查結構;***2***運動控制硬體和軟體;***3***資料採集分析硬體和軟體;***4***其他相關儀器。
超聲波C掃描檢測系統主要由感測器、檢測儀、機械掃描機構、訊號採集單元、控制系統以及成像顯示單元組成，如圖3所示。
其工作原理是：當被檢物體內部的均勻性發生變化時***例如車輪內部存在夾雜等缺陷***，聲波將會改變其原有的傳播規律，這種變化被換能器接收，其訊號以回波形式通過A/D轉換成為數字訊號。通過提取其中與缺陷有關的特徵參量，建立缺陷識別模式，將被檢測部分的檢測結果以不同顏色顯示出來。超聲波自動C掃描成像檢測通過設計專門的掃描機構，在控制系統的作用下，自動地完成對被檢測材料或績構上每二點的覆蓋掃描、同時以波形和影象實時顯示被檢測結構的內部質量[9]。
超聲波C掃描探傷技術，由於其具有自動化程度高，檢測結果直觀可靠，檢測結果便於永久儲存，這都為缺陷的定量、定性、定位的最終判定提供了有利的判定依據。利用高頻超聲波具有波長短、方向性好及解析度高等特點對車輪進行C掃描實驗，可對微小缺陷***例如非金屬夾雜物***進行檢測。利用A掃描中缺陷波的深度位置及C掃描中缺陷距試樣邊界距離進行定位，同時，C掃描影象可再現單個大顆粒夾雜物或小夾雜物團重疊的形貌。此外，利用超聲波C掃描功能可獲得車輪試樣的超聲層析成像，進而獲得缺陷的具體形狀和精確尺寸，這就為車輪的安全評定，壽命評估和有限元應力計算等提供了準確的預測依據。
對於車輪探傷，在掃描方式上選擇水浸式，這樣與超聲波C掃描技術有利的結合起來。超聲波探傷有很多方法，按耦合方式分類可分為：直接接觸法與水浸法兩種。其中直接接觸法是最為常見的探傷方法，其具有方便靈活、耦合層薄、聲能損失少等優點。然而，實際探傷時由於探頭上所施加壓力大小、耦合層厚度、接觸面積大小、工件表面情況均難以控制，因此，它們的綜合影響難以估量;再則，直接接觸法使探頭容易磨損，檢測速度慢，因此對於諸如車輪，宜採用水浸法探傷。其有如下幾點優勢：
***1***探頭和試件不接觸，超聲波的發射和接收都比較穩定。試塊表面粗糙度的影響在水浸法中也存在，但粗糙表面引起的聲能損失比接觸法小的多。 ***2***通過調節探頭角度，可方便地改變探頭髮射的超聲束的方向，從而很容易地實現斜射聲束檢測，以及沿曲面或不規則表面進行的掃查，對於獲得不同取向缺陷的最大回波高度也是有利的。
***3***由於表面回波寬度比發射脈衝寬度窄，可縮小檢測盲區，從而可檢測較薄的試件。
***4***由於探頭不直接接觸試件，探頭損壞的可能性較小，探頭壽命較長。
***5***便於實現聚焦聲束檢測，滿足高靈敏度、高解析度檢測的需要。
***6***探頭可以在機械系統驅動下執行，便於實現自動檢測，減少影響檢測可靠性的人為因素。
2 車輪探傷方法的比較
就當前國內的常規車輪超聲波探傷技術應用情況來看，常規超聲波無損檢測技術雖然己經被廣泛地應用於車輪檢測，對質量控制和線上實時檢測都具有重要的作用和影響;但是常規波形檢測結果對檢測人員的依賴性都還很強，並且都還存在著一些難以克服的困難和缺陷，例如：
***1***通常要有熟練的技術技能，對結果做出說明及解釋。因此，在相互關係未經證明的情況下，可能存在不同人員對結果看法不統一。
***2***外界環境的溫度、溼度、粉塵、振動、噪音以及磁、電場和儀器本身內部的各種干擾都會對檢測結果產生影響。
***3***超聲無損檢測還大部分是採用常規的A型脈衝反射法技術，存在不直觀、判傷難、無記錄、人為因素影響大等缺點，嚴重影響著超聲檢測結果的可靠性。
通過上面對不同車輪超聲探傷方法的介紹，不難看出超聲波C掃描檢測技術巨大技術優勢，較之常規超聲探傷技術，高頻超聲波C掃描檢測技術的優點可總結如下：
***1***採用水浸式探傷方式，大大提到了自動化檢測的程度，其檢測的精度、檢測的效率也大幅提高。
***2***利用高頻超聲波波長短、方向性好及解析度高等特點，可更好的再現缺陷的形貌以及缺陷在車輪中的分佈情況。
***3***調節探頭入射角度，可實現對車輪關鍵部位的檢測，避免了常規超聲波探傷中的漏檢。
3 車輪探傷技術存在問題
在以往火車車輪探傷過程中，技術人員想要了解車輪中的缺陷***如夾雜物***的情況，通常採取金相等有損檢測辦法，但是金相檢驗的辦法是無法對車輪整體的缺陷情況進行檢測判斷，它的取樣面積小，並且是在二維平面上進行檢查，所以檢查效率很低。採用超聲波探傷技術來研究車輪缺陷是目前出現的較新的無損評價***NDE***技術，通過採用高頻率聚焦超聲C掃描，結合對車輪樣品製備技術，在對車輪質量的無損評價方法相關的靈敏度校準和建立理想檢測條件的試驗基礎上，對車輪質量檢測的超聲結果和金相解剖結果進行了分析和對比，來進行車輪質量的評估，具有極大意義。但同時超聲檢測技術也存在問題，具體問題如下：
***1***盲區的影響。不管是C掃描、S掃描，還是電磁超聲都存在著波形盲區的影響
***2***試樣表面質量的影響。試樣表面質量及傾斜度都會影響超聲波在介質中的傳播，引起能量的衰減。超聲C、S掃描需要耦合介質，試樣的表面粗糙度和傾斜度對靈敏度的影響較大。電磁超聲需要鐵磁性介質，試樣表面潔淨度會產生一定影響。
***3***試樣加工問題。超聲無損探傷是一種對比探傷，是在一定標準試塊的基礎上探傷的。所謂的當量法就是要求所探缺陷與標準試塊上的人工標準缺陷回波高度相同或者換算當量大小相同。車輪中的自然缺陷是不可知的，所以人工製造的缺陷也不能完全反應自然缺陷。
4 結論
***1***C掃描探傷的水浸法相對於直接接觸法在探測不同取向缺陷、較薄試件、靈敏度、解析度、探頭壽命和可靠性方面具有較大優勢。
***2***C掃描檢測技術相對於A掃描探傷，其檢測的精度、檢測的效率和自動化檢測的程度具有優勢。
***3***車輪探傷在盲區的影響、試樣表面質量和試樣加工等方面存在較多問題。
參考文獻
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篇二
超聲波斜探頭磨損對超聲探傷的影響與修復方法
摘要：在超聲無損檢測中，斜探頭在使用過程中與檢測工件產生摩擦，根據個人習慣、所檢測工件及使用頻率的不同探頭會產生不同程度的磨損，探頭經過磨損後其原有的特性會遭到破壞。本文就是討論這種破壞對檢測工作的影響及如何通過修復探頭來糾正這種影響。
一、探頭的磨損形式
下面是筆者在工作實踐中遇到的幾種磨損形式：
二、磨損對探傷結果的影響
結合上圖可以看出探頭經過磨損後其原有的特性會遭到改變，主要表現在折射角***K值***變大或變小、聲束入射點***探頭前沿***改變、偶合性改變***平板探傷磨損後耦合性會變差，而進行管材或棒材探傷檢驗時其耦合性會隨著接觸面的增大而變好***這幾方面。隨著聲束折射角與入射點的改變會使缺陷的深度和位置在探傷儀上產生變化。耦合性在裝置偶合補償不變的情況下變差會帶來探傷靈敏度的降低，反之則會帶來靈敏度的升高。若是由於個人習慣的問題經常性的從固定的一側向另一側進行檢測就會帶來探頭的磨偏使探頭產生聲束偏斜使缺陷的定位產生誤差。特性改變後會容易產生漏檢或錯判，給檢測工作帶來不確定性。若是輕度磨損可通過在試塊上調整探傷儀的資料來糾正這種改變，若是重度磨損就不是調整探傷儀資料就能彌補的了，這時就需要更換探頭或進行探頭修復來糾正。
三、探頭的修復
在檢測工作進行一段時期之後，除需進行常規的除錯之外應視探頭磨損程度進行探頭的修復工作。如果探頭只是輕微磨損，應當在粗砂紙上進行打磨，使探頭與工件接觸面與上平面保持平行，經過粗加工後用水砂紙進行細磨以保證光潔度及耦合性。在修復後應當在試塊上進行除錯確定其前沿、K值，並重新制作DAC曲線以保證探傷資料準確性。如果探頭重度磨損則應當在砂輪機上磨去多餘部分保證工作面與上平面平行***不應暴露晶片***，然後用粗細砂紙打磨保證光潔。由於現在使用的斜探頭斜楔通常是由有機玻璃製作，所以應使用尺寸稍大於探頭需要修復面，厚度約為3～5mm的有機玻璃板進行修復，其表面應保證光潔無劃痕，使用三氯甲烷將探頭與有機玻璃板粘接在一起，使用臺虎鉗夾緊保證粘接效果晾乾後修去有機玻璃板多餘部分即為修復完成。經修復後的探頭應按照新探頭的程式來確定其前沿、K值並重新制作DAC曲線。
重度磨損的修復方法也適用於製造特種探頭，比如檢驗無縫鋼管焊接焊縫可先做出一個帶曲度的，與所檢驗材料相吻合的面粘接在探頭上以保證耦合性，避免漏檢。
四、探頭的調校
將探頭放於CSK-ⅠA試塊上測定探頭零點和探頭前沿。
1***探頭零點調校-找到直徑100mm圓弧最高反射波，固定不動，增加儀器上探頭零點數值，直到聲程顯示100***或者接近100，不能差太多***，此時探頭零點設定完成[1]。
2***探頭前沿調校-固定探頭不動，用鋼板尺量出距離L，探頭前沿即為100mm-L，在儀器探頭前沿欄輸入該數值。返回檢視聲程數值有無變化，無變化即設定完成，有變化則調校探頭零點。
3***探頭折射角度***K值***的調校-將探頭置於上圖K2.5位置前後移動探頭找到Φ50橫孔的最高回波，固定探頭，測量出探頭前沿至試塊端面的距離L。
若是使用數字式超聲波探傷儀可直接在CSK-ⅠA試塊上進行K值調校，探傷儀會直接給出K值資料。
五、結束語
上述內容為筆者在實際工作中與同事共同遇到的各種問題，因工作侷限性及專業水平的限制所以本篇文章難免有不足之處，望各位專家及讀者不吝指正。
參考文獻
[1]超聲檢測[M].機械工業出版社，2006.